涂层混凝土氯离子扩散的修正模型与数值模拟

氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性能的主要原因之一,通过在混凝土表面刷涂层的方式可以有效阻止氯离子在混凝土中的扩散。通过MATLAB与COMSOL Multiphysics软件联合仿真,建立三维随机骨料混凝土模型,并在COMSOL Multiphysics中建立涂层模型模拟氯离子扩散的影响。而涂层与混凝土材料完全不同,其扩散系数的推导也不相同。通过建立改进的涂层模型,模拟涂层对氯离子侵蚀混凝土的影响。对比无涂层混凝土,试验周期90~150 d的聚氨酯涂层、聚脲涂层混凝土在0~15 mm厚度范围氯离子浓度下降分别可达97%、96%;而水泥基涂层混凝土氯离子浓度下降75%,证明涂层对阻止氯离子侵蚀混凝土效果显著。对比无涂层及不同涂层模型结果,其模拟值与试验值误差在10%左右,相关系数在0.98以上,扩散模型准确性较高,对后续研究具有一定指导意义。

基于随机多边形骨料再生混凝土抗氯离子侵蚀研究

基于氯离子扩散模型和骨料级配理论,采用PYTHON语言和COMSOL软件构建再生混凝土随机多边形骨料细观计算模型,并结合已有试验结果验证模型有效性,开展新老砂浆扩散系数、老砂浆厚度及再生骨料取代率等不同工况下再生混凝土抗氯离子侵蚀计算分析,研究氯离子在再生混凝土内部的扩散规律及各细观组分等关键因素对再生混凝土抗氯离子侵蚀的影响规律。结果表明,模拟结果与试验结果吻合较好,该方法能较好地模拟氯离子在再生混凝土内部的扩散过程;再生混凝土氯离子扩散浓度与深度的关系曲线呈现不连续性特征;随着新老砂浆扩散系数的增加,混凝土内氯离子浓度逐渐增大;再生混凝土抗氯离子侵蚀能力随老砂浆厚度、再生骨料取代率的增加而降低。

不同环境条件下考虑荷载影响的氯离子扩散模型

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土构件耐久性破坏的重要因素之一,氯离子侵蚀是海洋环境下钢筋锈蚀的首要因素。根据相关文献给出的不同海洋环境、不同荷载水平作用下混凝土中氯离子扩散的实验数据,通过拟合给出氯离子扩散荷载影响系数与构件应力状态之间的关系式及混凝土表面氯离子浓度随时间变化的统计公式,建立了考虑荷载影响的氯离子扩散模型。多组现场实测数据检验表明,建立的考虑荷载影响的氯离子扩散模型是合理的,具有较好的适用性与实用性。

基于冻融损伤和表面剥落的氯离子扩散模型修正与应用

基于混凝土氯离子扩散能力与冻融损伤的动态相关性,借助工程调查得到的混凝土结构表面剥落深度计算式,建立了同时考虑混凝土冻融损伤和表面剥落的氯离子扩散修正模型.通过某立交桥桥面板混凝土和胶州湾海底隧道洞口段衬砌混凝土实测数据,对提出的修正模型进行了工程验证和应用.研究表明:在盐冻环境中应用该修正模型的预测结果与实测数据吻合度高,且模型简单,便于工程应用.

修正的氯离子在混凝土中的扩散模型及其工程应用

通过参数定义对Fick定律的假定进行修正,推导氯离子在混凝土中扩散的多因素修正模型,综合考虑氯离子扩散系数的时随效应、混凝土的氯离子结合能力和混凝土自身缺陷对扩散过程的影响.经分析试算,给出模型中参数的取值.利用修正的扩散模型,推导定值法、基于概率性能和基于时变可靠度的混凝土结构工作寿命预测方法,并采用上述方法对一在建的实际工程进行寿命预测.结果表明,基于时变可靠度的预测方法不仅可以考虑氯离子扩散系数及混凝土保护层厚度的随机特性,而且可以方便地考虑环境变量的随机特性,通过调整目标可靠度得到的预测结果与定值法和基于概率性能的预测方法的结果相吻合.

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。

混凝土表面渗透层氯离子分布模型通式

基于混凝土表面渗透层HB研究具有的重要意义,在建立单位横断层S与单位横断层性能参数cHS及其分布的表征方法基础上,对渗透层表层HB1x的值域进行了量化,指出了Z3(=(2.5±0.5)mm)断层的特征和表层影响混凝土渗透性的主要因素;将HB划分为HB,Ⅰarea和HB,Ⅱarea两个层区,建立了氯离子质量分数分布模型通式,并阐明其参数的物理意义与应用;分层取样断距量级宜为亚毫米级,运用S与cHS的表征方法分析归纳同类试验研究结果,量化混凝土与层有关的参数,给出了与层有关的结构层次量化模型.结果表明:S和cHS的表征方法具有普适性.

