全珊瑚海水混凝土的表面自由氯离子浓度和表观氯离子扩散系数

采用不同种类水泥制备出不同强度等级的全珊瑚海水混凝土(CSC),研究其在海水浸泡环境下不同暴露时间的自由氯离子含量的分布规律,计算了CSC的表面自由氯离子含量和表观氯离子扩散系数,并探讨了暴露时间对这2个参数的影响规律.结果表明:在相同的暴露时间下,碱式硫酸镁水泥的抗Cl^-扩散渗透能力优于普通硅酸盐水泥;CSC的表面自由氯离子含量随着暴露时间的延长而呈指数型增加,且增长速率远低于普通混凝土;CSC的表观氯离子扩散系数随着暴露时间的延长而呈幂函数型递减.因此,对于实际海洋环境下的CSC结构,建议采用碱式硫酸镁水泥,从而有利于提高抗Cl^-扩散渗透能力,减缓Cl^-的侵入速度,以达到延长结构服役寿命的目的.

粉煤灰和矿渣对表观氯离子扩散系数的影响

采用自然扩散法测定了普通混凝土、粉煤灰混凝土和矿渣混凝土在高浓度的氯盐介质中浸泡180 d后的自由氯离子浓度分布,定量探讨了粉煤灰和矿渣掺量对混凝土氯离子扩散系数的影响规律。结果表明:混凝土的氯离子扩散行为能较好地符合Fick第二扩散定律,而且粉煤灰、矿渣混凝土的表观氯离子扩散系数较普通混凝土要小。进一步分析发现,混凝土的表观氯离子扩散系数与粉煤灰、矿渣的掺量之间符合一元二次多项式关系。

硅灰混凝土表观氯离子扩散系数影响因素的研究

通过自然扩散法测定了硅灰混凝土在高浓度氯盐介质中浸泡不同时间后自由氯离子的浓度分布,研究了硅灰混凝土表观氯离子扩散系数与硅灰掺量、养护时间、暴露时间以及溶液种类的关系。结果表明:掺加适量的硅灰可以有效减小混凝土表观氯离子扩散系数;增加养护时间将降低硅灰混凝土表观氯离子扩散系数;硅灰混凝土的表观氯离子扩散系数在3种溶液中的大小顺序为:3.5%Na Cl+5%Mg SO4溶液>3.5%Na Cl溶液>青海盐湖卤水。

珊瑚混凝土在海洋环境中氯离子扩散实验

采用自然扩散法研究了珊瑚混凝土在海水环境中的氯离子扩散特性,探讨了养护龄期、暴露时间和环境差异性对珊瑚混凝土表观氯离子扩散系数的影响。结果表明:随着暴露时间的延长,珊瑚混凝土的表观氯离子扩散系数呈幂指数衰减规律;且延长养护龄期可降低珊瑚混凝土的表观氯离子扩散系数;随着强度等级增加,混凝土的表观氯离子扩散系数降低。我国实际海洋工程中珊瑚混凝土结构的表观氯离子扩散系数比实验室条件要提高3个数量级。因此,适当延长养护时间、提高强度等级有助于延长珊瑚混凝土结构在海洋环境的服役寿命。

时间与拉应力耦合作用对混凝土中氯离子扩散影响

通过224 d氯离子浸泡试验,研究了氯离子侵蚀时间与混凝土拉应力耦合作用对氯离子扩散的影响。首先,通过试验数据确定了不同拉应力水平与不同氯离子侵蚀时间下的表观氯离子扩散系数及表面氯离子浓度;然后,建立了考虑拉应力水平与氯离子侵蚀时间耦合作用影响的表面氯离子浓度计算模型与表观氯离子扩散系数计算模型。研究结果表明,表面氯离子浓度与时间之间的关系近似符合平方根函数模型;表面氯离子浓度与表观氯离子扩散系数均具有时间和应力依赖性,均可以表示为拉应力水平与氯离子侵蚀时间的二元函数;经验系数具有应力依赖性,可以表示成拉应力水平的三次函数;相同拉应力水平下,表观氯离子扩散系数随着氯离子侵蚀时间的增加而减小,而表面氯离子浓度随着氯离子侵蚀时间的增加而增大;相同氯离子侵蚀时间下,表观氯离子扩散系数与表面氯离子浓度均随着拉应力水平的增加而增大。

