裂缝非贯通条件下混凝土结构中氯离子扩散解析

考虑混凝土裂缝的非贯通条件,根据裂缝深度将带裂缝混凝土结构分为裂缝区和无裂缝区.依据Fick第二定律,建立氯离子在带裂缝混凝土结构中的扩散方程,结合初始条件和边界条件,采用Laplace变换法得到带裂缝混凝土结构中氯离子扩散方程的解析解,并分析裂缝宽度和深度对氯离子分布规律及钢筋混凝土结构耐久寿命影响.结果表明,裂缝的深度越小、宽度越大,则裂缝非贯通条件下的氯离子浓度与裂缝贯通条件下的氯离子浓度差异越大.随着裂缝深度与保护层厚度之比d_(cr)/d_c增大,钢筋混凝土结构耐久寿命呈现先减小后增大的变化趋势;当d_(cr)/d_c=1.0时,结构耐久寿命取得最小值;当d_(cr)/d_c1.6时,结构耐久寿命可近似按裂缝贯通时的情况计算.     

高地温对混凝土氯离子渗透性能影响分析

混凝土的抗氯离子渗透性是混凝土耐久性的一个重要指标,影响到引水隧洞等工程的使用寿命。为获得高地温对混凝土氯离子扩散的影响规律,在电通量法获得不同养护温度条件下,混凝土的抗氯离子渗透实验结果的基础上,采用非线性氯离子吸附模型与温度耦合的数值计算方法,分析了不同温度梯度条件下混凝土氯离子扩散规律。结果表明:20～60℃混凝土抗氯离子渗透性能随温度升高而增强; 60～90℃抗氯离子渗透性能随温度升高而迅速降低;随时间的推移自由氯离子在混凝土中呈非线性扩散且深度不断增大,直至穿透混凝土。因此,进行氯离子在混凝土中的扩散分布研究,可以客观地预测混凝土的服役寿命。     

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.     

氯离子在非饱和混凝土中传输过程的数值模拟

为确定氯离子在非饱和混凝土构件中的传输过程,推导了基于物质守恒定律的氯离子对流扩散方程;并对控制方程中的计算参数以及有限元计算过程的稳定性进行了初步讨论.在此基础上,定量分析了对流效应对氯离子传输过程的影响.分析结果表明,对流和扩散效应的耦合作用主要出现于构件表层;对流效应在传输过程初期较为显著.最后,对计算模型的参数...     

干湿交替作用下氯离子在开裂混凝土中的输运规律

为了获得干湿交替作用下氯离子在开裂混凝土内的侵蚀规律,采用双重孔隙介质模型,考虑氯离子在混凝土孔隙内的线性结合,将水分和氯离子在混凝土和裂缝内的迁移分别表示为扩散形式和对流-扩散形式,得出不同饱和度下的水分扩散方程和氯离子对流-扩散方程,以及Rayleigh-Ritz分布下相应的水分扩散系数随孔隙饱和度的变化规律,并采用有限单元法计算干湿交替作用下的水分和氯离子在一规则开裂混凝土内的迁移过程,得出的干燥与湿润过程中的氯离子侵蚀结果与试验结果较吻合.模拟结果表明:在干湿交替作用下,裂缝深度对超出裂缝部分的氯离子影响较大,而裂缝宽度、循环周期、初始饱和度对混凝土和裂缝中的氯离子浓度影响较小.     

非饱和混凝土中氯离子输运问题的边界元算法

氯离子侵蚀对混凝土结构耐久性造成极大危害,研究混凝土中氯离子输运问题的计算方法,对于完善混凝土结构寿命预测与评估方法具有重要意义.针对非饱和混凝土中氯离子输运问题,综合考虑了渗透和扩散对输运过程的影响.将相应的控制方程转化为积分弱形式,采用径向积分法和基于紧支径向基函数的函数逼近方法,得到仅包含边界积分的积分方程.采用中心差分格式表示非稳态项中的湿度梯度和浓度梯度,进而建立该问题的无网格边界元方程.通过求解系统方程,得到混凝土中氯离子输运问题的解答.计算表明,混凝土未饱和之前,渗透过程对氯离子输运的影响显著高于扩散过程,渗透对扩散过程的影响时间远长于混凝土达到饱和的时间.这为进一步研究干湿循环作用下混凝土中氯离子输运问题奠定了基础.     

