模拟工业废水对钢纤维混凝土的腐蚀试验研究

针对模拟工业废水环境以及工业废水-干湿循环耦合作用下钢纤维混凝土的抗压强度、抗折强度、尺寸效应等几个方面进行了试验,研究了工业废水环境下钢纤维混凝土的抗腐蚀性能.结果表明,高COD值工业废水将对钢纤维混凝土产生腐蚀劣化,钢纤维混凝土的抗压腐蚀系数和抗折腐蚀系数均随着试验龄期的增加而逐渐降低,其降低幅度随着试件尺寸的减小而增大;钢纤维对抑制混凝土抗压强度的腐蚀劣化作用不明显,但可有效抑制混凝土抗折强度的腐蚀劣化作用;在工业废水环境下经历干湿循环4个月以后,钢纤维混凝土抗压强度与抗折强度的腐蚀劣化开始显现,钢纤维的加入对混凝土抵抗工业废水干湿循环下的腐蚀能力有所提高;经历工业废水腐蚀后的小尺寸试件与标准试件之间的钢纤维混凝土抗折强度具有较为显著的尺寸效应.     

基于NMR的再生混凝土干湿循环可靠性评估

为了得到干湿循环环境下再生混凝土的损伤规律及可靠度,设计了再生混凝土干湿循环试验,运用核磁共振技术采集不同干湿循环次数下的T_2谱及孔隙度,分析了干湿循环试验下孔隙发展及孔隙度变化,得到了干湿循环环境下再生混凝土损伤规律.以再生混凝土孔隙度作为损伤变量以及退化参数,运用Weibull分布函数建立再生混凝土干湿循环的可靠度函数.研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,再生混凝土中孔隙相互连通发展为更大尺寸的孔隙,再生混凝土孔隙度不断增长,可靠度为80%的再生混凝土干湿循环次数为119.     

硫酸盐侵蚀损伤劣化基桩竖向承载特性

依据混凝土腐蚀损伤度这一变量,基于混凝土强度和刚度建立了硫酸盐侵蚀基桩力学性能劣化模型.在此基础上,分别采用双曲线非线性函数和双折线硬化函数来模拟桩侧和桩端荷载传递规律,开展硫酸盐侵蚀损伤基桩竖向承载特性非线性数值分析,研究了硫酸盐侵蚀环境下不同腐蚀损伤度基桩的竖向承载特性.结果表明:在竖向荷载作用下,腐蚀损伤度超过某一临界值时,基桩会发生脆断破坏.同一初始桩端沉降条件下,腐蚀损伤度越大,基桩所需桩顶荷载也越大.由于混凝土性能退化模型的局限性,本方法仅适用于硫酸钠侵蚀环境下腐蚀损伤度小于0.80的情况.     

扫描Kelvin探针研究缺陷涂层的膜下腐蚀电化学行为

应用扫描Kelvin探针原位研究盐雾和干湿周浸环境中缺陷涂层膜下的腐蚀行为.结果显示:在两种腐蚀环境中,缺陷涂层均分为缺陷、阴极剥离及完好涂层区域;Kelvin电位的分布相同,缺陷处最高,完整涂层处最低.Kelvin电位分布峰的直径随时间的延长而增大,表明剥离区域扩大.干湿周浸环境中,Kelvin电位的最大值Vmax随时间变化不明显,Vmin在逐渐下降后达到谷值,随后升高;盐雾环境中由于电解质溶液持续扩散和盐雾颗粒极强的腐蚀性,Kelvin电位随时间的变化规律为Vmin在起始阶段达到最小值,随后升高.由Vmax-Vmin的变化规律得出,干湿周浸环境下腐蚀倾向性在试验开始5h后达到最大,而在盐雾环境下,试验开始阶段腐蚀倾向性就达到最大,且要高于干湿周浸环境.     