养护条件与暴露环境对氯离子传输的耦合作用

为研究早期养护条件和后期暴露环境作用对混凝土抗氯离子扩散性能的耦合作用效应,选取不同的早期养护条件和海洋暴露环境对混凝土试件进行暴露试验.设定5种环境干湿状况及养护龄期用以模拟施工中出现的不同养护条件,并选取具备不同干湿循环比例的海洋环境对混凝土试件进行6个月的暴露.暴露结束后,通过酸溶法氯离子浓度分布测定及稳态电迁移试验讨论氯离子在混凝土中的传输特性影响.同时还对氯离子在非饱和混凝土中的传输进行数值模拟研究.结果表明,早期的不充分养护和后期的干湿交替环境使得混凝土浅表层的毛细吸附行为和氯离子在浅表层的富集变得十分显著.服役环境的供水能力强,则氯离子在混凝土内部的扩散效应显著;反之,氯离子的扩散效应被弱化.因此提出,在海洋环境中服役的钢筋混凝土结构进行耐久性设计时,必须重视并且考虑早期养护条件和后期暴露环境的干湿循环比例的耦合作用.

静水压力下超高性能混凝土的抗氯离子渗透性能

本文通过氮气吸附和脱附试验对超高性能混凝土(UHPC)的孔结构进行分析,研究了钢纤维体积掺量和矿物掺合料体积掺量对UHPC在不同静水压力作用下氯离子传输行为的影响,并结合扫描电镜和能谱仪进行UHPC的微观形貌分析。结果表明:钢纤维的掺入增大了UHPC基体孔隙体积,矿渣的掺入能够降低基体孔隙率,早期蒸养后再标准养护至28 d时,大量掺入粉煤灰会使总孔隙率增大;随着静水压力的增大,同一深度下的氯离子浓度和表观氯离子扩散系数也增大,在2 MPa作用下更为显著;自由氯离子含量和总氯离子含量呈线性关系,钢纤维的掺入降低了氯离子结合能力,而矿渣和粉煤灰的掺入能有效提升氯离子结合率,氯离子结合率最高可达到46.29%;扫描电镜和能谱分析试验发现钢纤维锈蚀仅发生在UHPC表面。

氧化石墨烯改性水泥砂浆抗氯离子渗透性能

采用快速电通量法及长期氯盐浸泡试验,研究了氧化石墨烯(GO)改性水泥砂浆的抗氯离子渗透性能,分析了电通量与表观氯离子扩散系数之间的关系,并通过扫描电镜(SEM)分析了其微观结构。结果表明:掺入适量的GO能够提升水泥砂浆的抗氯离子渗透性能,当掺量为0.06%(质量分数)时最显著,与无GO的对照组相比,水泥砂浆的电通量和氯离子侵蚀深度分别降低了34.5%和27.2%;长期氯盐浸泡60 d、120 d后,0~5 mm处的自由氯离子浓度最高分别降低了28.4%和15.3%;电通量与表观氯离子扩散系数之间存在良好的线性关系;GO有效调节了水化产物形状,减少了内部孔隙,使其微观结构更加密实,从而提升了水泥砂浆抗氯离子渗透性能。

掺复合胶凝材料混凝土的抗氯离子侵蚀性能

研究了矿粉、粉煤灰、硅灰等矿物外加剂对海工混凝土性能的影响,通过试验测定了掺复合胶凝材料的海工混凝土的电通量、氯离子表观扩散系数的变化规律,并对这种混凝土进行了恒电压钢筋锈蚀的试验,研究了矿物外加剂掺量与混凝土抗氯离子侵蚀性能的关系.研究结果表明,在硅酸盐水泥中掺加矿粉、粉煤灰、硅灰等矿物外加剂可以改善海工混凝土的综合性能.矿物外加剂的复合掺入比单独掺入对混凝土抗氯离子侵蚀性能的改善具有更加良好的效果.海工混凝土配制时应尽可能地采用复合多种矿物外加剂.

