海洋潮汐浪溅区混凝土表面氯离子浓度计算模型

海洋混凝土结构的表面氯离子浓度反映了海洋氯化物环境的腐蚀作用强度,是海洋混凝土结构耐久性分析和定量设计的重要参数。本文依据国内外不同地区的大量自然暴露试验数据,通过数理统计和回归分析,确定了各种海洋环境条件下表面氯离子浓度的统计特征值,分析了海洋潮汐浪溅区混凝土中氯离子的传输机理和积聚规律,揭示了水胶比对混凝土表面氯离子浓度的影响规律,进而综合考虑水胶比、胶凝材料种类和时变特性等因素的影响,建立了海洋潮汐浪溅区混凝土表面氯离子浓度的改进计算模型。结合国内外各种表面氯离子浓度经验模型的预测结果和海洋自然暴露试验的实测数据,对比验证了所建立表面氯离子浓度计算模型的有效性和适用性,为海洋氯化物环境下混凝土结构的耐久性设计和服役寿命分析提供了重要边界条件。     

海洋混凝土结构表面自由氯离子含量时变规律及对其寿命影响

表面氯离子含量(C_s)是研究海洋环境条件下混凝土结构耐久性和服役寿命的氯离子扩散方程的边界条件,是海洋混凝土结构耐久性分析和定量设计的重要参数。依据国内外大量自然暴露试验与工程实测数据,通过采用Excel、Origin等数据分析软件进行数据统计和回归分析,确定了海洋混凝土结构表面自由氯离子含量(C_(sf))与表面总氯离子含量(C_(st))之间的相互关系,探讨了海洋混凝土结构的C_(sf)时变规律,建立了C_(sf)与暴露时间之间的关系表达式及其取值范围,并运用可靠度理论和修正氯离子扩散理论分析了C_(sf)时变性对海洋混凝土结构寿命的影响。结果表明:C_(sf)与C_(st)线性相关,且C_(sf)随着暴露时间的延长呈指数或者幂函数的增长关系;采用不同的C_(sf)时变性规律,对海洋混凝土结构寿命具有重大的影响。     

氯离子侵蚀对钢筋混凝土构件抗力影响的研究

氯化物是钢筋混凝土结构在使用寿命期内可能遇到的一种最危险的侵蚀介质,混凝土中钢筋表面的氯离子浓度超过一定的限值,钢筋就可能会发生锈蚀,锈蚀的钢筋会导致混凝土构件的承载力下降.通过分析国内外研究者所做的大量工作,讨论了氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件的抗力计算方法,为氯化物环境条件下混凝土结构的耐久性评估提供参考.     

氯盐干湿环境下受弯横向裂缝对钢筋混凝土耐久性影响

为了研究持续开裂状态下横向裂缝对钢筋混凝土结构耐久性的影响特性,开展了8根受弯开裂钢筋混凝土梁构件的盐溶液干湿循环试验;借助无损检测技术和破损实测方法,分别对氯离子侵入量、钢筋半电池电位、腐蚀电流密度以及平均锈蚀率等进行了对比分析。研究结果表明,裂缝的存在将提高混凝土的渗透性,裂缝处及周围混凝土内的氯离子含量明显增大;对于一定裂缝分布状况的钢筋混凝土试验梁,内部钢筋的腐蚀电位、腐蚀电流密度以及平均锈蚀率均高于裂缝自愈及无裂缝的试验梁,并受到保护层厚度与裂缝开展状态的影响,其影响规律可用单位长度内的平均裂缝宽度与保护层厚度的比值wm/c来进行综合评价。综合试验结果,初步建议海洋干湿侵蚀环境下钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度wmax宜小于0.003 3 c,相关结论可为海洋混凝土结构的耐久性设计提供参考。     

海水环境粉煤灰混凝土结构耐久性现场检测与评估分析

对服役12年的华南某跨海大桥典型构件开展碳化性能、氯离子扩散性能等指标的耐久性检测,评估了海水环境下掺粉煤灰的高性能混凝土长期耐久性。研究表明:随高程的增加混凝土碳化深度逐渐增大,其中大气区浪溅区水位变动区,碳化作用对粉煤灰混凝土结构耐久性的影响较小;粉煤灰可显著提升实体结构混凝土抗氯离子侵蚀性能,粉煤灰高性能混凝土的氯离子扩散系数不大于0.40×10-12m2/s,比普通混凝土氯离子扩散系数降低了约6倍;利用规范计算了引桥承台混凝土中氯离子含量计算值,其计算值与实测值吻合较好,可用于实体工程混凝土结构的耐久性评估,评估结果显示采用粉煤灰高性能的桥梁典型构件满足100年设计使用寿命的要求。     

