基于混凝土氯离子扩散系数时变性的钢筋坑蚀面积随机时变模型

基于Fick第二定律,建立了考虑混凝土氯离子扩散系数时变性的钢筋坑蚀面积随机时变模型,分析了影响钢筋坑蚀面积的主要因素及其敏感性;以Monte Carlo方法和实测的临海既有混凝土自由氯离子浓度,研究了该环境下既有混凝土内钢筋坑蚀面积的概率分布特性,并分析了混凝土氯离子扩散系数时变性和保护层厚度对钢筋坑蚀面积的影响。结果表明,混凝土氯离子扩散系数时变性和保护层厚度对钢筋坑蚀面积的影响最大,钢筋坑蚀面积服从对数正态分布;在该临海氯盐环境下,考虑混凝土扩散系数时变性计算的钢筋坑蚀面积为不考虑时变性的2倍多,考虑混凝土扩散系数时变性的计算结论与实测结果吻合。     

弯曲荷载对混凝土氯离子扩散与钢筋初锈时间的影响

通过设计的人工气候环境下水工混凝土梁加载侵蚀对比试验,分析了弯曲荷载作用下梁的纯弯区与无荷载作用下混凝土的氯离子浓度分布,并以F ick第二定律和Monte Carlo方法为基础,研究了弯曲荷载对水工混凝土的氯离子扩散参数与钢筋初始锈蚀时间的影响。结论表明,弯曲荷载对受压区混凝土的氯离子扩散有抑制作用,并延缓了受压区钢筋初始锈蚀时间。     

自然潮差环境下混凝土氯离子峰值浓度的时变性

基于自然潮差环境下的现场暴露试验,研究了混凝土氯离子峰值浓度的时变性以及影响因素。测试了7个暴露时间,5种不同水灰比的普通混凝土、5种水胶比均为0.50的不同掺合料混凝土共10组混凝土内的自由氯离子浓度,并采用三点拟合法得到较为准确的对流区深度及对应的氯离子峰值浓度;然后,分析了水灰比及掺合料对混凝土氯离子峰值浓度时变性的影响,建立了其时变模型,并研究了氯离子峰值浓度的稳定趋势;最后,分析了峰值浓度的时变性对预测混凝土氯离子浓度的影响。结果表明,暴露时间和水灰比是影响混凝土中氯离子峰值浓度的重要因素,且掺合料减缓了混凝土中峰值浓度的增加速度;相对较短时间的暴露试验得到的混凝土峰值浓度时变模型,可以预测较长暴露时间后混凝土中峰值浓度;峰值浓度有逐渐趋于稳定的趋势,其稳定时间受水灰比和掺合料影响,加入掺合料缩短了稳定时间;考虑峰值浓度时变性可更为准确地预测不同深度处混凝土中的氯离子浓度。     

自然潮差环境下掺合料对混凝土氯离子扩散性能衰减的影响

以海洋潮差区环境暴露时间为60 d,120 d,240 d和360 d的现场试验为基础,研究了水灰比及掺加硅粉、粉煤灰、火成岩纤维对混凝土氯离子扩散性能衰减的影响,推导了混凝土扩散系数的时间衰减系数的计算公式,引入氯离子扩散系数衰减速率后进一步分析了长期暴露后混凝土扩散性能的衰减规律,并以已有研究成果分析了不同氯盐环境下掺合料对该扩散性能衰减的影响。结果表明:水灰比越大,混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数越小;单掺粉煤灰、火成岩纤维时扩散系数的时间衰减系数均增大,对氯离子扩散性能的衰减影响明显;掺入硅粉,能有效降低混凝土的氯离子扩散性,但对其时间衰减系数的影响较小;复掺硅粉和粉煤灰对扩散性能的早期衰减影响最为显著,其改善效果可达普通混凝土46.5%;掺合料对混凝土氯离子扩散性能的衰减系数的影响随时间逐渐减小,氯离子扩散系数的衰减速率最终趋于稳定;混凝土暴露的时间越长,掺合料对扩散性能的衰减影响越显著。     

