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CTF增效剂提升混凝土抗冻性能研究

材料导报 2024年第19期38卷 62-68页

作者：王习张云升张宇乔宏霞路承功 Hakuzweyezu Theogene 刘志超李忠慧兰州理工大学土木工程学院兰州730050 甘肃省先进土木工程材料工程研究中心兰州730050 中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071 中国科学院大学工程科学学院北京100049

本工作以3%质量浓度的NaCl溶液为介质,进行混凝土抗冻性试验,通过超声波波速损失率(C_(n))、质量剥蚀量(M_(B))和溶液吸入率(W_(S))三种指标研究了CTF(Coal tar fuel)增效剂对混凝土抗冻性能的影响。同时,深入剖析了CTF增效剂对混凝土... 详细信息

本工作以3%质量浓度的NaCl溶液为介质,进行混凝土抗冻性试验,通过超声波波速损失率(C_(n))、质量剥蚀量(M_(B))和溶液吸入率(W_(S))三种指标研究了CTF(Coal tar fuel)增效剂对混凝土抗冻性能的影响。同时,深入剖析了CTF增效剂对混凝土内部气孔结构的影响,并基于气孔分形模型,建立了分形维数(D)与超声波波速损失率(C_(n))的关系。结果表明:CTF增效剂能有效提升混凝土的抗冻性能,且当掺量为0.7%时提升效果最为显著。与普通混凝土相比,降低10%的水泥用量并掺加0.7%的CTF增效剂时,冻融循环100次后,混凝土超声波波速损失率(C_(n))较小,且质量剥蚀量(M_(B))降低了12.51%。此外,NaCl溶液吸入率(W_(S))降低了0.83%,内部直径规格小于100μm的气孔个数增加了180%,大于100μm的气孔个数减少了18.18%。

关键词：混凝土 CTF增效剂抗冻性能孔结构分形维数

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基于Copula函数的现场暴露混凝土寿命预测方法

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建筑材料学报 2017年第2期20卷 191-197页

作者：乔宏霞朱彬荣路承功兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对基础工程中混凝土结构在现场暴露环境下的寿命预测问题,提出了1种基于Copula函数的多退化因素剩余寿命预测方法.先选取质量损失和超声声速作为关键退化因素,针对其不同退化轨迹,对实际采集数据进行退化建模,得到混凝土剩余寿命的边... 详细信息

针对基础工程中混凝土结构在现场暴露环境下的寿命预测问题,提出了1种基于Copula函数的多退化因素剩余寿命预测方法.先选取质量损失和超声声速作为关键退化因素,针对其不同退化轨迹,对实际采集数据进行退化建模,得到混凝土剩余寿命的边缘分布函数;再通过Copula函数建立各退化因素间的相关关系,将混凝土剩余寿命的边缘分布进行融合,得到其联合分布函数.结果表明:选择质量损失和超声声速这2个退化因素有助于建立混凝土在现场暴露环境下的退化模型,并得到其剩余寿命的边缘分布函数;基于Copula函数预测西宁市现场暴露环境下的混凝土使用寿命约225个月,损伤发展始于第180个月左右.

关键词：混凝土寿命预测现场暴露 Copula函数多退化因素可靠度

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混凝土中氯离子传输模拟及速率分析

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第2期50卷 19-25页

作者：乔宏霞乔国斌路承功兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

为模拟氯离子在混凝土中传输规律,基于Fick第二定律和Darcy定律建立氯离子扩散-对流模型,同时考虑温湿度、孔隙率、结合效应等多种影响因素对扩散系数进行修正,利用Matlab和COMSOL Multiphysics实现多场耦合数值模拟,最终结合试验数据... 详细信息

为模拟氯离子在混凝土中传输规律,基于Fick第二定律和Darcy定律建立氯离子扩散-对流模型,同时考虑温湿度、孔隙率、结合效应等多种影响因素对扩散系数进行修正,利用Matlab和COMSOL Multiphysics实现多场耦合数值模拟,最终结合试验数据模拟氯离子传输过程.结果表明:数值模拟与实验结果相关性良好,能有效表征氯离子在混凝土中的传输规律;由于水分对流速率远大于离子扩散速率,因此水分对流导致浅层出现对流区并占据主导,同时伴有浓度富集现象;随着深度加深,对流作用逐渐减弱而扩散作用占据主导,深层混凝土一直处于饱水状态并以扩散为主;浅层对流区与深层扩散区之间存在过渡区.

