计及地方气候的混凝土结构钢筋锈蚀寿命研究

通过拟Monte-Carlo抽样法,计及地方温度和相对湿度影响,研究混凝土结构钢筋锈蚀寿命,并以上海、广州、莆田等沿海城市的混凝土结构为例,分析钢筋锈蚀寿命的概率分布、概率密度,以及混凝土结构保护层厚度C_(cov)、表面氯离子浓度C_s、氯离子扩散系数D_(ref)和钢筋锈蚀时氯离子临界浓度C_(th)等对钢筋锈蚀寿命的影响。研究结果显示:地方气候温度、相对湿度对钢筋锈蚀寿命有一定影响;增加C_(cov)和C_(th),可以提高混凝土结构抗氯离子腐蚀、延长其使用寿命;C_s和D_(ref)的增大会降低钢筋锈蚀寿命。建议在混凝土结构及耐久性设计时,考虑地方气候环境的影响,并采取适当增大混凝土保护层厚度等措施,以提高钢筋锈蚀寿命。     

时变扩散系数对混凝土结构服役寿命的影响

基于氯离子二维扩散模型考虑混凝土氯离子扩散衰减系数及其随机性,计算了氯盐侵蚀下混凝土结构的可靠度及服役寿命。为克服传统可靠度敏感系数的缺陷,分析氯离子扩散衰减系数及其随机性对混凝土结构耐久性的影响,根据全微分公式导出了可靠度对随机变量均值和变异性的无量纲敏感系数。计算结果表明,忽略氯离子扩散系数时变性会导致显著地低估结构服役寿命,而不考虑衰减系数的随机性又会明显地高估结构耐久性能。敏感性分析结果表明,混凝土氯离子扩散衰减系数与混凝土保护层厚度对氯盐侵蚀下混凝土结构耐久性的影响占主导地位,并随着服役时间的增加,衰减系数的影响会超过混凝土保护层厚度。     

广州地区城市地下混凝土结构临界氯离子含量研究

主要针对广州地下混凝土结构侵蚀环境特点,进行氯离子侵蚀的快速腐蚀模拟实验.实验研究表明:较小的水与灰质量比和适量粉煤灰的掺入增加混凝土氯离子吸附能力,较大的保护层厚度、较小的水与灰质量比和掺粉煤灰降低混凝土的电流强度和延长电流稳定时间.同时微观结构分析显示氯盐腐蚀造成钢筋表层混凝土膨胀,结构出现膨胀劣化.通过氯离子侵蚀下锈蚀模拟实验与工程调查验证分析,推荐广州地区城市地下混凝土结构受氯离子侵蚀钢筋表面临界氯离子含量为0.04％～0.05％(质量分数),该值考虑混凝土对氯离子的结合及吸附的影响,为地区地下混凝土结构氯离子侵蚀寿命预测提供了参考.     

氯盐侵蚀环境和荷载耦合作用下盾构管片耐久性评价与寿命预计

基于荷载作用下管片混凝土内部孔隙率的变化特征,提出荷载作用对氯离子扩散影响的理论分析模型,并根据Fick第一定律,推导得荷载作用对氯离子扩散系数的影响方程。在参考既有试验数据的基础上,采用数值拟合和参数回归的方法,分别建立侵蚀环境氯离子质量分数、荷载水平以及侵蚀时间3因素耦合作用下的扩散系数与表面氯离子质量分数的数学表征模型,进一步结合Fick第二定律提出了氯盐侵蚀环境及结构荷载耦合作用下的盾构隧道管片结构混凝土耐久性评价模型及寿命预计方法。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1～5 mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1~5mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1~5mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

氯盐环境混凝土结构服役寿命可靠度分析简化公式

考虑氯盐环境中氯离子侵入混凝土过程中的混凝土扩散系数、钢筋保护层厚度、临界氯离子浓度和表面氯离子浓度的随机性,建立了氯盐侵蚀下混凝土结构服役寿命的简化计算公式。简化公式比Monte Carlo抽样模拟方法和一次二阶矩验算点法更简便,无需迭代计算,且计算精度优于中心点法。由算例的计算结果可知,本文简化计算公式的计算精度满足实际工程中的精度要求,可以用于工程中氯盐混凝土结构的耐久性可靠度分析,具有较大的应用价值。     

对流效应对氯离子侵蚀混凝土过程的影响

氯离子侵蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因之一.为预测氯盐环境下混凝土中氯离子的概况,建立了多相耦合的氯离子侵蚀模型,模型中考虑到了非饱和条件下氯离子以扩散和对流两种方式传输.基于此模型,利用数值模拟手段探讨了对流效应对氯离子侵蚀混凝土过程的影响.分析结果表明:不仅扩散而且对流效应也对氯离子侵蚀混凝土过程有着显著影响,可为混凝土结构耐久性评估与设计提供参考.     