除冰盐环境下混凝土冻融损伤深度的试验研究

文章对除冰盐环境下混凝土的冻融损伤进行了试验研究,通过对比混凝土外观变化规律、超声设备检测结果以及混凝土触水面渗透情况来获得不同冻融循环次数下混凝土的损伤深度情况。研究结果表明,当经历20次冻融循环后,混凝土冻融损伤开始向混凝土内部扩展。当经历30次冻融循环后,混凝土冻融损伤深度向下快速发展。当经历70次冻融循环后,混凝土冻融损伤向下发展变慢。这是由于前期冻融循环造成混凝土试件顶部产生大量微裂缝足以排出由于结冰产生的开裂应力,从而减弱冻融损伤向下发展的趋势。而在实际混凝土桥梁表面由于磨损存在,冻融损伤会不断向内扩展,值得桥梁管理人员注意。另外,在90次冻融循环后,最大渗透深度达到25mm,即细观裂缝已经接近普通钢筋混凝土结构中钢筋的位置,容易引发钢筋锈蚀问题。本试验研究结果可以为北方寒冷地区混凝土桥梁的抗锈蚀设计提供依据。     

高温下混凝土和钢筋强度的统计分析

通过对我国有关高温下普通混凝土抗压强度、热轧钢筋屈服强度和预应力钢筋极限强度的大量试验数据进行统计分析,发现在绝大多数情况下他们与各自常温强度之比(相对高温强度)均符合正态分布.给出了不同温度作用下上述3类建筑材料相对高温强度的均值和均方差,分别建立了高温下3类建材的相对高温强度均值和具有95%保证率的分位值随温度的定量变化关系.作为基于可靠度的结构抗火设计基础,积极开展高温下各类建筑材料的力学性能统计分析是十分必要的.     

偏高岭土高性能混凝土氯离子抗渗性试验研究

偏高岭土是高岭土在一定高温煅烧下的产物。为提高高性能混凝土抗渗性,本文将5%、10%、15%的偏高岭土取代等质量水泥掺加到混凝土中,并对通过偏高岭土高性能混凝土的电量进行测量。试验表明,与混凝土试件相比,掺量为5%、10%、15%的偏高岭土混凝土通电量分别减少了22.8%、45.8%和49.5%,氯离子扩散系数分别减少了8.2%、16.6%和17.9%。可见随着偏高岭土掺量的增加,高性能水泥混凝土的抗氯离子渗透能力逐渐增加,以掺量为15%的偏高岭土混凝土的抗渗性能最好。     

模拟自然潮差环境混凝土氯离子侵蚀对流区深度的相似性与随机性

对流区深度是氯盐侵蚀环境下水泥基材料及其构件耐久性寿命评价的主要参数之一,由于受环境及材料等随机性因素的影响,对流区深度为随机变量。通过在人工气候模拟环境下的暴露试验,测得不同暴露时间后不同水灰比混凝土中的自由氯离子浓度及其对流区深度;对比自然潮差环境下的试验结果,研究了人工气候模拟环境条件下混凝土氯离子对流区深度的相似性与随机性。结果表明,在两种试验环境条件下,混凝土氯离子侵蚀具有一定的相似性,混凝土试件均在暴露一段时间后形成了明显的对流区,且对流区深度都在4 mm左右;人工气候模拟环境下,水灰比对混凝土氯离子对流区的深度及其分布类型无明显影响,而暴露时间和环境因素的影响较为明显;在人工气候模拟环境下,混凝土氯离子对流区深度总体上服从均值为3.76 mm标准差为0.92 mm的正态分布。     

