用RCPT研究功能梯度混凝土抗氯离子渗透性能

用非稳态迁移法(NSSM)和自然浸泡法评定功能梯度混凝土(FGC)的抗氯离子渗透性能都存在局限性,但快速氯离子渗透试验法(RCPT)没有局限性。该研究用RCPT法对基于各种胶凝材料的FGC的电通量进行了大量测试并得到如下结论:提出了FGC的电通量计算公式;FGC的电通量反映了FGC的抗氯离子渗透性能,FGC的电通量越低则其抗氯离子渗透性能越高;碱激发矿渣(AAS)砂浆具有极好的抗氯离子渗透性能,其氯离子渗透系数可低至2.1×10^(–13)m^(2)/s。

双壳层结构氯离子结合陶砂对海砂砂浆性能的影响

为控制混凝土内源型氯离子的危害,对核壳结构氯离子结合陶砂进行了研究,采用掺纳米二氧化硅(NS)水泥浆对核壳结构陶砂进行包裹,形成双壳层结构氯离子结合陶砂,并对其控制陶砂中结合的氯离子向外迁移的作用进行了研究。首先制备了以Fe_(2)O_(3)、Ca(OH)_(2)和Al_(2)O_(3)为芯料,赤泥、粉煤灰、黏土、石英为壳料,通过1200℃、1 h烧制而成的陶砂(简称CAF陶砂),当Fe_(2)O_(3)等摩尔取代1%Al_(2)O_(3)的CAF陶砂(简称CAF1陶砂)在氯盐溶液中浸泡56 d时,氯离子结合量达到172.75 mg/g。将1%NS取代率的水泥浆包裹CAF1陶砂表面形成双壳层陶砂,按20%掺入到未洗海砂砂浆中,28 d时,抗渗强度为0.3 MPa。砂浆中氯离子含量随离陶砂颗粒距离增大而减少,证明海砂中的氯离子前期被陶砂结合,并较为稳定地固定于陶砂中。

钢纤维和碳纳米管对超高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响

碳纳米管的掺入对超高性能混凝土(UHPC)的抗氯离子渗透性能的影响尚不清晰,且很少有涉及加载对UHPC抗氯离子渗透性能影响的研究。因此,通过氯离子扩散系数测试法测定氯离子扩散系数,盐溶液浸泡下测定不同深度处氯离子浓度,观察微观结构等试验方法来探究碳纳米管和加载对UHPC抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:加载造成的损伤会降低UHPC的抗氯离子渗透性能;在不同的加载程度下,不同浓度的碳纳米管对UHPC的抗氯离子渗透性能的影响是有区别的;碳纳米管既起到了填充孔隙的作用,又起到了促进钢纤维电化学腐蚀的作用。

强辐照作用下水泥浆体微结构与抗氯离子侵蚀性能研究

以南海为代表的远海海洋服役环境恶劣,具有高温、高湿、高盐、高辐照的环境特点。现有研究表明辐照会改变水泥浆体的组成与结构,但对水泥浆体耐久性的影响常被忽略。为阐明强辐照作用对水泥浆体微结构与抗氯离子侵蚀性能的影响,本研究利用紫外线耐气候试验箱进行加速模拟实验,并与水养、室内环境进行对比分析,表征了不同条件下水泥的浆体吸水率、碳化深度、物相组成、孔结构与氯离子固化能力,并在紫外辐照-干湿循环耦合作用条件下进行了氯离子侵蚀实验。结果表明,辐照时间由500 h增加至1500 h,浆体的最可几孔径由135.8 nm增大至283.8 nm,孔隙率由25.0%增大至29.5%,孔结构劣化,氯离子扩散通道增加。同时,强辐照造成AFm、水化硅酸钙凝胶(C-S-H)等水化产物碳化分解,导致水泥浆体的氯离子固化量由51.9 mg/g下降至23.9 mg/g。此外,长期辐照耦合干湿循环作用产生的温度应力会增大浆体开裂的风险,裂纹会显著降低浆体的抗氯离子侵蚀能力。