浸烘与加载耦合作用下混凝土的损伤失效研究

研究了水灰比分别为0.53、0.35和0.27的普通混凝土(OPC)、高性能混凝土(HPC)和高强混凝土(HSC)在盐湖卤水浸烘、浸烘+30%荷载和盐湖现场暴露环境下盐应力腐蚀行为。试验结果表明:在不同环境作用下,混凝土在应力腐蚀作用下的相对动弹性模量要经历强化和劣化2个发展阶段,强化和劣化阶段的时间与试验环境和混凝土类型密切相关。水灰比越大,劣化速率越大强化时间越短。浸烘循环+30%荷载作用显著加速了混凝土应力腐蚀破坏进程。OPC应力腐蚀的强化段在浸烘循环+30%荷载时间与长度暴露环境条件的相应时间长度分别压缩了67%。在浸烘+30%荷载循环作用下,在强化阶段HSC发生应力腐蚀的干湿循环次数分别比OPC和HPC延长了1.8倍,因此,在中国盐湖地区,HSC表现出更强的抗应力腐蚀能力。     

复合盐溶液侵蚀与环境因素影响下混凝土耐久性研究进展

混凝土结构遭受各种盐离子侵蚀后,在远未达到其服役寿命时就破坏,位于恶劣环境下的混凝土还要同时遭到干湿循环、冻融、荷载等多重因素的影响,进一步加剧混凝土的损伤劣化.开展在复杂环境下受复合盐侵蚀的混凝土损伤劣化机理研究非常迫切,当前混凝土耐久性研究已逐渐转移到多因素共同作用所造成的耐久性损伤领域.针对复合盐溶液侵蚀作用下混凝土的耐久性能,对近年国内外相关研究成果进行回顾与分析.重点介绍了近年来关于混凝土在复合盐溶液与干湿循环、冻融、荷载等因素耦合作用下破坏机理和耐久性能试验研究成果,并对多因素耦合作用下混凝土耐久性研究进行了展望.     

多盐耦合腐蚀环境下混凝土性能劣化规律

为了探究实际工业化学腐蚀环境对混凝土物理力学性能的影响规律，在氯盐、硫酸盐及镁盐环境下，进行了半浸泡与全浸泡的现场暴露试验，并在室内进行了相应的腐蚀模拟试验，研究不同水胶比、腐蚀质量分数及干湿周期对混凝土质量、抗压强度、动弹性模量及损伤层厚度的影响.结果表明：半浸泡混凝土与室内模拟试验混凝土相对质量、相对动弹性模量、抗压强度均随时间先上升后下降，损伤层厚度随时间持续上升.全浸泡方式对混凝土的劣化损伤远低于半浸泡方式，全浸泡方式延长了半浸泡方式各转折点所需时间.水胶比增大、质量分数提升及干湿周期缩短均促进Friedel盐、钙矾石及氢氧化镁等生成，加速混凝土劣化.腐蚀性离子渗入混凝土的先后顺序为：氯离子、硫酸根离子、镁离子.     

干湿循环下氯盐对现浇混凝土硫酸盐

盐渍土地区地表及地下现浇混凝土结构往往遭受多离子 干湿交替的复合侵蚀作用.利用室内试验条件模拟实际工程中地下现浇混凝土结构复合侵蚀过程.测定了试件的尺寸、质量、抗压强度变化及硫酸盐在不同深度的分布情况,进一步采用SEM（扫描电子显微镜）、XRD（X射线衍射）及EDS（电子能谱测试）观察了混凝土试样微观结构及物相变化,并对比和分析了干湿循环条件下氯盐对硫酸盐在现浇混凝土中扩散规律的影响.结果发现,干湿及氯盐影响下现浇混凝土硫酸盐侵蚀更为剧烈,干湿条件下复合侵蚀的混凝土试样在腐蚀后期强度显著降低,氯盐影响下现浇混凝土中硫酸盐的扩散和积累速度更快.研究表明,干湿交替下氯盐对硫酸盐腐蚀存在协同加速效应,氯盐促进了硫酸盐在现浇混凝土中的扩散及积累.     