钱塘江河口水体氯离子含量及对混凝土的侵蚀

通过对钱塘江河口感潮环境表层水体中氯离子含量及其海塘上水工混凝土表面氯离子浓度的检测,考察了水体中氯离子含量与离河口距离及护坡混凝土表面氯离子浓度的关系。结果表明,河口感潮环境下水体中的氯离子含量,总体上是距离河口越近则表层水体中的氯离子含量越高,并与混凝土表面氯离子浓度之间具有较好的相关性,而混凝土表面氯离子浓度与其不同深度时的浓度之间近似完全正相关。设法减少水体中的氯离子入侵,是提高钱塘江河口感潮段混凝土结构抗氯离子侵蚀耐久性的关键措施。     

养护条件对BCCP抗氯离子侵蚀性能的影响与比较分析∗

通过测试钢筋缠绕预应力钢筒混凝土管道（BCCP）细石混凝土保护层试块在标准养护（S）,低压养护（0.7P）, 蒸汽养护（ZS）和蒸汽?低压养护（Z0.7P）条件下的氯离子扩散系数、抗压强度和吸水率,研究养护方式对BCCP 抗 氯离子侵蚀能力的影响,并基于灰色关联分析法,比较各因素的影响程度。结果表明：混凝土的抗氯离子侵蚀能力 随着养护龄期的增加而增加,单掺矿粉混凝土始终表现最优,使用高抗硫水泥会降低混凝土本身抗氯能力。低压 和蒸汽养护的混凝土在早龄期抗氯能力高于标准养护,但随水化龄期的增长,逐渐低于标准养护。低压不会对蒸 养混凝土内部产生损伤,反而会提高混凝土的密实度,因此,在养护龄期14 d 以前,扩散系数关系为S>0.7P>ZS> Z0.7P,28 d 以后,变为ZS>Z0.7P>0.7P>S;此外,养护气压和养护湿度对混凝土抗氯离子渗透性影响最大,其次 是养护温度,养护龄期的影响最小。     

室内火灾升温过程的随机性研究

火灾升温的参数化模型由两部分组成,即升温段持续时间的确定和升温过程的函数关系。升温段持续时间是随机变量,升温过程是随机过程。随机性参数的概率密度函数复杂,用解析方法推导升温段持续时间和升温过程的概率分布类型和概率特征比较困难。本文运用Monte Carlo方法和数值方法研究了参数化模型升温过程的随机特性;给出了升温段持续时间的概率模型、升温过程的均值函数和方差函数,并利用区域模拟验证了基于参数化模型的火灾升温概率模型的有效性。     

暴露与养护时间对混凝土氯离子扩散性能的影响

随着暴露于实际环境中时间的延长,氯离子在混凝土中的扩散性能逐渐衰减。获取氯离子扩散性能与时间的关系是困难的,而养护时间对混凝土氯离子扩散性能也有影响。通过设计的人工气候环境下暴露和养护时间因素试验,测定了不同配合比、不同养护时间和暴露时间的混凝土中自由氯离子的浓度,并利用Fick第二定律分析了试验混凝土的氯离子扩散系数。分析和试验的结果表明,混凝土扩散系数随着暴露时间和养护时间的延长而降低,而暴露时间对混凝土氯离子扩散性能的影响更加明显,且扩散系数的降低幅度有减缓的趋势。     

混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型试验研究

通过长达2年的干湿循环试验,得到了48个锈蚀钢筋混凝土试件;采用数理统计相关知识,对试件的锈蚀特征进行了分析,建立了与保护层厚度、表面裂缝宽度、钢筋直径、混凝土强度等级及箍筋间距相关的混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型;对模型进行参数敏感性分析表明,表面锈胀裂缝宽度是影响钢筋锈蚀深度的最主要因素,而较小的箍筋间距对纵向钢筋锈蚀深度也具有较明显影响;经试验数据验证表明,该模型具有较好的适用性。     

