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。     

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。     

钢筋对受盐冻混凝土氯离子扩散的影响

基于受盐冻混凝土中氯离子扩散规律的试验研究,修正Fick第二定律解析解,建立了盐冻环境氯离子扩散模型,分析了钢筋对混凝土中氯离子扩散的阻滞效应,研究了不同保护层厚度与钢筋直径比值对混凝土中氯离子扩散的影响。研究结果表明,受盐冻混凝土中钢筋表面的氯离子浓度增大系数、混凝土保护层厚度与钢筋直径比值相关;受盐冻混凝土构件中钢筋表面氯离子浓度受钢筋与混凝土保护层厚度的共同影响,随保护层厚度增大,混凝土中氯离子扩散系数增大;钢筋表面的氯离子浓度增大系数具有时变特征,随结构服役时间先升后降,并存在增大效应终止的临界时间。     

自然潮差环境下粉煤灰混凝土微观结构的时变过程

基于自然潮差环境下在较长时间的暴露试验,获得了混凝土中自由氯离子浓度,并用压汞法测定了不同暴露时间后的不同掺量粉煤灰混凝土的微观结构参数;分析了粉煤灰掺量对混凝土孔隙率、孔径分布及其时变性和自由氯离子浓度的影响;在此基础上,探讨了粉煤灰混凝土中的孔径占比和孔隙率等微观结构参数与其自由氯离子浓度的时变关系。结果表明:粉煤灰可以有效的减少混凝土孔隙率,改善了其孔径分布,增加了10 nm～100 nm的孔径占比,降低了100 nm～1 000 nm的孔径占比;随着暴露时间的延长,混凝土中100 nm～1 000 nm和1 000 nm以上孔径的贡献孔隙率逐渐降低,但对于10 nm以下的贡献孔隙率没有明显的影响;同一暴露时间后,混凝土氯离子峰值浓度随着粉煤灰掺量的增加而逐渐降低,且在暴露后期,粉煤灰对混凝土中自由氯离子浓度分布的影响更加显著。     

不同因素对电化学除氯处理后混凝土残留氯离子分布的影响

研究了矿物掺合料、施加电压、电解质溶液等因素对混凝土试件在电化学除氯处理后残留氯离子分布的影响规律。试验采用20~60 V稳压电源、两种不同电解质溶液和钛金属网阳极对不同配合比混凝土试件进行了连续14 d的电化学除氯处理,并在试件不同部位取样测试其残余氯离子含量。结果表明:经过电化学除氯处理,混凝土试件中沿着钢筋界面向混凝土外缘方向的氯离子含量逐渐递增,外层残余氯离子浓度约为内层浓度的3至4.5倍;除氯电压越大,则混凝土中内外层氯离子含量的差距越大;相同条件下,Na_3BO_3溶液的除氯效果优于饱和石灰水溶液,但两者对除氯后试件中氯离子的分布并无明显影响;由于掺硅灰和矿渣提高了混凝土的密实度,导致除氯后混凝土中残留氯离子含量有所增加。     

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。     

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。     

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。     

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。     

氯盐环境下钢筋混凝土构件锈胀开裂风险概率分析

为了研究时间和空间等不确定因素下钢筋混凝土构件的锈胀开裂损伤,针对氯离子腐蚀环境,将钢筋锈蚀划分为2阶段3个特征时刻,分析了锈蚀初始时间、锈胀开裂时间以及锈胀开裂至界限宽度时间的概率特征,建立了钢筋混凝土构件生命周期内锈蚀损伤的风险概率模型,讨论了锈蚀损伤影响参数的敏感性。结果表明:钢筋锈蚀对其影响因素的敏感程度依次为混凝土保护层、临界氯离子浓度、扩散系数和混凝土表面氯离子浓度;钢筋混凝土构件从发生锈胀开裂到裂缝达到界限宽度的时间很短,界限宽度的取值对锈蚀损伤的影响并不显著。     

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。     

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。     

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。     

氯盐-干湿侵蚀下高延性混凝土力学性能试验及强度衰减模型研究

为了研究干湿循环条件下氯离子对高延性混凝土（HDC）的侵蚀性能,以3种高浓度氯盐溶液（质量分数分别为：5%、10%、20%）为侵蚀介质,分别对3组（每组24块）HDC和普通混凝土试块进行了240 d干湿循环对比试验,分析了氯离子与干湿循环共同作用对两种试块的外观、质量以及抗压强度、受压应力-应变曲线等力学性能的影响。试验结果表明：HDC在破坏时表面呈细裂缝,未出现混凝土脱落的现象,而普通混凝土在受力过程中,碎块脱落情况较为明显,延性很差。随着氯离子浓度的增加,HDC和普通混凝土试块抗压强度的下降程度也随之增大,且两种试块的平均抗压强度最小值均出现在浓度为20%的氯盐溶液中,其中HDC在150 d循环时达到最小值51.70 MPa,普通混凝土试块在120 d循环时达到最小值42.89 MPa,与清水中养护的两组试块相比,抗压强度分别下降了13.94 MPa、17.35 MPa。HDC在氯离子浓度越大的溶液中平均抗压强度下降越明显,但是都普遍优于同条件下的普通混凝土试件,说明HDC比普通混凝土试件的抗氯盐侵蚀能力更强。根据试验结果,对抗压强度数据进行线性回归分析,得到了不同浓度氯盐溶液侵蚀...     