氯盐环境条件下混凝土氯离子侵蚀模型及其研究进展

通过对钢筋混凝土氯离子腐蚀机理的分析,综合讨论氯盐环境条件下影响混凝土氯离子侵蚀的各种机理。总结国内外对混凝土氯离子侵蚀模型的最新研究进展,并分析评价了考虑多种机理氯离子侵蚀模型的特点和适用条件,为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考。

考虑表面氯离子质量分数的沿海混凝土桥梁氯离子扩散修正模型

为了研究沿海距海岸距离为5~40km钢筋混凝土桥梁的氯离子扩散规律,建立与之相适应的氯离子扩散模型,对沈山(沈阳—山关海)高速公路沿线25座钢筋混凝土桥梁进行钻芯取样,研究了表面氯离子质量分数和水胶比的关系。引入表面氯离子质量分数实测值与拟合值的比例系数,建立表面氯离子质量分数和距海岸距离的数学关系,结合氯离子表观扩散系数的时间效应对Fick第二定律的解析解进行修正。通过对比实测值和修正模型的拟合值验证模型的适用性。结果表明:构件表面氯离子质量分数与水胶比成正比,比例系数服从正态分布的统计规律;构件表面氯离子质量分数随着距海岸距离的增加而逐渐减小,二者呈指数关系;由修正后的氯离子扩散模型计算得出的拟合值能够包络大多数实测值,拟合结果偏安全。

引气粉煤灰混凝土的氯离子扩散模型

基于寒冷盐碱地区的工程环境与混凝土的配制特点,以Fick第二定律修正模型为原型,通过试验数据分析和查阅文献取值建立了引气粉煤灰混凝土的氯离子扩散模型,经游程检验法检验,其相关关系显著.扩散模型体现了混凝土的氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性、混凝土本体结构劣化、以及水灰比、含气量和粉煤灰掺量三个参数对氯离子扩散的影响,扩展了氯离子扩散实际影响因素的范围,增强了适用性,并能显著表征引气粉煤灰混凝土的氯离子扩散性质.

氯离子扩散模型在铁路混凝土耐久年限预测中应用

依据以菲克第二定律为基础建立的氯离子扩散模型,将铁路混凝土结构物表面氯离子浓度、临界氯离子浓度、钢筋保护层厚度及氯离子扩散系数的4个经验参数及混凝土耐久性能技术指标代入模型公式中,对混凝土的耐久年限进行了预测,得出基于耐久性指标配制的混凝土其预测耐久年限均满足设计年限要求,为铁路混凝土结构寿命预测提供了一种方法和思路。

炎热海洋环境下混凝土桥梁抗氯离子侵蚀耐久性研究

为研究炎热海洋环境中配筋混凝土结构遭受氯离子侵蚀的耐久年限,在Fick第二定律基础上,进行了钢筋混凝土结构服役过程中氯离子扩散机理的研究。氯离子侵蚀钢筋混凝土主要表现在以下5个方面:破坏钢筋钝化膜、形成“腐蚀电池”、阳极去极化作用、导电作用、Fe^(3+)和Fe^(2+)离子化学反应。考虑钢筋混凝土结构中氯离子参与的物理或化学、电化学反应过程,以及混凝土材料的差异性对表观活化能的影响,建立了考虑环境温度影响的氯离子扩散模型。综合不同因素对氯离子扩散速率的影响,建立了考虑温度、水泥组分、时间、荷载、水灰比等因素的氯离子浓度数学模型。根据南方某沿海钢筋混凝土结构的长期暴露试验数据,拟合得到不同温度条件下的氯离子扩散系数,分析了服役一定年限后不同深度处的氯离子浓度,对比了不同温度对不同保护层厚度的混凝土结构在钢筋开始锈蚀时间的影响。计算结果表明:考虑温度对氯离子扩散速率的影响时,钢筋开始侵蚀时间随着温度的增加而缩短,并且随着时间的增加差异逐渐变大,能更好吻合现场实测数据,验证了提出的氯离子扩散计算模型的准确性,为炎热海洋环境中混凝土结构耐久性设计和寿命分析提供了技术支撑。

近海大气环境下改进的氯离子扩散模型方法

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁破坏的重要原因之一,氯离子侵蚀是近海大气区钢筋锈蚀的首要因素。在Fick第二定律的基础上,基于持续荷载影响,提出了考虑温湿度因素影响下的改进的氯离子扩散模型,给出了模型各参数取值,通过两个试验,验证了模型的合理性。