钢筋桁架装配式密肋楼盖火灾行为试验研究∗

为适应当前装配式建筑发展需求,提出了一种新型装配式密肋楼盖体系,该楼盖由预制钢筋桁架现场拼装形成钢筋骨架,纵横向钢筋桁架节点处采用特制螺栓连接件形成整体,并利用预制物理发泡轻质混凝土块作为填充物,置于相邻桁架之间起到隔热保温效果,在钢筋桁架和泡沫混凝土块上方铺设预制钢筋网,现场浇筑高流动混凝土形成楼盖肋梁和面层结构。同时,研发了与该装配式楼盖匹配应用的条带式、可循环使用的铝合金模板,避免了满堂模板布设,该楼盖具有节省自重、轻质高强、装配便捷的特点。为掌握该楼盖在火灾(高温)下的性能,对两块该楼盖试件进行自然火灾试验,研究了不同区格条件下混凝土温度场分布、钢筋温度、裂缝模式等火灾行为,试验结果发现,两个试件在均布荷载下经历了 2 h 的火灾作用后,楼盖结构未发生任何严重损伤,泡沫混凝土块未脱落, 具有良好的抗火性能,能够满足现行规范对楼盖耐火极限要求。在火灾作用下沿肋板厚存在非线性温度场和较大的温度梯度,且越靠近板底温度梯度越大;与炉温相比,混凝土和钢筋均存在明显的温度滞后效应。采用有限元软件 ABAQUS 建立了该楼盖的温度场模型,模拟分析结果与试验进行对比,二者吻合较好,验证了温度场模型的有效性,能够为预测火灾(高温)下该楼盖的性能提供技术支撑。     

基于混凝土细观结构的钢筋混凝土结构耐久性分析

根据观测水平的不同,混凝土的数值分析尺度通常分为宏观、细观和微观三个层次。由于混凝土各相组成材料孔隙结构的差异性,特别是荷载作用下裂缝和微裂缝的出现,进一步增加了混凝土材料的非均匀性,因此采用基于宏观均质假定的分析方法将无法模拟材料的内部结构。在细观层次上,混凝土看作由硬化水泥浆体、骨料及其界面黏结带组成的三相复合材料。基于混凝土的细观结构,本文提出了适用于物质扩散的细观格构网络模型。该模型运用Voronoi技术划分网格的随机性特点,在网络模型中随机产生裂缝的位置及方向,采用不同类型单元来描述混凝土各相组成材料的扩散性能。通过对开裂混凝土内氯离子扩散过程的数值分析表明,基于混凝土细观结构的数值分析方法是开展钢筋混凝土结构耐久性分析的有效手段。     

配置630MPa高强钢筋UHPC梁裂缝宽度试验研究∗

为研究配置 630 MPa 高强钢筋 UHPC 梁正常使用阶段裂缝宽度的计算方法,对 6 根配置 630 MPa 高强钢筋 UHPC 梁进行受弯性能试验,分析试验梁裂缝宽度、挠度及钢筋应力变化规律,建立高强钢筋 UHPC 梁裂缝宽度计算公式。研究结果表明：（1）受拉钢筋屈服前,裂缝宽度的扩展呈线性规律,裂缝数量不断增加;当裂缝宽度为 0.34 mm 时,受拉钢筋屈服,裂缝数量和间距趋于稳定,表现出较好的延性;（2）破坏时受拉钢筋均已屈服,混凝土达到极限压应变,高强钢筋与 UHPC 的配合使用可充分发挥两者优良的力学性能;（3）随着 UHPC 梁的配筋率增大, 试件承载力显著提高,正常使用阶段最大裂缝宽度减小,但延性降低,开裂荷载基本不变;（4）基于 40 组试验数据, 对 JGJ/T465—2019 规范的裂缝宽度计算公式中钢纤维对钢筋钢纤维混凝土构件裂缝宽度影响系数进行修正,建立适用于 UHPC 梁的裂缝宽度计算公式,修正公式计算值与试验值吻合良好。     