纳米增强水泥基复合材料抗氯离子迁移及固化性能综述

先进碳基纳米材料在水泥基材料领域的渗透突破了传统水泥基材料的性能使用局限,是未来高性能水泥基复合材料研究的热门领域。然而,虽然目前关于纳米增强水泥基复合材料水化、微观、力学等性能的研究相对较多,但是针对长期耐久性能,特别是对影响钢筋锈蚀的主要因素氯盐侵蚀方面的研究相对较少,且缺少一定的深度与广度。纳米增强水泥基材料抗氯盐侵蚀性能主要体现在两个方面:一是孔隙层面,通过密实孔隙降低整体孔隙率,增加纳微观毛细孔比例,从而降低外界氯离子侵入迁移速率;二是固化层面,通过孔隙固液交界处水泥水化产物氯离子置换固化作用,吸附并降低孔隙溶液中自由氯离子含量。它们的最终目的都是在结构服役寿命内保证钢筋表面侵入的自由氯离子浓度处于锈蚀临界浓度之下,降低锈蚀风险及维护成本。深入明晰纳米增强水泥基复合材料抗氯离子迁移和固化性能及机理,对建立有效预测模型,指导并推动高抗蚀纳米增强水泥基复合材料设计、制备及应用具有重要意义。本文总结了近年来纳米增强水泥基复合材料抗氯盐侵蚀性能的研究进展,对比分析了不同维度、不同制备手段、不同化学组成等各类纳米材料分别对抗氯离子迁移性能和氯离子固化性能的影响效果及机制,同时对未来纳米增强高抗蚀水泥基复合材料的发展及应用进行了展望。

氯盐浸泡环境下混凝土中氯离子扩散的时间与压应力依赖性

为研究混凝土中氯离子扩散时间与混凝土压应力的依赖特性,对压应力水平为0.1,0.2和0.3的试件进行5%的NaCl溶液浸泡,氯离子侵蚀时间分别为56,112,168 d及224 d。通过对试件不同深度处氯离子浓度数据进行分析,得到了表观氯离子扩散系数D_(a)和表面氯离子浓度C_(s),建立了压应力与氯离子侵蚀时间耦合作用下表观氯离子扩散系数D_(a)的计算模型与混凝土表面氯离子浓度C_(s)的计算模型,并提出了混凝土内部氯离子浓度预测模型。研究表明,氯离子侵蚀时间、混凝土压应力水平影响氯离子扩散模型中的表观氯离子扩散系数D_(a)与表面氯离子浓度C_(s);当混凝土压应力水平保持不变时,随着氯离子侵蚀时间的增长,混凝土的表观氯离子扩散系数D_(a)逐步降低,而表面的氯离子浓度C_(s)却逐渐升高;当氯离子侵蚀时间相同时,随压应力水平的提高,混凝土的表观氯离子扩散系数D_(a)先下降后上升,而表面氯离子浓度C_(s)逐渐减小;建立的混凝土内部氯离子浓度预测模型具有较高的精度,预测值与试验值基本一致。研究结果为钢筋锈蚀预测模型的建立奠定了一定基础,为钢筋混凝土结构的寿命评估提供一定参考。

氯离子质量浓度对Inconel 740H合金应力腐蚀开裂性能的影响

采用慢应变速率拉伸试验和应力腐蚀裂纹扩展试验方法,研究了630~700℃高参数先进超超临界机组候选镍基合金Inconel 740H在0、1、20 mg/L氯离子水环境中的应力腐蚀开裂性能及规律,并探讨了高质量浓度氯离子促进应力腐蚀裂纹的萌生和扩展的相关机理。结果表明:高质量浓度氯离子促进740H合金的应力腐蚀开裂,合金应力腐蚀敏感性指数断后伸长损失I_(scc(δ))随氯离子质量浓度升高而增大;当氯离子质量浓度升高至20 mg/L时,断口中部和断口边缘均呈沿晶脆性断裂特征,断口附近有大量沿晶二次裂纹,此时合金发生了应力腐蚀开裂。在20 mg/L氯离子水环境中裂纹平均扩展速率达1.15×10^(–6) mm/s,是高纯水中裂纹平均扩展速率的111.7倍。