复合外掺料高性能混凝土的氯离子扩散性能

为研究复合矿物外掺料对高性能混凝土抗氯离子扩散性能的影响,分别制备单掺、双掺及三掺矿物外掺料的高性能混凝土试件,通过开展6 h快速氯离子扩散实验(ASTM C1202),测试高性能混凝土中不同深度处的总氯离子和自由氯离子的含量,并据此计算不同深度处固化氯离子的含量。实验结果表明,复合掺加粉煤灰、硅灰和矿渣的高性能混凝土的6 h电通量最少,且其内部的总氯离子和自由氯离子含量最低,具有最佳抗氯离子扩散能力;复合掺加矿物外掺料可以提高混凝土中固化氯离子的比例,降低混凝土结构中钢筋的锈蚀概率,延长其服役寿命。     

干湿循环作用下风积沙混凝土中氯离子扩散研究

目的 探究不同风积沙替代率的混凝土在干湿循环作用下对其内部氯离子扩散的影响,研究氯离子在干湿循环中的传输特性。方法 通过制备0%、25%、50%、75%、100%风积沙替代河砂的混凝土,采用磨粉滴定的方法测定不同干湿循环周期下混凝土中不同深度处的总氯离子和自由氯离子浓度,并就4种结合机制探讨氯离子结合规律。结果 自由氯离子浓度随风积沙替代率的增大先减小后增大,并且干湿循环作用对混凝土表层氯离子浓度影响较大。风积沙混凝土氯离子结合规律均符合线性结合类型,随着风积沙替代率的增大,混凝土氯离子结合能力先增大后减小。风积沙替代率为25%时混凝土自由氯离子浓度最低,结合能力最好,其结合能力为基准混凝土的1.20倍,而替代率100%的风积沙混凝土反而不利于混凝土抵抗氯离子侵蚀。结论 风积沙替代率小于50%时,风积沙混凝土的氯离子结合能力和抗氯离子侵蚀能力较好,对钢筋的保护能力比普通混凝土更强。     

海洋环境要素综合影响下混凝土中氯离子的传输模型

为澄清多种海洋环境要素对混凝土氯离子侵蚀的综合影响,在对混凝土氯离子侵蚀机理分析的基础上,建立了日照、潮汐、气温等海洋环境综合影响下的混凝土氯离子传输计算模型.该模型在传统对流-扩散模型中增加了ASHRAE晴空日照模型,并考虑了潮汐水位的周期变化导致的干湿两个过程中水分扩散以及水-土界面扩散等边界条件的差异,采取氯离子相对孔隙液的浓度作为控制指标,运用有限差分法,对海上混凝土结构全生命周期内的温度场、湿度场、氯离子浓度场进行动态耦合计算.通过试验实测数据对各模块计算结果进行验证,吻合良好.该模型对于海工混凝土的耐久性设计具有参考价值.     

干湿循环条件混凝土内氯离子输运试验拟合与分析

为了进一步揭示干湿循环条件下氯离子在混凝土中的输运机理,对比分析全浸泡和干湿循环两种条件下的已有试验数据,分开考虑浓度扩散作用和孔隙吸附作用,对混凝土内氯浓度的分布与侵入深度和侵蚀时间的关系进行拟合,得到氯离子浓度随时间和深度变化的经验公式.比较不同水灰比及掺粉煤灰混凝土的试验数据与公式计算数据,拟合情况较好.该式在传统扩散模型基础上引入了孔吸附作用,更符合工程实际多种因素共同作用的情况.     