海工环境下预应力高强混凝土管桩使用寿命计算

针对海工环境中的预应力高强度混凝土(PHC)管桩,考虑离心分层,将其使用寿命分为诱导期和发展期.对诱导期氯离子输运进行计算,采用差分法对Fick第二定律进行解答,求解诱导期寿命,而发展期寿命采用弹性力学理论求解.计算表明,诱导期和发展期寿命与保护层厚度分别呈线性和指数变化关系,砂浆层厚度增大时,发展期寿命急剧减小,内部封闭可增大PHC管桩使用寿命3~4倍.通过对PHC管桩180d氯盐侵蚀实验,验证了诱导期计算理论的准确性.     

近海混凝土结构氯盐危害机理及其耐久性控制的探讨

近海地区受到浓重的盐雾作用,混凝土构件遭受盐害破坏严重。而当前我国东南沿海地区正加快进行基础设施建设,其工程的结构设计使用年限较长,各项工程混凝土结构耐久性要求较高,对近海地区混凝土结构的盐害机理研究及其耐久性控制十分必要。本文针对近海盐雾环境对混凝土结构侵入腐蚀的特点,通过对氯盐危害机理的分析,探索控制和提高混凝土结构耐久性的措施。     

电化学除氯后混凝土性能试验研究

电化学除氯是短期内有效去除遭受氯盐污染的混凝土中氯离子的技术,可增强结构耐久性并提高使用寿命,但电化学除氯后混凝土性能会发生变化.对电化学除氯后混凝土的性能进行了试验研究,内容包括除氯对混凝土抗压强度、钢筋与混凝土的粘结强度、混凝土渗透性和混凝土中剩余氯离子含量的影响.结果表明:在本试验所控制的除氯参数下,除氯对混凝土的抗压强度有一定影响,混凝土的密实性和抗氯离子渗透性能有所提高,钢筋与混凝土的粘结强度随电流密度和电量有不同程度的降低.     

干湿循环下受弯钢筋混凝土梁的氯盐侵蚀

为探究弯曲荷载对干湿交替环境下钢筋混凝土梁内氯离子输运的影响,引入混凝土标量损伤作为耦合中间量,并拟合氯离子的荷载修正函数修正不同损伤部位的氯离子扩散系数,建立干湿循环与弯曲荷载耦合作用下混凝土梁中的氯盐和水分的输运模型。在此基础上,基于COMSOL软件,提出一种混凝土中氯盐侵蚀的数值模拟方法,并以弯曲荷载、侵蚀时间为变量,进行干湿循环试验验证。研究结果表明:随着弯曲荷载、侵蚀时间增加,混凝土梁内同一位置处的氯离子质量分数提高;对于同一试验梁,纯弯段氯离子质量分数比弯剪段的高;弯曲荷载影响构件的损伤范围和程度,进而影响氯离子在混凝土内的传输。     

粉煤灰掺量对氯盐环境下高性能混凝土服役寿命的影响

鉴于粉煤灰掺量对混凝土的抗氯离子侵蚀及服役寿命有显著影响,开展了粉煤灰混凝土的氯离子快速扩散实验和解析研究,分析了粉煤灰掺量对混凝土的扩散系数、氯离子结合能力,进而得到对混凝土服役寿命的影响规律。通过建立敏感系数模型,开展了混凝土结构服役寿命对氯离子Freundlich等温结合模型的敏感性分析。据此研究粉煤灰掺量对混凝土服役寿命的影响机理。实验结果表明,粉煤灰掺量为50%时混凝土氯离子扩散系数最小,粉煤灰掺量为30%时氯离子结合能力达到最大。模型计算和分析进一步表明:尽管粉煤灰掺量既可以通过混凝土扩散系数,也可以通过氯离子结合能力对混凝土服役寿命产生影响,但前者的影响更显著。通过对Freundlich等温结合模型的敏感性分析发现,较之于混凝土的初始结合能力,混凝土对氯离子的远期结合能力对混凝土结构服役寿命的影响更大,但随着粉煤灰掺量的增加,该影响会不断下降。     

