人工鱼礁在自然海水条件下的腐蚀寿命研究

有氯盐侵蚀的钢筋腐蚀,是钢筋混凝土结构性能劣化的主要原因之一,混凝土构件使用寿命的关键是氯离子的传输速率和使钢筋产生锈蚀的时间。本文以人工鱼礁混凝土构件为研究对象,分析海水氯离子在C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁混凝土中的扩散系数,以混凝土中钢筋锈蚀的临界氯离子浓度为寿命预测的边界条件,利用氯离子扩散模型预测C30、C35和钢渣复合材料人工鱼礁在海水中的腐蚀寿命。研究结果表明,氯离子在混凝土人工鱼礁中的扩散规律基本满足Fick第二定律。通过模型计算得出C30、C35和钢渣复合材料混凝土人工鱼礁的腐蚀寿命分别为51.6,54.8和56.8年。     

海水环境下钢筋混凝土人工鱼礁的耐久性寿命预测

根据人工模拟的流动海水环境(流速约为0.15m/s)下的混凝土侵蚀试验测得的混凝土中氯离子质量分数,分别测定了腐蚀350,380,400d后混凝土的氯离子扩散系数,并计算和预测了混凝土人工鱼礁的耐久性寿命。研究结果表明:氯离子在混凝土人工鱼礁中的扩散规律基本上遵循Fick第二定律;钢筋混凝土人工鱼礁的耐久性寿命与保护层厚度的平方成正比;海水盐度对混凝土人工鱼礁的耐久性寿命影响较大。     

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.     

八所港矿砂码头混凝土腐蚀现状分析

针对海南八所港矿砂码头服役近30年的混凝土梁、柱和70年的甬道等结构腐蚀状况进行现场调研,发现钢筋混凝土结构出现钢筋锈蚀、混凝土剥落,部分混凝土严重破损。测量了其混凝土梁、柱、甬道等不同位置混凝土和铁锈中氯离子含量,分析了局部环境对氯离子分布的影响。根据调研结果总结分析了其破损原因。结果表明混凝土中氯离子分布呈现规律性变化,且铁锈中的氯离子含量远小于混凝土中氯离子含量。     

海洋环境中混凝土结构服役寿命预测

通过参数定义对Fick定律的不合理假定进行修正,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的影响.根据对大量数据的分析试算,给出模型中参数的取值.利用该扩散模型,进一步推导海洋环境下基于概率性能的混凝土结构服役寿命计算方法,有效解决混凝土结构服役寿命预测中氯离子扩散系数及混凝土保护层厚度的随机特性.最后给出实际工程算例,说明该预测方法的有效性.     

混凝土在海洋暴露过程中的氯离子渗透研究

将矿粉掺量0%~65%、粉煤灰掺量0%~30%混凝土置于海洋大气区、潮汐区2年,研究海洋不同区域、矿粉掺量、粉煤灰掺量对混凝土中氯离子渗透规律的影响。结果表明:混凝土在海洋环境下暴露2年,氯离子质量分数随着渗透深度的增加而减小,最后趋于稳定;海洋潮汐区腐蚀混凝土氯离子传输受扩散机制控制,而大气区腐蚀混凝土受到扩散和毛细吸附双重机制控制。随着腐蚀龄期的增加,混凝土中氯离子侵蚀深度增加,表面层氯离子浓度线性增加。潮汐区腐蚀混凝土的氯离子浓度高于大气区腐蚀混凝土,但其表观氯离子扩散系数小于大气区腐蚀混凝土。粉煤灰和矿粉掺量对于混凝土的抗氯离子渗透能力而言,其最优值分别为15%、30%。     

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。     

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。     

海洋环境钢筋混凝土结构耐久性监测和检测对比研究

海洋环境下,码头等港口基础设施混凝土结构因受氯离子侵蚀而面临严峻的耐久性问题。目前对结构物的耐久性诊断主要通过定期人工检测的方式。随着传感器及通讯技术的发展,以监测手段为主的耐久性诊断得到越来越多的应用。监测、检测方法原理上的差别导致了基于两类数据实施的状态评估和寿命预测方法的不同。依托某高桩码头工程建立的耐久性监测系统,对阳极梯监测数据进行分析,并利用检测手段开展数据对比研究。已有监测数据显示,大部分监测点氯离子未渗透到传感器,码头状态良好。基于部分已出现腐蚀特征的传感器的监测数据计算得到构件寿命为58 a。进一步的实体结构氯离子浓度检测分析结果表明,氯离子渗透情况与阳极梯监测数据具有一致性。基于检测计算的构件寿命为63 a,监测数据计算的寿命较检测数据计算的寿命更短。     