考虑氯离子侵蚀的深层隧道地震易损性分析

氯离子侵蚀对隧道的抗震性能产生不利影响,研究隧道在侵蚀环境下的地震易损性对全寿命周期的抗震评估至关重要.为了量化分析隧道长期在氯离子侵蚀作用下抗震性能的退化趋势,基于地震易损性理论,结合考虑氯离子侵蚀影响的混凝土和钢筋强度时变模型,分别选取峰值地面加速度和隧道直径变形率作为地震动强度指标和结构损伤指标,通过采用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法进行时程分析,深入探讨了深层隧道的地震易损性,得到了不同服役时间及不同损伤状态下的地震易损性曲线.结果表明:在相同的服役时间和地震动强度下,轻微损伤的发生概率最高,其次是中等和严重损伤;在相同的损伤状态和地震动强度下,随着服役时间的延长,氯离子侵蚀导致隧道抗震性能下降,损伤概率上升;在轻微损伤状态下,当峰值地面加速度为0.30g且服役达100 a时,损伤概率是服役初期的2.39倍.研究结果可为深层隧道的抗震设计提供科学依据.

杭州湾沿岸大气中氯离子沉积速率检测与影响研究

目的 探究杭州湾沿岸工程设施的腐蚀严酷度水平。方法 选择3个临水检测点开展为期1 a的大气氯离子沉积速率检测,并分析季节、风向、方位、降雨量等对氯离子沉积速率的影响。结果 3个检测点的年均沉积速率都超过3mg/(m^(2)·d)。B检测点因方位、周围空间等原因,造成全年受到东部海洋大气的作用最为显著,氯离子沉积速率全年最高,其中7月份的氯离子沉积速率水平接近海南省中东部离海岸线350m处夏季水平。由于6月份降雨量比5月份增大了2.3倍,B检测点6月份氯离子沉积速率比5月下降了51%。B检测点附近服役15 a以上混凝土中,氯离子含量整体非常高,呈现典型的海洋腐蚀特征。结论 杭州湾沿岸大气符合海洋腐蚀环境特征,并且受到季节、风向、方位和降雨量等因素的影响。

昆虫特异性表达的配体门控氯离子通道研究进展

昆虫体内配体门控氯离子通道(ligand-gated chloride channels,LGCCs)属于半胱氨酸环配体门控离子通道(cysteine loop ligand-gated ion channels,Cys-Loop LGICs)超家族,该超家族通道亚基结构最为显著的特点是N端胞外域有一个由间隔了13个氨基酸的两个半胱氨酸残基形成的半胱氨酸环(Cys-Loop)。昆虫特异性表达的LGCCs包括谷氨酸门控氯离子通道(glutamate-gated chloride channel,GluCl)、组胺门控氯离子通道(histamine-gated chloride channels,HACls)和pH敏感型氯离子通道(pH-sensitive chloride channels,pHCls),由于对GluCl研究较多,本文重点综述HACls和pHCls。HACls和pHCls目前仅发现于无脊椎动物体内,是开发高选择性新型杀虫剂的理想靶标,但目前仅发现大环内酯类杀虫剂能够与HACls和pHCls非特异性结合。昆虫体内一般有2条编码HACls的基因,而编码pHCls的基因有1~5条,且存在多种类型的可变剪切。HACls除了能被内源性激动剂组胺激活外,也能被高浓度γ-氨基丁酸激活;pHCls对pH值逐渐升高的溶液能够产生逐渐增大的电流,此外锌离子也能诱导其产生具有浓度依赖性的电流。HACls和pHCls都在昆虫体内发挥多种重要的生理功能,其中HACls参与昆虫对光、色彩和温度的感知;而pHCls与昆虫体液平衡、营养摄取和味觉感知等生理功能有关。本文综述了HACls和pHCls的发现、亚基组成、生理功能和药理学特性,可为开发靶向昆虫HACls和pHCls的新型高选择性杀虫剂提供靶标资源。