干湿循环下氯盐对现浇混凝土硫酸盐腐蚀劣化及扩散影响

盐渍土地区地表及地下现浇混凝土结构往往遭受多离子-干湿交替的复合侵蚀作用.利用室内试验条件模拟实际工程中地下现浇混凝土结构复合侵蚀过程.测定了试件的尺寸、质量、抗压强度变化及硫酸盐在不同深度的分布情况,进一步采用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)及EDS(电子能谱测试)观察了混凝土试样微观结构及物相变化,并对比和分析了干湿循环条件下氯盐对硫酸盐在现浇混凝土中扩散规律的影响.结果发现,干湿及氯盐影响下现浇混凝土硫酸盐侵蚀更为剧烈,干湿条件下复合侵蚀的混凝土试样在腐蚀后期强度显著降低,氯盐影响下现浇混凝土中硫酸盐的扩散和积累速度更快.研究表明,干湿交替下氯盐对硫酸盐腐蚀存在协同加速效应,氯盐促进了硫酸盐在现浇混凝土中的扩散及积累.     

考虑干湿循环的大理岩统计损伤本构模型

为研究大理岩在干湿循环作用下会产生劣化作用,通过对大理岩在干湿循环作用下的力学特性的变化规律,发现随干湿循环次数的增加,劣化作用会呈现减弱的趋势,最终趋于一个恒定值.通过应用细观方法研究了大理岩微元强度,假设大理岩微元强度分布服从Weibull分布,然后利用连续损伤理论,认为大理岩损伤劣化规律具备连续性,再由Lemaitre提出的应变等效假说以及基于D-P强度破坏准则度量微元强度提出了大理岩考虑干湿循环效应下的统计损伤本构模型,并应用大理岩干湿循环的单轴压缩实验数据与构建的统计损伤本构模型的应力、应变曲线进行模拟拟合.结果表明,所建立的统计损伤本构模型能够较好地反映考虑干湿循环效应下大理岩弹性阶段的损伤,可见该模型具有一定合理性、有效性.     

荷载-干湿交替-硫酸盐耦合作用下混凝土损伤过程

研究了弯曲荷载-干湿交替-硫酸盐三因素耦合作用下的混凝土损伤劣化过程,采用环境扫描电镜(ESEM)观察了耦合作用下的混凝土微观结构演变过程.结果表明,与单一硫酸盐侵蚀相比,弯曲荷载和干湿循环都加剧了混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度,但干湿循环的加速损伤作用更加明显.三因素耦合作用时,当荷载率低于40％时,干湿循环是加速混凝土损伤劣化的主要因素;而当荷载率达到60％时,荷载引起的力学损伤是导致混凝土劣化的主要因素.试验还表明,在荷载-干湿交替耦合作用下,混凝土强度等级越高其抗硫酸盐侵蚀能力越强,硫酸盐浓度越大混凝土损伤越明显,粉煤灰和矿粉等矿物掺合料可显著提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力.     

干湿循环下宁明粉砂岩宏微观损伤劣化规律研究

为揭示干湿循环下广西宁明地区粉砂岩损伤劣化规律,首先通过干湿循环试验模拟了岩石失水-吸水过程,分析了干湿循环作用下粉砂岩饱和含水率、纵波波速变化规律,并研究了干湿循环后粉砂岩的单轴压缩力学参数劣化特性以及微观结构变化,然后以弹性模量定义干湿循环后粉砂岩损伤,并基于Weibull分布定义受荷后粉砂岩的损伤,耦合得到了干湿循环作用下受荷粉砂岩的损伤演化方程。研究表明：随干湿循环次数增加,粉砂岩饱和含水率呈非线性增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量呈非线性减小,可采用指数函数进行拟合,且变化趋势均呈现出3个阶段;干湿循环作用对弹性模量劣化程度较单轴抗压强度劣化程度更为显著;阶段劣化度随干湿循环次数的增加而减小,总劣化度随干湿循环次数的增加而增大;峰值应变逐渐增大,岩样塑性得到了显著发展,破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变。     