海洋环境下预应力混凝土箱梁寿命分析

海洋环境下预应力混凝土箱梁,受到大气盐雾中氯盐等有害物质的侵蚀作用,导致箱梁中的钢筋出现锈蚀现象,严重影响混凝土结构的耐久性能,从而混凝土箱梁难以达到100年的设计寿命要求。基于可靠度理论,分别对混凝土箱梁悬臂板、斜腹板中钢筋以及底板主筋的服役寿命进行预测。结果表明:海洋大气环境中预应力混凝土箱梁、悬臂板与斜腹板在短期内就会发生锈蚀,箱梁底板主筋的锈蚀时间相对较长,但是仍然无法达到100年的设计寿命要求。因此,必须对箱梁施加一定的防腐措施。     

基于广义扩散方程海工混凝土结构耐久寿命概率评估方法

针对国内现有的氯离子侵蚀寿命预测模型存在的问题,提出了基于广义扩散方程(GDF)的海洋环境下混凝土结构耐久寿命预测的概率方法.以某海上混凝土工程原位取粉测试及室内快速试验为手段,获得不同环境分区的时变模型参数统计值.采用随机抽样方法,实现结构各部位混凝土使用寿命的概率预测.通过对模型参数的敏感性分析讨论了该模型的优点.最后,提出了周期性检测,不断更新模型参数的动态寿命评估思路.     

综合机制下氯离子扩散迁移模型及敏感性研究

缩短钢筋混凝土结构使用寿命的主要原因之一是氯离子对混凝土的扩散侵蚀。研究各种因素对氯离子扩散的影响,准确预测氯离子侵蚀程度是修复和加固钢筋混凝土结构的重要依据。作者基于Fick第二定律,推导出混凝土氯离子综合机制扩散迁移模型,确定了温度、时间、混凝土结合作用以及结构劣化效应与氯离子扩散系数之间的关系,并对各种影响机制的内在相关性和重要性进行了敏感性分析。经过工程实验验证,证明了改进后的氯离子扩散迁移模型的正确性和合理性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

锈蚀钢筋在疲劳荷载作用下压磁场分布研究

针对锈蚀钢筋的疲劳损伤与寿命评估中的难度大、精度低等问题,引入压磁检测技术,对锈蚀钢筋疲劳过程中的压磁场分布进行检测,从宏观与微观相结合的角度分析压磁场分布与疲劳损伤之间的联系。试验结果表明,锈蚀钢筋的压磁场分布能够反映疲劳损伤的演变规律,疲劳后期非线性特征加剧,锈蚀率及应力幅越大则变化越为明显,磁感强度值、磁场分布梯度、"反转"现象等均有助于进行疲劳损伤评价与寿命预测。研究结果可为压磁无损检测技术在钢筋混凝土结构中的应用提供依据。     

威海西港人工鱼礁区生态系统健康评价

综合考虑近海生态系统特点与人工鱼礁建设的功能,从海水水质、群落结构和生态系统功能三方面构建了人工鱼礁生态系统健康评价模型。基于对威海西港人工鱼礁区及对照区4个季度(2012年9月—2013年7月)海洋生态环境和渔业资源的综合调查结果,对威海西港人工鱼礁区的生态系统进行了健康评价。研究表明:威海西港人工鱼礁区及对照区的生态系统春季、夏季、秋季为较健康水平,冬季为亚健康水平;鱼礁区生态健康指数大于对照区,且差异极显著(P0.01);鱼礁区生态系统健康综合指数为夏季秋季春季冬季。综合分析认为,威海西港人工鱼礁区生态系统比对照区生态系统更稳定,但仍需开展长期的调查与监测进行验证。本研究结果对于人工鱼礁区的管理、保护和规划具有参考意义。     

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。