硫酸根、氯离子和碱度对管网金属释放的影响

针对给水管网水质变化引发的重金属释放、管网水变色以及潜在的健康风险等问题,利用静态模拟实验系统,研究了硫酸根(SO_(4)^(2-))、氯离子(Cl^(-))和碱度含量变化对给水管网铁(Fe)、锰(Mn)、砷(As)和铜(Cu)释放的影响.结果表明.随着SO_(4)^(2-)和Cl^(-)浓度的增加,钢管和铸铁管中的溶解氧(DO)含量不断降低,浊度不断升高;而随着碱度的增大,两种管道中的DO含量和浊度均逐渐降低.SO_(4)^(2-)和Cl^(-)浓度的增加能够促进Fe、Mn、As和Cu的释放.当SO_(4)^(2-)浓度为100mg/L时,钢管四种金属最大浓度分别为2.20mg/L,45.15,0.74和5.41μg/L;铸铁管内最大浓度分别为1.06mg/L,9.31,0.76和5.43μg/L.同样的.当Cl^(-)浓度达到100mg/L时.Fe、Mn、As和Cu的浓度达到最大值.而碱度的增加则对金属释放起抑制作用.静置48h后.碱度从70mg/LCaCO_(3)提高到200mg/LCaCO_(3)时.钢管内四种金属释放量分别减少了0.38mg/L,7.60,0.09和2.30μg/L;同样条件下,铸铁管分别减少了0.44mg/L,3.73,0.12和1.29μg/L.Fe和Mn释放受管材差异影响较大.而As和Cu的释放在钢管和铸铁管中差异较小.本研究可为给水管网水质二次污染控制提供理论基础和技术支持.

阴极防护下钢筋在模拟混凝土孔隙液中锈蚀的临界氯离子浓度

通过电位和电流变化和表面观测,并结合电化学阻抗谱,研究了恒电位和恒电流阴极防护下钢筋在模拟混凝土孔隙液(饱和氢氧化钙溶液)中发生锈蚀的临界氯离子浓度。结果表明:在10 mA/m^(2)电流密度阴极防护下,导致钢筋发生腐蚀的临界氯离子浓度为0.03 mol/L,这与无阴极防护状态下相同。当阴极防护电流足够大(大于10 mA/m^(2))时,钢筋在模拟孔隙液中未发生腐蚀,不存在临界氯离子浓度;在恒电位阴极防护欠防护状态下,随着保护电位的正移,钢筋发生腐蚀的临界氯离子浓度逐渐增大;当氯离子添加浓度超过临界氯离子浓度时,钢筋会发生溶解,这是由于钢筋局部腐蚀导致电位负于保护电位;基于结构物安全考虑,在模拟孔隙液中钢筋的阴极防护宜采用恒电流控制。

织物增强混凝土永久模板叠合试件抗氯离子渗透性能研究

织物增强混凝土(TRC)由高性能细骨料混凝土基体与纤维网组成,TRC永久模板与核心混凝土组成叠合试件。为揭示叠合试件氯离子渗透作用规律,确定永久模板最佳厚度范围,以TRC永久厚度、耐碱纤维网层数以及界面处理方式为变量,进行叠合试件抗氯离子渗透性能试验研究和计算分析。结果表明:与未设置永久模板相比,当TRC永久模板厚度为10~50 mm时,叠合试件氯离子扩散系数分别降低73.2%~95.6%。耐碱纤维编网对永久模板抗氯离子渗透性能没有增强作用。水泥净浆涂刷、表面凿毛、短切纤维插入三种界面处理方式对叠合试件氯离子渗透系数和渗透深度的影响不显著。结合Duracrete模型定量分析,给出了海洋环境不同工况下TRC永久模板厚度建议范围。