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。     

宁波舟山港主通道混凝土结构耐久性评估与维护技术

系统阐述宁波舟山港主通道跨海工程混凝土结构耐久性评估与维护技术。首先介绍宁波舟山港主通道工程概况及100年使用年限的总体要求;确定耐久性极限状态为海洋氯离子侵入引起的钢筋表面脱钝。针对此极限状态,建立了氯离子侵入过程的耐久性评估模型,确定了不同暴露条件下模型参数的统计规律;根据混凝土保护层厚度的现场实测数据和修正的暴露条件下氯离子扩散系数,对模型参数进行了更新;考虑施工阶段混凝土构件的耐久性附加措施,以某标段非通航孔桥为例,使用全概率方法计算了各类混凝土桥梁构件的失效概率和可靠指标;最终在混凝土构件耐久性评估的基础上,提出了某标段非通航孔桥各类混凝土构件的基本维护制度和维护周期。     

国内外海上风电机组基础结构设计标准浅析

对国内外海上风电机组基础结构设计规范和相关标准进行了对比研究,结合我国海上风电机组基础结构设计开发中遇到的问题,论述海上风电机组基础结构设计中关于安全理念和设计荷载的设计方法和标准;分析对比各国规范对海上风电机组基础结构设计的推荐做法,剖析各国规范的设计理念和方法;比较海上风电机组基础结构与海洋石油平台在设计理念和设计标准方面的异同,并根据海上风电和海洋油气的行业特点,分析海上风电机组基础结构设计规范和海洋石油平台设计规范对于海上风电机组基础结构设计的适用性。在此基础上,基于我国海洋工程技术和海上风电产业的发展水平,提出发展我国海上风电机组基础结构的设计建议,指出我国海上风电开发中应注意和避免发生的问题。     

海洋环境中温湿度变化对混凝土氯离子传输研究

氯离子渗透到混凝土内部诱发钢筋锈蚀是海洋钢筋混凝土面临的耐久性关键问题。构建考虑骨料、浆体集料界面区的混凝土模型,建立了环境温度、湿度影响的氯离子传输模型,基于COMSOL数值模拟软件分析了材料、环境对混凝土氯离子传输的影响规律,并通过试验进行了验证。结果表明:模拟结果和试验数据具有较高的吻合度;随着温度的升高,氯离子扩散加快,而混凝土中氯离子的渗透深度随着内部湿度的增大而呈现减小趋势。混凝土中高致密骨料存在阻碍了氯离子传输,但界面区存在使得氯离子沿界面区传输并在骨料背后形成传输前锋。     

海港码头混凝土结构干湿交替区域氯离子侵蚀规律研究

基于对乍浦港混凝土结构现场检测数据,分析干湿交替区域氯离子侵蚀状况存在差异的原因,建立表面氯离子浓度和扩散系数随高程、季节、材料、及服役时间的关系,提出基于海域气象条件推定扩散模型统计参数的经验计算公式,并根据设计潮位确定氯离子严重侵蚀区域范围,可为耐久性设计和维护提供理论依据。     

Probabilistic Durability Assessment of Concrete Structures in Marine Environments: Reliability and Sensitivity Analysis

A probabilistic framework for durability assessment of concrete structures in marine environments was proposed in terms of reliability and sensitivity analysis, which takes into account the uncertainties under the environmental, material, structural and executional conditions. A time-dependent probabilistic model of chloride ingress was established first to consider the variations in various governing parameters, such as the chloride concentration, chloride diffusion coefficient, and age factor. Then the Nataf transformation was adopted to transform the non-normal random variables from the original physical space into the independent standard Normal space. After that the durability limit state function and its gradient vector with respect to the original physical parameters were derived analytically, based on which the first-order reliability method was adopted to analyze the time-dependent reliability and parametric sensitivity of concrete structures in marine environments. The accuracy of the proposed method was verified by comparing with the second-order reliability method and the Monte Carlo simulation. Finally, the influences of environmental conditions, material properties, structural parameters and execution conditions on the time-dependent reliability of concrete structures in marine environments were also investigated. The proposed probabilistic framework can be implemented in the decision-making algorithm for the maintenance and repair of deteriorating concrete structures in marine environments.     