硝酸银显色法测量混凝土氯离子表观扩散系数

研究了硝酸银显色法快速测量混凝土中氯离子表观扩散系数。将14组混凝土试件分别在16.5%与3.5%NaCl溶液中浸泡90d和300d,用AgNO_3显色法及NT Build 443法测量其氯离子表观扩散系数(D_A和D_N)。结果表明:用浸泡液浓度为表面氯离子浓度情况下,当表层氯离子浓度与浸泡液氯离子浓度相近时,D_A与D_N值相近;浸泡90 d时,一部分D_A与D_N值相近;浸泡300 d时,所有的D_A与D_N均十分相近。测量的表层氯离子浓度作为表面氯离子浓度时,所有D_A和D_N均十分接近。因此,合理确定表面氯离子浓度后,硝酸银显色法可以快速且较为精确地测量混凝土氯离子表观扩散系数。

水灰比和扩散时间对全浸泡混凝土扩散的影响

为了研究水灰比、全浸泡时间、自由扩散时间对氯离子在混凝土内传输的影响。设计五组不同水灰比的普通混凝土构件,对其进行氯盐浸泡试验,浸泡1、2、4、8周和在浸泡周期基础上全密封再进行自由扩散分别6个月以及12个月后用混凝土打磨机磨粉,采用硝酸银化学滴定法检测构件中的自由氯离子含量,最后利用菲克第二定律拟合表观氯离子扩散系数。试验结果表明:随着扩散时间的延长,自由氯离子含量和扩散系数逐渐降低,全浸泡阶段扩散时间对其影响显著。然而,随着水灰比的增大,自由氯离子含量和扩散系数增大。

自然潮差下粉煤灰混凝土氯离子扩散性能时变性

基于自然潮差环境下的现场暴露试验,研究了粉煤灰掺量对混凝土氯离子扩散性能及其时变性的影响。测试了4个暴露时间后,粉煤灰掺量分别为水泥质量的0%、20%、30%、40%和50%的混凝土内的自由氯离子浓度,同时用MIP法测试了试验混凝土的孔隙率;根据Fick第二定律,计算得到粉煤灰混凝土的氯离子表观扩散系数,并基于其表观扩散系数分析了混凝土的氯离子即时扩散系数,建立了粉煤灰掺量与混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数的关系模型;最后以实测试验混凝土氯离子浓度验证了氯离子即时扩散系数的时变模型。结果表明,混凝土的氯离子表观扩散系数及即时扩散系数均随暴露时间延长和粉煤灰掺量的增大而减小;混凝土氯离子即时扩散系数的时变性表明,粉煤灰混凝土的前期抗氯离子能力较强,后期逐渐减弱;混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数均随着粉煤灰掺量的增加而逐渐增大,氯离子即时扩散系数的时间衰减系数在暴露360 d后基本趋于稳定;基于暴露360 d后得到的混凝土氯离子即时扩散系数时变模型能较准确地预测混凝土中自由氯离子浓度。

基于长期暴露试验的海工高性能混凝土耐久性分析

以高耐久性为重要特征的海工高性能混凝土已经在海港码头、沿海和跨海桥梁等基础设施得到广泛的应用。为研究分析海工高性能混凝土在实际海洋环境下长期性能,文章以广东湛江海洋暴露试验站混凝土长期暴露试件为研究对象,在采用传统方法磨粉化学分析氯离子含量分布情况的基础上,采用压汞法(MIP)、背散射电镜(BSE)和能谱分析(EDX)等微观测试技术,测试混凝土的孔结构及水化产物对氯离子的固化性能。经对比分析,海工高性能混凝土比普通混凝土具备更优的孔结构,且长期暴露于氯盐环境下有大量的弗里德尔盐生成,固化氯离子效果显著。长期暴露试验和工程实践证明,海工高性能混凝土是有效提高海洋环境混凝土结构抗氯离子渗透性的根本措施,可显著提高混凝土结构耐久性,大幅延长工程的使用寿命。通过追溯和回顾,陈肇元院士对文章的研究工作给予重要的启发和促进,并对海工高性能混凝土的推广应用发挥重要的推动引领作用。

