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。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

大掺量粉煤灰混凝土配合比设计的理论研究

大掺量粉煤灰混凝土(HFCC)可以大量利用工业废渣粉煤灰、降低水泥用量,是实现混凝土绿色化的重要途径。建立科学的设计方法,是HFCC发展的关键技术之一。本文从粉煤灰胶凝系数的概念出发,把粉煤灰作为混凝土的一个独立组分,区分其在混凝土中的胶凝材料作用和微集料作用,建立了以单位用水量、水胶比、灰胶比和砂率为基本参数的HFCC配合比设计数学模型;推导了确定4个基本参数理论公式。     

羧基丁苯聚合物混凝土小变形阻尼研究

材料的阻尼是衡量材料本身成振性能的主要指标。本文采用自由振动法测试得到了一批羧基丁苯混凝土小变形阻尼比的基础性数据。试验结果表明:所采用的阻尼比测试方法和试验过程是可靠的;对同类型的混凝土,混凝土的阻尼比随丁苯胶掺量的增加而增大,混凝土的弹性模量随丁苯胶掺量的增加而降低;丁苯胶掺量在10％～15％时,可获得阻尼比、弹性模量和抗压强度均较高的混凝土。     

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。     

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。     

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。     

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。     

硫酸盐侵蚀作用下纳米混凝土力学特性及微观结构劣化机制研究∗

硫酸盐侵蚀一直是影响混凝土耐久性的重要因素之一，特别是在西北寒旱及沿海盐渍土区。基于试验研究了硫酸盐侵蚀作用下，掺纳米 SiO₂和纳米 CuO 混凝土的抗压强度、轴向应力‐应变以及微观特性，并分析了硫酸盐侵蚀环境下纳米材料的改性效果。试验结果表明：随着纳米 CuO 掺量的提高，混凝土的抗压强度、剩余强度系数逐渐降低；当纳米 SiO₂掺量增加时，混凝土的抗压强度、剩余强度系数先降低后升高。相比于未掺加纳米材料混凝土，掺入纳米材料能显著提高混凝土的延性。同时，对于提高混凝土的抗压强度纳米材料具有最佳掺入量，纳米 SiO₂和纳米 CuO 的最佳掺量分别为 3% 和 1%（质量分数）。此外，纳米材料具有桥接和填充效应，能抑制混凝土裂缝的发展、细化孔隙结构、提高密实度，进而提高混凝土的力学性能。     

基于NSGM(1,N)模型的RTSF/PVA矿渣混凝土高温后力学性能分析及预测∗

为改善混凝土高温后的力学性能,以 RTSF 和 PVA 体积掺量以及矿渣替代率为变量,设置四因素三水平的正交试验,测试 RTSF/PVA 矿渣混凝土在 200 ℃、400 ℃、600 ℃以及 800 ℃后的残余抗压强度;结合电镜扫描分析高温后 RTSF/PVA 矿渣混凝土的微观结构;并采用一种新结构的多变量灰色模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测。结果表明：RTSF‐PVA/矿渣混凝土对裂缝的把控能力明显优于素混凝土,600~800 ℃后的最大裂缝宽度仅为素混凝土的 1/3~1/4,但裂纹分布较广;RTSF‐PVA/矿渣混凝土的残余抗压强度随温度升高, 总体上呈降低趋势,当掺量组合为 RTSF 掺量 0.6%、PVA 掺量 0.05% 以及 GBFS 替代率 25% 时,800 ℃后的抗压强度残余率为 56.64%,较素混凝土提高了 14.44%;通过电镜扫描观测到 RTSF‐PVA/矿渣混凝土基体结构更加致密,混凝土劣化主要是因为胶凝物质的分解和骨料膨胀,导致 ITZ 出现缺陷,以及纤维与基体粘结力降低,两者共同作用导致强度降低;建立 NSGM（1,4）模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测,平均相对误差控制在 6.3% 以内,模型精度达到Ⅱ级,根据发展系数判断模型可以对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后强度的长期预测。     

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。     

玄武岩纤维混凝土抗压试验有限元分析

利用ANSYS有限元软件建立细观层面上带有随机分布的玄武岩纤维,考虑纤维与混凝土界面粘结滑移的混凝土模型对抗压试验进行模拟,以考察玄武岩纤维在混凝土受力发生变形至开裂的过程中所起的作用及纤维的掺量对应力分布情况的影响。结果表明：直到材料发生塑性变形,纤维才开始分担受力,纤维掺量对应力应变关系的影响才开始凸显,混凝土发生开裂时,纤维体现了明显的阻裂效果;随着纤维掺量的增大,纤维对混凝土应力集中的分散效应逐渐增强。     

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。     

硫酸盐侵蚀作用下混凝土细观破损机理研究

侵蚀环境下混凝土材料的内部孔隙空间分布特征与演化规律是材料破损机理及宏观力学性能研究的关键问题。采用X射线断层扫描技术(CT)对硫酸盐侵蚀与干湿循环耦合作用下混凝土的细观损伤过程进行实时扫描,在此基础上,结合图像处理与三维重构技术开展了混凝土内部孔隙结构的空间分布特征与演化规律研究,并通过提出的孔隙分区的方法深入研究了材料细观破损特征和机理。结果表明:宏观上试样质量、抗压强度均呈现规律性变化,溶液中钙镁离子浓度有明显的累积性趋势;细观上试样孔隙率随侵蚀时间的增加呈先减小后增大的变化,单轴抗压强度与孔隙率大体上呈负相关关系。同时,混凝土试样不同分区内孔隙率演化规律各不相同,但总体呈现先减小后增大的趋势,侵蚀作用深度随侵蚀时间不断增长。结论可为深入研究硫酸盐侵蚀下混凝土材料细观破损机理提供依据。     

青奥会期间南京市雾霾灾害事件及气溶胶特性分析

气溶胶对可见度、人体健康、气候变化有重要影响。基于2014年夏季南京江心洲地区外场观测实验数据,对气溶胶的数浓度、粒径谱分布,粒子密度、混合状态,以及黑碳含量进行了分析。结果表明,观测期间气溶胶粒径集中分布在50~120 nm之间,平均粒径79 nm,总数浓度波动较大,范围为2 000~50 000 cm~(-3),平均值在9 000 cm~(-3)左右;在本次观测中,新粒子生成事件较少;气溶胶主要为内混状态,存在少量外混状态(约占1.5%);气溶胶密度主要分布在1.2~1.7 g/cm~3之间,气溶胶粒径越大,密度越大,表明大粒子中无机物含量多,有机物含量低;粒子密度日变化与化学成分日变化相关性较好;70%的气溶胶中含有黑碳,200 nm气溶胶中黑碳质量分数最高为7.07%。气象因素对气溶胶微物理特性有明显影响。