格尔木地区钢筋混凝土现场暴露的竞争失效分析

为研究格尔木盐渍土地区钢筋混凝土服役期间的退化过程,采用现场暴露的试验方法,对钢筋混凝土的退化过程进行跟踪研究.将相对动弹性模量评价参数、相对质量评价参数作为钢筋混凝土耐久性退化的2个因素,基于Weibull分布函数对其进行综合分析.结果表明,Weibull分布函数可以很好地对钢筋混凝土的退化过程进行表述;相对动弹性模量评价参数和相对质量评价参数可分别作为劣化前期和后期的评价指标;钢筋混凝土的失效时间为870 d.     

基于氯离子时变扩散钢筋混凝土锈胀裂缝时变可靠度研究

基于氯离子Fick扩散定理和法拉第定律,通过研发的四电极传感器体系获得含氯离子混凝土模拟液中腐蚀电流密度规律以及混凝土中氯离子时变扩散系数,建立氯离子时变扩散钢筋腐蚀速率模型;在此基础上基于弹性断裂力学和坑蚀模型,建立坑蚀锈胀裂缝时变可靠度模型,采用Monte Carlo方法求得钢筋混凝土锈胀裂缝时变可靠度.研究表明,基于研发的MnO2参比电极四电极传感器体系平均腐蚀电流密度随氯离子浓度增加而线性增加,随时间增加趋于恒定.采用考虑氯离子时变扩散钢筋腐蚀电流在服役期间钢筋腐蚀电流密度减小.坑蚀锈胀裂缝开始时间在第10~15年;随保护层厚度和钢筋直径增加以及表面氯离子浓度减小,钢筋混凝土坑蚀裂缝宽度减小.研究结果对氯离子诱发的钢筋混凝土坑蚀腐蚀裂可靠度预测具有重要的参考价值.     

基于Wiener随机过程地下腐蚀环境中 钢筋混凝土耐久性寿命预测

根据兰州地铁沿线站台地下水和土壤中所含腐蚀离子配置含有SO24-、Cl-、Mg2+的4种复合盐溶液,将钢筋混凝土试件置于复合盐溶液中,每隔90 d通过电化学工作站及超声声速检测仪进行无损检测,利用非单调Wiener随机退化过程,以相对动弹性模量值达到0.4时作为混凝土失效破坏条件,以混凝土裂缝开展宽度达到0.2 mm时的腐蚀电流密度作为混凝土中钢筋的失效阈值,进而建立钢筋混凝土耐久性寿命预测模型.研究结果表明:复合盐溶液环境下,极化曲线整体向腐蚀电流密度增大和负电位方向移动,交流阻抗图谱呈现双容抗弧,初始时刻低频区阻抗弧半径大,斜率高,腐蚀周期增加,低频阻抗弧半径逐渐减小并向阻抗实部收缩,阻抗谱逐渐左移.裂缝宽度到达0.2 mm时腐蚀电流密度的失效阈值为7.6375μA/cm2,基于Wiener随机过程模型可以很好地反映钢筋混凝土在腐蚀环境中耐久性寿命变化.钢筋和混凝土寿命曲线均呈现出三阶段变化特点,钢筋寿命曲线第一阶段持续时间更长,第二阶段加速退化速率更快.通过Wiener随机过程得到钢筋的寿命小于混凝土寿命,在A、B、C、D四种溶液中的寿命分别约为7200 d、2900 d、4500 d及2000 d,而混凝土在4种溶液中的寿命分别约为10000 d、6500 d、5500 d及5000 d.且钢筋寿命对氯盐的敏感性大,而混凝土寿命对硫酸盐的敏感性大.     