大连港服役50年混凝土的力学性能与耐久性

本文分别研究了大连港服役11年和50年的某码头大气区、浪贱区和潮汐区混凝土的外观破坏情况和物理力学性能,测定了不同深度混凝土的氯离子含量分布以及混凝土电阻率和RCM氯离子扩散系数(DRCM)等耐久性参数,探讨了部分耐久性参数之间的相关关系。结果表明,两个年代海洋码头的潮汐区混凝土都存在剥落现象,其中服役50年码头的大气区和浪溅区混凝土还存在裂缝现象。综合文献数据研究发现,海洋混凝土结构的表面自由氯离子含量随着暴露时间的延长呈指数函数或幂函数的增长关系,且服役早期增长较快,服役后期增长速度减缓。海洋混凝土结构的表观氯离子扩散系数随暴露时间的延长呈现经典的幂函数衰减关系。

南海海域珊瑚混凝土结构的耐久性影响因素

为了探究热带海洋环境下混凝土结构的耐久性，通过对我国南海岛礁珊瑚混凝土结构的现场调研与测试，研究了普通混凝土与珊瑚混凝土的破坏现状、碳化深度、自由氯离子含量（Cr）和总氯离子含量（C1），计算了混凝土结构的氯离子结合能力（R）、表面自由氯离子含量（Cs）、表观氯离子扩散系数（D日）和自由氯离子扩散系数（Df）。结果表明：在南海岛礁工程中，珊瑚混凝土主要破坏特征为混凝土保护层胀裂、剥落、垮塌、露筋、钢筋锈蚀等；在同一岛礁环境，珊瑚混凝土Cs比普通混凝土Cs高13～28倍，Cs分布规律从高到低依次为水下区、浪溅区、大气区；珊瑚混凝土在水下区与浪溅区的Da值分别是大气区的15和7倍；普通混凝土在南海岛礁环境下的Da值比北欧、北美及我国东海等近海环境普通混凝土Da值大4～20倍；在南海岛礁工程中，必须提高混凝土的抗氯离子扩散渗透能力，同时加强迎风面混凝土结构的附加防护和提高其密实度，才能延长珊瑚混凝土结构的使用寿命。

热带岛礁环境下全珊瑚海水混凝土结构服役寿命的可靠性

基于修正氯离子扩散理论和可靠度理论的寿命分析软件ChaDuraLifeV1.0,选取4种配合比的全珊瑚海水混凝土（CASC）进行实验室海水浸泡试验,研究了不同混凝土强度、不同养护龄期和不同暴露时间CASC的表观氯离子扩散系数（Da）、表面自由氯离子含量（Cs）及Da时间依赖性指数（m）的变化规律,探讨了保护层厚度和混凝土强度对CASC服役寿命的影响,提出了适应于热带海洋环境CASC的最小保护层厚度和混凝土强度等级的要求。结果表明：CASC的Da和Cs随着暴露时间的延长分别呈幂函数的降低趋势和幂函数的增长趋势;对于失效概率为5%～10%的CASC,当保护层厚度为7.5 cm、混凝土强度等级为C50时,其使用寿命可达17～19 a。因此,建议海洋工程中的CASC结构,其保护层厚度至少为7.5 cm、混凝土强度等级至少为C50。这样,有利于延长CASC中Cl^-到达钢筋表面的距离和周期,降低钢筋对Cl^-腐蚀的敏感性,提高混凝土抗Cl^-扩散渗透能力,从而延缓钢筋起始锈蚀时间,降低锈蚀速率,达到延长CASC结构服役寿命的目的。