关键词：混凝土氯离子传输离子扩散溶液对流数值模拟

兰州地铁地下水环境中钢筋混凝土通电锈蚀机理研究

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材料导报 2022年第19期36卷 114-119页

作者：乔国斌乔宏霞路承功兰州理工大学土木工程学院兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050

针对兰州地铁一号线地下水环境含有大量侵蚀离子导致混凝土中钢筋过早锈蚀的问题,本工作通过模拟地下水环境对三种不同水胶比的钢筋混凝土试件进行通电加速锈蚀试验,利用电学无损检测法表征钢筋腐蚀程度,辅以微观检测手段验证试验结果,... 详细信息

针对兰州地铁一号线地下水环境含有大量侵蚀离子导致混凝土中钢筋过早锈蚀的问题,本工作通过模拟地下水环境对三种不同水胶比的钢筋混凝土试件进行通电加速锈蚀试验,利用电学无损检测法表征钢筋腐蚀程度,辅以微观检测手段验证试验结果,综合分析混凝土内钢筋腐蚀规律。最终推导并定义锈蚀系数k作为表征钢筋锈蚀程度的评价参数,并验证其合理性。结果表明:随着通电腐蚀的加剧,钢筋电阻值呈先下降后上升的趋势,其中水胶比越小的试件下降程度越明显;钢筋电流值持续下降,其下降速率呈“慢-快-慢”的规律;微观结果与实测数据具有相同规律,锈蚀系数k的定义从锈蚀产物层面印证混凝土保护性的优劣会导致锈蚀产物存在一定差异。

关键词：钢筋混凝土离子侵蚀通电腐蚀无损检测钢筋锈蚀

硫酸盐环境下基于COMSOL混凝土损伤劣化模型

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华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第3期49卷 119-125页

作者：乔宏霞乔国斌路承功兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

结合Fick第二定律和修正Davis方程,建立多离子耦合作用下混凝土在硫酸盐纯浸泡环境中离子扩散数值模拟过程,并通过化学平衡建立离子和腐蚀产物之间的定量关系,最终得到简化的硫酸盐纯浸泡模型.利用Matlab和COMSOL Multiphysics实现硫酸... 详细信息

结合Fick第二定律和修正Davis方程,建立多离子耦合作用下混凝土在硫酸盐纯浸泡环境中离子扩散数值模拟过程,并通过化学平衡建立离子和腐蚀产物之间的定量关系,最终得到简化的硫酸盐纯浸泡模型.利用Matlab和COMSOL Multiphysics实现硫酸根离子扩散模型的建立,以时间为自变量,通过设置温度、浓度等初始条件,最终得到腐蚀物浓度、孔隙率和应变场等因变量评价参数.考虑到混凝土试件的初始建模条件和硫酸根离子腐蚀过程中的复杂因素,对扩散和腐蚀过程做了一些简化和假定,建模结果表明:硫酸根离子在纯浸泡环境下的扩散过程符合试验规律;随着模拟腐蚀进行,混凝土内部自由态硫酸根离子趋于稳定,而固化态硫酸根离子随腐蚀进行而增加;模拟结果可以结合无损检测方法利用损伤层厚度来预测混凝土耐久性寿命.

关键词：混凝土耐久性硫酸盐腐蚀侵蚀模型损伤劣化

西部严酷环境下钢筋砼耐久性试验研究及寿命预测

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西部严酷环境下钢筋砼耐久性试验研究及寿命预测

作者：路承功兰州理工大学

学位级别：硕士

本文依托国家自然基金“西部盐渍土地区基于硫酸盐腐蚀的混凝土耐久性寿命预测研究”和中铁一勘院科研开发基金“氯盐与硫酸盐强腐蚀环境下兰州地铁结构混凝土耐久性设计研究”,在调研和查阅资料的基础上,针对西部恶劣的环境和复杂的气... 详细信息