考虑钢筋腐蚀的近海隔震桥梁地震易损性分析

基于氯离子腐蚀作用模型,对混凝土中钢筋锈蚀机理及过程开展了研究,进而建立了钢筋直径及屈服强度的退化模型。为了研究氯离子侵蚀对隔震桥梁抗震性能的影响,选取我国某一长期处于海洋潮汐环境中受氯离子腐蚀影响显著的近海隔震桥梁为算例,基于Open Sees平台分别建立了不考虑和考虑钢筋腐蚀的全桥有限元模型,然后选取15条合适的地震波进行了IDA分析,并根据构件需求能力比建立了板式橡胶支座和桥墩在不同破坏状态下的易损性曲线,最终基于概率论知识完成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座比桥墩更容易发生破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;考虑钢筋腐蚀后,全桥地震易损性增强,说明在氯离子侵蚀环境下,钢筋的腐蚀问题不可忽略。     

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。     

冻融循环作用后钢筋混凝土电化学除氯效果研究∗

为探究盐冻环境钢筋混凝土结构经电化学除氯后的残余氯离子分布规律,本文设计快速冻融试验,对冻融循环作用后的钢筋混凝土开展电化学除氯试验,研究冻融循环次数、除氯时间和粉煤灰掺量等因素对钢筋混凝土电化学除氯效果的影响。研究表明,粉煤灰混凝土电化学除氯效率受冻融循环作用影响和粉煤灰二次水化的共同影响,冻融循环作用引起的混凝土性能劣化导致电化学除氯后混凝土内残余氯离子呈凸型分布,集聚在距混凝土表面 15~25 mm 范围,钢筋附近残余氯离子含量最低。结果表明,冻融循环作用会引起混凝土电化学平均除氯效率上升,相较于未冻融试件,冻融循环作用 100 次的试件上升约 12.5%;随电化学除氯时间增加,平均除氯效率会增大,混凝土内残余氯离子含量下降和外迁总量正相关;随粉煤灰掺量增加,混凝土电化学除氯效率增大,掺 10%、 20%、30% 的粉煤灰混凝土,其 28 d 平均除氯效率分别达到 51.2%、54.5%、59.9%。     

示踪法测量坡面水流速度理论缺陷分析

示踪法需对经验系数进行修正才能得到水流速度;而经验系数受多种因素的影响,在不同的条件下如何使用,有较大的随意性。对溶质运移数学模型解析解的分析发现,由溶质浓度在观测点达到最大值的时间计算得到的速度无法推算出实际水流速度,以此为基础的染色示踪法或盐液示踪法存在着理论上的缺陷。溶质的弥散系数对示踪法测量水流速度也有较大的影响,弥散系数越大,质心到达观测点的时间与浓度最大值到达该点的时间偏离越远。在实验测量中,泥沙含量对经验系数影响较大,这可能是其影响弥散系数的结果;理论上水流速度增大使经验系数增大,但在实验测量中不同泥沙含量下水流速度对经验系数的影响并不显著,因此在修正经验系数时必须考虑水流中的泥沙含量和其它水质差异。     

石头也嫌热

美国和加拿大组成的一个科学研究小组发现,不仅空气和海洋的温度在近50年中明显上升,而且地球上各大洲岩石的温度也有所上升。 科学家们说,地球上的这些大陆和气候系统中主要组成部分的升温表明,地球温度的升高是全球性的。 在最近20年中,科学家们一直在争论是否实际存在空气和海洋升温的现象,很多环境科学家把这种升温归咎于工业社会对生态系统的污染。 目前,美国和加拿大的科学家新的研究发现,各大洲岩石     

火源位置对凹型砖木结构古建筑火蔓延特性影响研究∗

为探究凹型砖木结构古建筑火灾蔓延特性,以某典型凹型古建筑为研究对象,利用 Pyrosim 软件进行物理模型搭建,研究不同火源位置对火灾蔓延规律的影响,以及在该过程中温度、能见度变化规律和 CO、CO₂浓度动态分布情况等。结果表明：不同火源位置对火蔓延特性影响较大,若引火源位于凹型古建筑西南角,相较西北、正北方向两个工况,热释放速率可高达 240 MW/s,应选择在该处设置多个感温探测器及自动喷淋系统用于火灾防范;若引火源位于建筑西南角,相较其他工况室内温度可达最高值 1 000 ℃,CO、CO₂浓度亦均达最值,且在垂直高度 1.67 m 处能见度下降速率达到峰值,人员需在 2 min 内全部疏散。该研究对于凹型砖木结构古建筑火灾防控、防灭火装置的合理排布及灾后人员高效、安全疏散具有重大意义和参考价值。