硅酸盐水泥氯离子固化机理及影响因素研究进展

氯离子侵蚀是滨海或除冰盐环境下钢筋混凝土结构耐久性劣化的首要原因。氯离子固化是提升钢筋混凝土结构抗氯离子侵蚀性能最为经济有效的手段之一。因此,大量文献对硅酸盐水泥(PC)氯离子固化机理、固化性能、影响因素等进行了广泛研究。然而,仍缺乏PC氯离子固化方面的系统性总结论述。因此,本文对PC氯离子固化机理及影响因素的研究进展进行了全面系统综述。首先详细介绍了两类氯离子固化机理;其次分析了氯离子固化性能影响因素;然后定义了氯离子固化贡献度并讨论了不同因素影响下的贡献度变化;最后概述了PC氯离子固化领域面临的主要挑战。本文有助于深化理解PC氯离子固化机理及影响因素,为钢筋混凝土结构寿命预测及耐久性提升提供参考。

考虑地下水位影响的碱渣土地基半埋混凝土内氯离子传输试验研究

关于碱渣土地基环境下钢筋混凝土结构耐久性问题,尚未见相关研究成果,是有待研究的课题。为探究碱渣土地基混凝土内氯离子传输规律,本工作模拟真实碱渣土地基及地下水侵蚀环境,设计了三种地下水位-0.2 m、-0.5 m、-0.8 m,开展半埋于碱渣土地基的混凝土氯离子自然扩散试验,探究不同地下水位环境下混凝土地表吸附区及地下区域的氯离子分布规律。结果表明,地表吸附区由于其蒸发浓缩及毛细作用,氯离子浓度高于地下区域。氯离子浓度随地下水位的变化呈现较大差异,地表吸附区氯离子浓度随地下水位的升高呈下降趋势,地下区域地下水位的影响主要体现在试件与水位的相对位置,地下水位以下区域氯离子浓度高于地下水位以上区域。在此基础上,探究碱渣土地基半埋混凝土内氯离子传输机理,基于Fick第二定律定量研究了地下水位对表面氯离子浓度及扩散系数的影响,建立考虑地下水位影响的氯离子传输时变模型,通过与实测结果对比印证了模型的正确性,本模型可为实际工程中定量评估不同碱渣土侵蚀环境下混凝土内氯离子浓度以及服役寿命预测提供技术支持。

石墨烯纳米片增强水泥砂浆的抗氯离子扩散和抗硫酸盐侵蚀性能

本工作研究了石墨烯纳米片(GNP)对水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并采用热重分析法、压汞分析法、X射线衍射、扫描电镜和能谱分析对GNP复合水泥砂浆的微观形貌和水化产物类别进行了表征,解释了GNP增强水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的机理。结果表明:与普通水泥砂浆相比,掺入0.1%水泥质量的GNP后,水泥砂浆的28 d抗压、抗折强度分别提高了11.1%和12.7%,表面氯离子浓度和扩散系数分别减小了36.8%和11.3%,经硫酸盐侵蚀后质量损失率为0.44%,抗蚀系数提升至0.9;GNP对水泥水化的产物类别没有影响,但GNP可以促进水泥的水化反应并细化水泥砂浆中的孔径;GNP作为水泥中的纳米添加材料能够填充在水泥熟料附近,使水泥砂浆的微观结构更为密实,且GNP较大的比表面积和二维板状结构也可以成为腐蚀离子的物理屏障。