耦合多相传输的氯离子侵蚀混凝土数值模拟研究

氯离子侵蚀是导致氯盐环境中混凝土结构承载力下降的主要原因之一.为预测渗有氯盐混凝土中氯离子的传输和分布规律,建立了考虑温湿影响的多相耦合氯离子侵蚀模型,模型中考虑到了作为非饱和多孔材料的混凝土中热量、水分、气体与氯离子耦合运输过程,以及伴随发生的相变现象.相变过程既包括水分的蒸发与凝结,也涉及氯盐的溶解与沉淀.特别是氯离子的存在对材料组成成份的物理和热力学性能的影响在模型中也进行了考虑.为求解构成模型的耦合偏微分方程组,采用了有限元法和完全隐式差分法.模型预测与试验结果具有较好的一致性,展现出所发展的数值计算方法在重现氯离子侵蚀混凝土真实过程的能力,将可有效用于实际混凝土结构耐久性评估与设计中.     

不同措施对热带海洋砼结构服役寿命的影响

海工钢筋混凝土结构由于长期受到海洋盐雾大气、浪溅与潮汐、高温等环境因素作用,大量氯离子侵入混凝土中,致使结构中的钢筋严重锈蚀,从而使混凝土结构难以达到50年的设计寿命要求.本文基于修正的氯离子扩散理论与可靠度理论,通过南海实际工程来探讨一些结构措施和附加措施对海工混凝土服役寿命的影响.结果表明:增大结构的保护层厚度能有效延长结构的服役寿命.对混凝土结构施加一定的附加防护措施,也能够有效地延长混凝土结构在热带海洋环境下的服役时间.最有效的附加防护措施是采用不锈钢钢筋,但是价格太高而应用受限,比较适用的是硅烷外涂或者使用阻锈剂,但对于一维结构而言仅仅使用其中一种并不能保证结构50年的设计寿命.     

铁路钢筋混凝土桥梁结构混凝土氯盐病害

基于严重病害的既有铁路钢筋混凝土桥梁的检测实践,通过对典型病害构件(桥面板、盖梁、梁体、墩等)混凝土的试验测试分析,研究了实际服役环境条件下铁路钢筋混凝土桥梁氯盐侵蚀破坏特征,调查了混凝土中氯离子迁移特性和分布,以及相应混凝土中的碱含量、pH值的变化规律.结合微观结构分析,进一步对铁路钢筋混凝土桥梁的氯盐破坏机理及其微观结构特征进行了深入探讨.研究结果表明:氯化钠盐溶液在该结构混凝土中的迁移速度非常快且发生了物理结晶作用;氯化钠盐溶液的侵入引起了混凝土中碱含量的明显增加和pH值的降低.混凝土内部孔结构发生了明显粗化.研究结果可为既有铁路钢筋混凝土桥梁氯盐病害的整治与修复提供科学依据和技术支持.     

人工气候模拟海洋大气盐雾区的加速试验设计

在海洋大气盐雾环境下,氯离子侵蚀是混凝土结构耐久性退化的主要原因。为了解决该环境下混凝土结构耐久性试验的相似性问题,以海洋环境中混凝土受氯盐侵蚀的实际工程为背景,在简述盐雾侵蚀机理的基础上,分析了大气盐雾区的现场环境参数（盐雾沉降率、雾粒直径、温度、湿度和干湿时间比等）。通过对现场环境参数的模拟和改变来提高氯盐侵蚀速度以制定加速试验方案。     

浅谈钢筋混凝土结构的耐久性

本文介绍了结构使用寿命的影响因素,指出结构的外界环境是引起耐久性损伤的主要原因。从氯离子侵蚀钢筋的角度透视环境是如何影响钢筋混凝土结构的正常工作的,具体讨论了氯离子的来源、侵入途径、与碳化的关系以及对特殊的建筑结构氯盐侵蚀的分析,另外对混凝土锈胀开裂模型提出一些见解。     

沿海混凝土结构耐久性设计中环境作用的分类分级

为探讨环境作用在沿海混凝土结构耐久性设计中的影响程度,对沿海混凝土结构受到的海洋大气、沿海地质以及海水环境的作用进行分析.分析有关研究成果和工程测试表明,沿海大气环境作用应该考虑Cl-的沉降率、相对湿度、相对湿度大于80%的天数等影响.沿海地质环境除一般腐蚀因素外,还要考虑基础开挖引起海水向地基渗透对耐久性的影响.而海水环境根据海水飞溅区、海水潮差区、海水全浸区和海泥区的不同区域,要考虑海水中溶解氧、海水pH等的影响.结合2个沿海混凝土结构工程耐久性设计中的环境作用确定问题,讨论了沿海大气环境和地质环境作用的分类分级和确定方法,建议采用地理位置描述与环境因素、建筑因素相结合的方法.