盐冻损伤喷射混凝土衬砌结构氯离子扩散及其模型

以海洋环境喷射混凝土衬砌公路隧道为背景,采用快冻法,以3.5%(质量分数)NaCl溶液为冻融介质,开展隧道出入口盐冻损伤喷射混凝土衬砌结构氯离子扩散规律及模型研究。采用固液萃取法和电位法测试喷射混凝土中氯离子的含量,分析盐冻损伤、配合比参数及混凝土成型方式对氯离子扩散的影响。结果表明:盐冻损伤破坏了喷射混凝土表面的微观结构并增大了其孔隙率,增大了氯离子向混凝土内扩散的速率。低水胶比及低粉煤灰取代率的喷射混凝土氯离子含量及扩散系数较小,钢纤维对提升喷射混凝土抗盐冻性能的作用甚微,模筑混凝土氯离子含量及扩散系数明显大于喷射混凝土。盐冻损伤喷射混凝土氯离子含量分布符合Fick第二定律。以盐冻损伤喷射混凝土相对动弹性模量损失率为指标,建立了考虑环境温湿度、喷射混凝土配合比参数及盐冻损伤的氯离子扩散模型。

混凝土内修正的氯离子运移模型及耐久性分析

基于Fick第二定律,建立了混凝土内综合考虑扩散、电场迁移与结合作用的氯离子运移耦合模型,并通过已有试验数据对模型进行验证。以南通盐渍土环境为例,运用Comsol Multiphysics软件分析盐渍土内混凝土中氯离子的运移机制以及混凝土内氯离子随时间和空间的分布,研究不同强度等级的普通硅酸盐水泥混凝土和粉煤灰混凝土抗氯盐侵蚀的能力。结果表明:盐渍土腐蚀环境下,普通硅酸盐水泥混凝土结构仅靠提高混凝土强度和保护层厚度不能满足高耐久性要求,采用粉煤灰混凝土能延长结构使用年限;在保证使用年限为100 a的前提下,建议南通盐渍土环境中的钢筋混凝土结构采用粉煤灰混凝土,强度等级为C30、C40、C50和C60的混凝土结构保护层厚度分别为55 mm、50 mm、45 mm和40 mm。

考虑时间和结合效应的混凝土氯离子扩散模型

本文基于Fick第二扩散理论,建立了考虑时间和氯离子结合效应的混凝土氯离子扩散模型,该模型考虑时间和氯离子结合对混凝土中氯离子扩散的影响,并结合试验数据对模型的参数进行了求解,同时验证了模型的合理性.

海洋环境下港口工程混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型

通过现场暴露物理试验,实测得到了港口工程混凝土及相对应的水泥砂浆试件中氯离子的浓度分布结果,经回归分析分别得到了这两种试件的氯离子扩散系数。以此为基础,定量评估了粗骨料的稀释、曲折和界面过渡区效应对混凝土中氯离子扩散系数的影响,并建立了混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型。基于混凝土中氯离子扩散的细观数值模拟方法,验证了所建立的混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型的正确性。对细观数值模拟结果的分析可知:界面过渡区对混凝土中仅考虑粗骨料的稀释和曲折效应的氯离子扩散系数的提升效应不可忽略,应充分考虑界面过渡区的存在对混凝土中氯离子浓度分布和扩散特性的影响。

北部湾海域混凝土结构中氯离子扩散模型研究

混凝土结构的耐久性和服役寿命长期以来一直是一个备受关注的问题,特别是暴露于氯盐环境下的混凝土结构,氯离子的侵蚀就成为影响混凝土结构耐久性的主导因素,因此搭建合理的氯离子扩散模型研究氯离子的扩散规律是研究氯盐环境下混凝土结构耐久性和服役寿命的关键性问题。通过对防城港、钦州港和铁山港三个码头的混凝土结构取样研究,在综合考虑胶凝材料、温度、湿度胶凝材料、混凝土结构养护龄期、暴露氯盐环境龄期、水灰比、结合氯离子等因素对混凝土结构中氯离子扩散系数影响的情况下搭建氯离子扩散模型,并与Life365模型和LNEC E465模型进行对比分析,发现文中所搭建的氯离子扩散模型更加准确反映北部湾氯离子在混凝土内部的传输特性。

氯盐环境条件下混凝土氯离子侵蚀模型进展

通过对钢筋混凝土氯离子腐蚀机理的分析,综合讨论氯离子环境条件下影响混凝土氯离子侵蚀的各种机理。总结国内外混凝土氯离子侵蚀模型的最新进展,并分析评价了考虑多种机理的氯离子侵蚀模型的特点和使用条件,为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考。

基于贝叶斯机械算法探究氯离子在钢筋混凝土结构中的扩散规律

为分析氯盐在钢筋混凝土结构中的传递规律,揭示其扩散机理,采用钢筋混凝土氯盐侵蚀试验来模拟氯盐对钢筋混凝土结构的侵蚀过程.以Fick第二扩散定律误差函数解析解为基础,考虑到测试数据的质量和数量以及回归计算过程中所产生的系统误差对预测模型精度的影响,通过贝叶斯理论对该预测模型进行修正,分别得到钢筋非前沿区域及前沿区域的氯离子扩散预测模型.结果表明:氯盐侵蚀钢筋混凝土基体主要以扩散为主,钢筋的阻滞效应使得钢筋前沿区域5 mm范围内的氯离子浓度提高.