本文依托国家自然基金“西部盐渍土地区基于硫酸盐腐蚀的混凝土耐久性寿命预测研究”和中铁一勘院科研开发基金“氯盐与硫酸盐强腐蚀环境下兰州地铁结构混凝土耐久性设计研究”,在调研和查阅资料的基础上,针对西部恶劣的环境和复杂的气候对该地区混凝土结构耐久性能造成的严重破坏,选择影响该地区钢筋混凝土结构耐久性能的关键因素,设计了四种环境条件下的耐久性试验,以三种强度等级的钢筋混凝土试件作为研究对象,揭示其劣化规律及腐蚀机理,选择相对动弹性模量、相对质量、腐蚀电流密度等退化指标,采用Weibull概率分布退化模型对不同环境条件及强度等级的钢筋混凝土进行可靠度分析及寿命预测,完成以下研究工作并取得相应的成果:1、将三种强度等级钢筋混凝土试件浸泡在氯盐、硫酸盐、镁盐的耦合盐溶液中,定期对其进行无损检测,得到混凝土试件的相对动弹性模量评价参数、相对质量评价参数,钢筋混凝土试件的极化曲线图、交流阻抗图谱和相应的电化学参数指标,结合腐蚀后钢筋和混凝土的SEM微观图像,研究分析了不同时刻混凝土和钢筋的腐蚀劣化规律和腐蚀机理,并对比不同强度等级试件的腐蚀结果,分析了强度等级对钢筋混凝土抗腐蚀性的影响。2、采用恒电流加速方法,将三种强度等级的钢筋混凝土试件置于从格尔木腐蚀现场带回来的重盐渍土中进行通电加速,同时考虑试件尺寸对钢筋混凝土破坏结果的影响,试验选用100×100×100mm的立方体和100×100×400的棱柱体两种试件,采用裂缝观测仪和电化学工作站对混凝土表面裂缝开展情况和钢筋腐蚀情况进行观测,得到不同钢筋锈蚀率下极化曲线、交流阻抗图谱及腐蚀电流密度等电化学参数,研究分析了重盐渍土通电加速条件下钢筋混凝土的腐蚀劣化规律。3、将不同强度等级的钢筋混凝土试件置于具有典型盐渍土特性的青海省格尔木地区,采用无损检测手段,通过相对动弹性模量评价参数、相对质量评价参数、钢筋未锈蚀评价参数及同时考虑钢筋和混凝土劣化的综合损伤评价参数对现场暴露环境下钢筋混凝土劣化规律进行了分析,结合SEM微观图像,分析了钢筋混凝土的劣化机理,对比了不同强度等级试件的抗侵蚀能力。4、从现场暴露的实际环境和气候特点出发,设计了模拟混凝土实际服役环境的室内大循环试验,利用相对动弹性模量评价参数、相对质量评价参数及综合损伤评价参数,对混凝土在干湿-冻融-盐溶液腐蚀-紫外线辐射多因素作用条件下的耐久性能劣化规律进行了分析。5、基于钢筋混凝土试件的耐久性退化指标,采用Weibull概率分布退化模型,得到了不同环境条件下钢筋混凝土的可靠度曲线,分析了不同时刻试件的可靠性,并对不同强度等级试件进行了寿命预测。

关键词：钢筋混凝土耐久性电化学 Weibull分布寿命预测

盐渍土环境中钢筋混凝土基于Wiener随机过程寿命预测

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工程科学与技术 2021年第1期53卷 113-121页

作者：路承功魏智强乔宏霞薛翠真付勇兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对西部盐渍土地区混凝土结构耐久性寿命较短的突出问题,将钢筋混凝土试件置于格尔木盐渍土地区进行现场埋置,每隔150 d定期搜集试件超声声速、质量及钢筋电阻等无损退化指标,通过动弹性模量评价参数ξa、质量评价参数ξb、钢筋未锈蚀... 详细信息

针对西部盐渍土地区混凝土结构耐久性寿命较短的突出问题,将钢筋混凝土试件置于格尔木盐渍土地区进行现场埋置,每隔150 d定期搜集试件超声声速、质量及钢筋电阻等无损退化指标,通过动弹性模量评价参数ξa、质量评价参数ξb、钢筋未锈蚀评价参数ξc及SEM图像从宏观、微观两方面进行耐久性损伤劣化评价分析,选择Wiener随机过程建模并进行寿命预测,研究结果表明:在腐蚀离子及气候的综合作用下混凝土ξa及ξb值呈波动式变化,初期略有上升,中后期加速下降,ξa值对混凝土性能变化更敏感,钢筋ξc值基本呈直线下降。盐渍土中Cl^-、SO4^2-、CO3^2-等阴离子通过扩散、毛细吸附作用进入混凝土内部,与混凝土水化产物生成Friedel’s盐、硅灰石膏、钙矾石、石膏、碳酸钙等腐蚀膨胀晶体,从微观角度观察到混凝土中腐蚀产物呈棒状、杆状、纤维状、针状分布,钢筋锈蚀产物则呈颗粒状、团簇状堆积,且钢筋表面有蚀坑形成。Wiener随机过程模型可以很好地预测盐渍土环境中钢筋混凝土寿命,且混凝土和钢筋的寿命曲线均呈3阶段变化,其中,由质量和动弹性模量退化指标得到的混凝土寿命值高于由电阻退化指标得到的钢筋寿命,同时通过混凝土相对动弹性模量得到的寿命值低于相对质量退化指标得到的寿命值,以钢筋退化指标得到C35、C40、C45钢筋混凝土在格尔木盐渍土环境中的服役寿命分别约为4500 d、5000 d及5800 d。