钢筋混凝土耐久性海洋暴露试验

对不同技术条件的钢筋混凝土试件进行长期的海洋暴露腐蚀试验,以了解其服役特性,为钢筋混凝土结构的耐久性设计提供依据。近7年的暴露结果表明：在混凝土中掺加高炉矿渣等活性掺合料,能大大降低氯离子渗透速率,提高钢筋混凝土的耐久性。     

海洋环境下粉煤灰混凝土的抗冻性与抗氯离子渗透性的耦合

针对海洋环境条件,重点研究了粉煤灰混凝土的抗冻性和氯离子渗透性能的相互关系.试验分别研究了水胶比、粉煤灰等量取代水泥掺量大小、引气剂掺量等因素对抗冻性和抗氯离子渗透性能的影响,并与普通混凝土进行了对比.结果表明,粉煤灰不增加混凝土的抗海水冻融耐久性;粉煤灰增加混凝土的抗氯离子渗透性能,但是掺量超过30%,抗氯离子渗透性能下降;粉煤灰对混凝土抗冻性和抗氯离子渗透性的耦合影响在30%左右存在一个最佳掺量.为评估混凝土的抗冻性和氯离子扩散性的耦合性能,提出了新的评价方法--冻渗比(R值方法),并进行了试验验证.SEM和MIP微观分析与R值方法评价的结果是吻合的.     

养护期介入电迁阻锈保障混凝土耐久性试验研究

沿海地区氯盐侵蚀会对混凝土结构造成严重的耐久性问题,混凝土设计使用寿命难以保障。对于新建工程,若在自由水含量较高混凝土养护期进行电迁阻锈处理,则有利于电迁移性阻锈剂在钢筋周围聚集以达到更佳的阻锈效果。为此,针对两种电迁移性阻锈剂对处于氯盐侵蚀环境中的混凝土适用性展开研究,并测试了干湿循环前后混凝土内钢筋电化学参数、氯离子扩散特征及钢筋周围电迁移性阻锈剂含量研究两种电迁移性阻锈剂对混凝土耐久性保障的作用。结果表明,试验中养护期介入电迁阻锈后试件阻锈效果良好,经过干湿循环后钢筋腐蚀电位正向高于-162.6 m V,同时,钢筋附近出现明显的阻锈剂聚集现象,能保持钢筋的钝化状态。     

Effect of Fly Ash on Frost-Resistance and Chloride Ions Diffusion Properties of Marine Concrete

It is necessary to pay more attention to the durability of concrete undergoing freeze-thaw cycles and seawater attack simultaneously.Investigated are the effects of water-binder ratio,fly ash (FA) contents and air-entraining agent on resistance to frost and chloride diffusion of marine concrete blended with FA in natural seawater.The results show that fly ash does not improve the frost resistance of concrete but can improve its resistance to chloride diffusion by addition of less than 30%.The resistance to frost and chloride diffusion of FA concrete can be improved with the decrease of water-binder ratio,and FA may improve both of them simultaneously only being mixed with air-entraining agent.A ratio (named as R) of the frost-resisting durability factor to chloride diffusion coefficient can be used to evaluate the durability of marine concrete.Scanning electron microscope (SEM) analyses are consistent with the evaluations by the value of R.     

上海洋山建港后港域夏季水文泥沙状况分析

对2007年9月17-26日在上海洋山港海域固定观测点(平均水深13 m)观测得到的水文泥沙要素,以及悬沙和底质样品分析.分析结果为:1)港域有效波高0.21-1.37 m(风速0.6～14.0 m/s),平均0.61 m(平均风速5.5 m/s).平静天气(平均风速小于5.0 m/s)下,波高随水深变化,两者的相关系数为0.899;而在强风天气下,波高受风况控制.2)最大表层流速超过2.00 m/s.大潮涨潮流占优势,小潮时落潮流占优势;与北岛链汉道封堵前相比,大潮涨、落潮平均流速分别减小15%和30%,小潮涨、落潮平均流速均减小30%～40%.各层余流均为西北方向,与涨潮流方向一致;垂向平均余流速0.11 cm/s,表层达0.25 m/s.3)离底高程1.35 m层和0.35m层最大悬沙浓度均大于3 kg/m3,两层平均悬沙浓度分别为0.89和0.95 kg/m3.无论大潮还是小潮涨潮悬沙浓度均大于落潮,这种现象在大潮时更为显著,潮周期中最大悬沙浓度出现在涨急.与工程前相比悬沙浓度明显降低,大、小潮降低均达20%.4)港区底质平均粒径9.0μm,工程后有变细的趋势.