压弯荷载下再生砂浆的裂纹演变与氯离子扩散

为了研究压弯荷载作用下再生砂浆的裂纹发展与氯离子的扩散规律,自制了一种氯盐荷载耦合装置,该装置包括压弯荷载加载装置和电加速快速氯离子迁移装置。通过该氯盐荷载耦合装置,对再生砂浆小梁进行了压弯加载与氯离子渗透。为了避免小梁在弯曲加载时提前破坏,在小梁的横向分别预先施加25%、50%、75%极限轴向压荷载,再竖向进行逐级加载,并结合数字图像相关(DIC)技术研究了加载过程中再生砂浆小梁的裂纹演变规律。同时设计了4种不同的压弯荷载组合,以RCM理论为基础,进行了压弯荷载作用下的电加速氯离子渗透试验。结果表明:在横向荷载为25%极限轴向压荷载时逐级加载竖向荷载,再生砂浆小梁呈现少筋梁的破坏特征;在横向荷载为50%、75%极限轴向压荷载时逐级施加竖向荷载,再生砂浆小梁呈现超筋梁的破坏特征;当再生骨料取代率小于50%时,增加压弯荷载值对小梁的氯离子扩散系数影响不大;当再生骨料取代率大于50%时,随着压弯荷载值的增加,砂浆小梁的氯离子扩散系数快速增加;在压弯荷载作用下,小梁的氯离子扩散系数呈现沿着竖向高度逐渐减小的趋势。

混凝土中氯离子含量研究的关键问题综述

氯离子是影响混凝土结构耐久性的重要因素,合理有效地控制混凝土氯离子含量能够保证建筑使用寿命。因此,充分了解氯离子含量在不同影响因素下的变化规律及作用机理尤为重要。综合评述了混凝土中氯离子含量在不同胶材体系、不同养护温度和不同龄期下的变化规律及其作用机理。其中,不同胶材体系对混凝土氯离子的固化能力不同,粉煤灰、矿渣粉、硅灰等辅助胶凝材料的氯离子结合能力与其活性成分和掺量存在直接关系;氯离子结合能力在1 d龄期前快速增长,28 d后趋于稳定;提高养护温度能够在一定程度上提高氯离子结合能力,但温度过高又会降低其结合能力。此外,测试方法及表征方式的多样化对氯离子含量的研究造成了一定困扰,因此,制定统一的标准对于后续进一步研究具有极其重要的意义。

不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能

为研究不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能,对单掺和复掺碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维的水泥基材料分别进行电通量试验、电镜扫描观测及基本力学性能试验,分析不同纤维尺度、掺量及复合比例对水泥基材料抗氯离子渗透性能和基本力学性能的影响规律,并基于试验结果给出了多纤维复合增强水泥基材料的氯离子侵蚀深度计算模型。结果表明,不同尺度纤维可在不同结构层次上发挥对水泥基材料的增强作用,使得多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能明显优于单一纤维增强水泥基材料;多纤维复合材料的抗压强度与氯离子侵蚀深度及电通量大致呈反比例关系;当复合材料的抗压强度提高13.6%时,其氯离子侵蚀深度和总电通量则分别降低39.1%和44.7%;建立的氯离子侵蚀深度计算模型,可用于多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透和侵蚀性能评估。

叶面施锌对烤烟生长以及氯离子含量的影响

为探讨锌肥对烤烟生长以及氯离子含量的影响,以中川208为试验材料,通过叶面喷施不同浓度ZnSO_(4),测定烤烟烟叶农艺性状、光合特性、烟叶锌离子和氯离子含量,确定促进烤烟生长发育同时能够降低烟叶氯离子含量的最佳叶面ZnSO_(4)喷施浓度。结果表明,移载75 d后,叶面喷施ZnSO_(4)浓度为0.25%时,可获得较好的降氯效果和促进烤烟生长发育的效果,上、中部烟叶氯离子含量分别降低36.78%和30.00%,显著低于其他处理,烟叶旺长期的最大叶长、最大叶宽、株高、茎围、有效叶片数均高于其他处理。