混凝土在硫酸盐-氯盐环境下的损伤失效研究

研究了水胶比为0.37,0.45普通混凝土在3种单一硫酸盐溶液(2.5%,5.0%,10%Na2SO4溶液),3种复合溶液(10%Na2SO4 (0,7%,13%)NaCl溶液)中浸烘循环,其相对动弹性模量Erd演化规律.实验结果表明:混凝土损伤演化过程包括初始劣化段,性能改善段和性能劣化段.其损伤演化方程由线性函数和二次函数构成的分段函数描述,二次项系数改变反映了腐蚀溶液中硫酸盐浓度和氯盐浓度的影响.随硫酸盐浓度增加,混凝土损伤劣化速度加快;复合溶液中氯盐存在,延缓了混凝土损伤劣化速度.为阐明该结果,用TG-DSC-XRD分析了相同W/B水泥静浆在不同腐蚀龄期、腐蚀溶液中的腐蚀产物.     

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。     

盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土的耐久性分析

内蒙古河套灌区渠道“重灌轻排”导致土壤盐碱化严重,严重影响了水工建筑的使用寿命。本文研究了河套灌区渠道中盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土耐久性,以天然浮石混凝土作为衬砌材料,模拟河套灌区渠道水工建筑实际排水工程环境进行室内加速试验。以相对动弹模量以及质量损失率为损伤评价参数,分析天然浮石混凝土的宏观损失规律;借助环境扫描电镜和能谱成分分析揭示其退化机理;最后采用Weibull分布对天然浮石混凝土的相对动弹模量的退化轨迹构建模型,获得寿命可靠度函数,并预测出其极限失效次数。结果表明:在盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土的质量损失率总体呈现上升趋势,相对动弹模量呈现出下降趋势;在多因素耦合作用下,盐溶液与混凝土水化产物进行化学反应形成侵蚀产物,侵蚀产物膨胀引起混凝土内部孔隙变大、裂缝扩展,天然浮石混凝土劣化速率提高;在多因素耦合作用下天然浮石混凝土的可靠度为三阶段退化模型,其失效机制为耗损型失效。该研究可以为天然浮石混凝土在河套灌区渠道水工建筑工程应用提供理论依据。     

碳纳米管对钢筋混凝土耐氯盐腐蚀性能的影响

采用电化学快速腐蚀法研究了碳纳米管掺量(0.1%~0.5%)对钢筋混凝土在5%氯盐环境下的电流强度、变形开裂特征及钢筋质量损失率的影响.结果表明:少量碳纳米管会在混凝土中形成微细电容器,降低钢筋混凝土的导电性,保护钢筋防止钢筋腐蚀;而掺量较多时会形成导电通路,增加混凝土的导电性,提高钢筋混凝土的腐蚀电流强度.变形性能测试结果表明:0.1%~0.3%碳纳米管使得混凝土开裂破坏时间延长11%~32%;掺量较多时,会提高钢筋混凝土开裂破坏速度,钢筋混凝土开裂时间比普通混凝土提早了27.8%.钢筋质量损失率测试结果表明:在混凝土中掺入0.1%~0.3%碳纳米管使得钢筋质量损失率比普通混凝土低30%~81%.扫描电镜测试结果表明:腐蚀后,普通混凝土保护层中存在大量的针柱状腐蚀针体,并且还可以观察到脆性裂缝,而碳纳米管改性混凝土中的裂缝较小,碳纳米管束缚针状晶体并相互交缠.     

多盐耦合环境下混凝土腐蚀损伤发展模型

以SO₄^2-,Cl^-与Mg²⁺作为主要离子模拟工厂中实际恶劣化学腐蚀环境，开展现场暴露试验及室内模拟试验.研究了不同浸泡方式、水胶质量比、腐蚀溶液质量分数及干湿周期对混凝土劣化影响，采用超声波检测分析混凝土劣化程度.结果表明：在多盐耦合作用下，混凝土的损伤层厚度随腐蚀时间持续增加且速度逐渐减小.腐蚀前期Cl^-与SO₄^2-先进行反应，混凝土内外浓度差较大，腐蚀速度快；腐蚀中期镁盐参与腐蚀，导致缺陷再发展，但浓度差减小，腐蚀速度放缓.基于试验结果提出损伤发展模型，得出室内模拟试验腐蚀1.37 d相当于现场半浸泡试验腐蚀1 d,结果较为准确.