关键词：钢筋混凝土盐渍土 Wiener随机过程耐久性寿命预测

基于Weibull分布的钢筋混凝土腐蚀环境耐久性寿命预测

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应用基础与工程科学学报 2022年第6期30卷 1534-1544页

作者：路承功魏智强乔宏霞乔国斌付勇兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学理学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对西部盐渍土环境中地下混凝土结构耐久性及寿命的突出问题,将钢筋混凝土置于NaCl与MgSO4的复合盐溶液中进行耐久性室内加速试验.以腐蚀电流密度作为耐久性退化关键指标,选择Weibull分布函数进行可靠性寿命建模,采用概率分布图进行先... 详细信息

针对西部盐渍土环境中地下混凝土结构耐久性及寿命的突出问题,将钢筋混凝土置于NaCl与MgSO4的复合盐溶液中进行耐久性室内加速试验.以腐蚀电流密度作为耐久性退化关键指标,选择Weibull分布函数进行可靠性寿命建模,采用概率分布图进行先验假设检验,通过最小二乘法进行参数估计,利用可靠度曲线、密度曲线及失效率曲线对腐蚀环境中钢筋混凝土进行耐久性预测评估,研究结果表明:Weibull分布模型可有效描述钢筋混凝土在复合盐溶液中的耐久性能退化过程.钢筋混凝土在A、B、C、D复合盐溶液中的耐久性寿命分别3400d、2000d、2900d、1500d.钢筋混凝土在复合盐溶液中的损伤劣化属于耗损型失效.在腐蚀离子综合作用下,钢筋混凝土对NaCl的敏感性高于MgSO_(4),NaCl是影响钢筋混凝土耐久性寿命最主要的因素,复合盐浓度增加10倍,其耐久性寿命缩短至基准溶液寿命的1/2以下.复合盐溶液中,钢筋腐蚀产物是Fe(OH)_(2)、Fe3O4和Fe_(2)O_(3)等的集合体,呈堆积状、颗粒状、层片状,复合盐溶液浓度越高,钢筋腐蚀产物越致密.

关键词：钢筋混凝土 Weibull分布寿命预测耐久性可靠度失效率复合盐溶液

基于3参数Weibull分布钢筋混凝土盐腐蚀环境中可靠性寿命分析

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工程科学学报 2021年第4期43卷 512-520页

作者：路承功魏智强乔宏霞李刊兰州理工大学土木工程学院兰州730050 兰州理工大学理学院兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050

为研究钢筋混凝土在耦合盐环境中的腐蚀劣化规律及寿命分布,将钢筋混凝土试件置于0.32 mol·L^(−1) NaCl和0.4 mol·L^(−1) MgSO_(4)盐溶液中,利用电化学工作站定期无损检测,以极化曲线、交流阻抗图谱及电化学参数指标进行耐久性分析,选... 详细信息

为研究钢筋混凝土在耦合盐环境中的腐蚀劣化规律及寿命分布,将钢筋混凝土试件置于0.32 mol·L^(−1) NaCl和0.4 mol·L^(−1) MgSO_(4)盐溶液中,利用电化学工作站定期无损检测,以极化曲线、交流阻抗图谱及电化学参数指标进行耐久性分析,选择3参数Weibull进行可靠性建模,通过Anderson-Darling法(A-D)进行先验假设检验,采用相关系数优化法(CCOM)、极大似然法(MLM)及矩估计法(MEM)进行参数估计,综合可靠度曲线、密度曲线、失效率曲线对钢筋混凝土在氯盐、硫酸盐、镁盐腐蚀环境中的寿命进行分析,研究结果表明:腐蚀离子综合作用下,极化曲线逐渐向腐蚀电流密度增大和负电位方向移动,交流阻抗图谱不断左移并向阻抗实部收缩,钢筋锈蚀发生的阻力逐渐减小,概率逐渐增大.可靠性寿命曲线初期保持不变,后期加速下降,密度曲线呈单峰对称状,失效率曲线初始基本保持不变,后期线性增加.3种参数估计方法中,CCOM和MLM参数估计值相近且稳定准确,所得可靠性寿命曲线相似,MEM参数估计值误差较大,对于钢筋混凝土加速试验得到的小样本失效数据建议用CCOM和MLM进行参数估计,并进行可靠性寿命分析.C35钢筋混凝土在硫酸镁及氯化钠腐蚀环境中的可靠性寿命周期约为760 d.

关键词：钢筋混凝土 3参数Weibull 可靠性寿命极大似然法相关系数优化法矩估计