海洋环境下混凝土中钢筋表面氯离子浓度的随机模型

分析了海洋环境下氯离子在混凝土中的传输机理及其随机扩散过程．将扩散系数作为随机数,混凝土表面氯离子浓度、保护层厚度作为随机变量,建立混凝土中钢筋表面氯离子浓度分布的随机模型,推导出钢筋表面氯离子浓度的均值和方差．算例结果表明,该模型的计算值较传统的Fick扩散定律更接近试验值,可用于预测海洋环境下混凝土中钢筋表面的氯离子浓度．     

掺矿物掺合料混凝土ASTM C1202测试指标的相关性

为了探讨掺矿物掺合料混凝土的ASTM C1202测试指标的相关性,采用ASTM C1202标准测试了分别掺有粉煤灰、矿渣、硅灰的混凝土28 d和91 d的初始电流、6 h电通量以及氯离子渗透深度;分析了6 h电通量和初始电流、氯离子渗透深度的关系以及矿物掺合料和龄期对这些关系的影响规律.分析结果表明:3种矿物掺合料均能不同程度地降低混凝土的6 h电通量、初始电流以及氯离子渗透深度;龄期基本不影响掺矿物掺合料混凝土6 h电通量与初始电流之间的相关性;龄期对掺矿物掺合料混凝土氯离子渗透深度与6 h电通量的相关性影响较大.可以考虑用初始电流作为评价指标建立掺矿物掺合料混凝土抗氯离子渗透性的评价标准;宜采用长龄期试件作为测试对象评价掺矿物掺合料混凝土抗氯离子渗透能力.     

饱水混凝土中硫酸根离子扩散-反应模型研究

针对硫酸盐环境下混凝土的劣化问题,本文从腐蚀机理出发,采用Fick第二定律,考虑硫酸根离子在混凝土中扩散的曲折度,结合水泥水化、腐蚀产物填充和材料损伤度对孔隙的影响建立了硫酸盐侵蚀下混凝土的扩散-反应模型;开展了3种水灰比的混凝土在2种浓度的硫酸盐侵蚀条件下的浸泡腐蚀试验,并与模型计算结果对比分析。结果表明：模型计算值与试验实测值基本一致;相同浓度下,水灰比越大混凝土内部同一截面硫酸根离子含量越高;水灰比一样的混凝土,侵蚀浓度越高腐蚀产物填充孔隙周期越短,相同周期内侵蚀深度越大。最后通过建立的混凝土受硫酸根离子侵蚀的最大深度预测模型,可见硫酸盐侵蚀混凝土的最大侵蚀深度随着侵蚀龄期的延长而逐渐变缓,后随着腐蚀产物对混凝土产生损伤,扩散速率加快,侵蚀深度变大。     

复杂环境下钢筋混凝土桥梁损伤概率模型及可靠度分析

综合考虑氯离子的结合作用、水灰比、温度和湿度因素对钢筋锈蚀的初始时间的影响,对Fick第二定律进行改进,建立了初锈时间模型.并通过Monte Carlo数值模拟技术,对钢筋混凝土桥梁的保护层厚度、表面氯离子浓度、扩散系数和临界氯离子浓度进行随机抽样,进行了正常使用极限状态下的可靠度计算.研究结果表明,钢筋对锈蚀的敏感程度依次为:保护层厚度、临界氯离子浓度、扩散系数、表面氯离子浓度;随着锈蚀率的增加,桥梁在使用年限达到65年之后,失效概率达到1,同时使用年限下降27%.     

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。     

弹体侵彻钢筋混凝土靶开坑深度研究

研究弹体侵彻靶板的开坑深度,有助于提升侵深和过载的计算精度.首先,通过总结对比现有的开坑深度模型以及试验数据的回归分析,建立了考虑弹体质量和初速度的开坑深度模型.然后,以此为基础给出了弹体侵彻钢筋混凝土靶开坑深度的计算方法.最后,结合作者早前建立的钢筋混凝土动态球形空腔膨胀理论,利用文献试验数据对开坑深度模型进行了应用对比分析.本文模型考虑了弹体质量、初速度以及首层钢筋网埋设深度等因素的影响,可用于分析不同质量、不同初速度弹体侵彻钢筋混凝土靶的开坑深度.      

钢筋混凝土电化学除氯的试验研究

通过试验,研究了钢筋混凝土电化学除氯时所采用的电流密度、电量以及初始氯离子含量对除氯效果的影响,同时监测了除氯前后混凝土中钢筋的电位以及钢筋周围混凝土组成的变化情况。结果表明:初始氯含量、电流密度、电量对除氯效率均有不同程度的影响;除氯后钢筋电位向正向偏移,腐蚀的可能性降低;除氯后钢筋周围的Ca(OH)2含量增加,有利于钢筋的钝化恢复。