自然潮差环境弯曲荷载作用下混凝土氯离子峰值浓度的分布

混凝土中氯离子的峰值浓度是基于钢筋锈蚀的混凝土结构耐久性寿命预测的主要参数之一,其时变性和随机性取决于侵蚀环境、材料性能和作用荷载等因素。通过自然海洋潮差环境弯曲荷载作用下的混凝土构件暴露试验,在测得纯弯段混凝土的自由氯离子浓度的基础上,研究了弯曲荷载对混凝土中氯离子峰值浓度随机分布的影响。结果表明,自由氯离子峰值浓度的均值受弯曲荷载水平、水灰比及暴露时间的影响很大;而无论是在受压区还是受拉区,弯曲荷载作用下的混凝土氯离子侵蚀峰值浓度绝大多数服从对数正态分布;弯曲荷载水平、混凝土水灰比和暴露时间对混凝土中自由氯离子峰值浓度的分布类型的影响很小。     

潮差环境下混凝土氯离子扩散时变性与孔隙分形特征的关系

通过人工气候模拟潮差区氯离子环境下混凝土的暴露试验,测定了不同暴露时间后的混凝土自由氯离子浓度,分析了其扩散系数及其时变性;以MIP法测定了不同暴露时间下混凝土的总孔隙率和孔径分布等孔隙特征参数,分析了其时变性;研究了潮差环境下混凝土扩散系数与孔隙微观参数的时变性关系,混凝土孔表面分形维数与扩散系数的关系。结果表明:在模拟潮差环境下,随着暴露时间的延长,混凝土氯离子扩散系数和总孔隙率均逐渐减小,而孔表面分形维数逐渐增大;不同暴露时间后,混凝土氯离子扩散系数与其各级孔隙率有较好的相关关系;混凝土不同孔径范围的孔表面分形维数与其氯离子扩散系数之间的相关性不同,其中以孔径范围为100~1000 nm的大毛细孔的孔表面分形维数相关性最高。     

火灾后混凝土结构损伤检测方法研究与探讨

研究了火场最高温度、持续时间对混凝土材性的影响,采用逐层深入-劈拉法研究了沿深度方向的不同损伤情况。研究表明,混凝土力学性能,包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等,随温度升高而显著降低;抗压强度、抗拉强度均随持续时间的增长而下降。逐层深入-劈拉法试验表明,在最高受火温度基本相同的情况下,残余强度随受火时间不同而有较大的差别;受火时间短的试件强度曲线呈明显的非线性,而受火时间长的试件强度曲线则趋于线性。对于火灾后混凝土构件的检测,在钻芯法的基础上提出了多次横向劈拉法;基于混凝土受损趋势为双曲线模型的假定,提出了首波传播路径为抛物线的改进超声波检测法。     

高应变率下HRB600高强钢筋力学性能试验研究

钢筋混凝土结构抗震分析中应该采用钢筋材料的动态塑性本构模型,HRB600高强钢筋作为新一代建筑钢材,尚无其在高应变率下的力学性能研究。首先进行了HRB600高强钢筋拉伸力学性能试验,得到了不同应变率下的HRB600高强钢筋力学性能数据,屈服强度最大提高11.5%,极限强度最大提高8.9%,然后拟合得到HRB600高强钢筋在高应变率下的强度提高系数表达式。研究结果表明:随着应变率的增大,钢筋的屈服强度和极限强度均得到提高;在相同应变率条件下,钢筋屈服强度动力提高系数大于极限强度动力提高系数;相比较低强度钢筋,应变率敏感性明显低于HPB235、HRB335及HRB400,但与HRB500钢筋相差较小,而极限强度应变率敏感性明显高于低强度钢筋;基于试验数据得到的HRB600高强钢筋在高应变率下的动态塑性本构模型,与试验值吻合较好。研究成果可作为HRB600高强钢筋混凝土结构抗震评估的依据。