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人工智能时代混凝土结构耐久性诊断研究进展

建筑结构学报 2024年第2期45卷 1-13页

作者：罗大明李凡牛荻涛西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

受服役环境的影响,混凝土结构普遍存在性能劣化严重、耐久性不足等问题。对在役混凝土结构进行诊断,准确识别混凝土结构损伤特征,高效评估其服役寿命,已成为保障混凝土结构服役安全的重大需求。以人工检测、传感器监测为主的诊断方法效... 详细信息

受服役环境的影响,混凝土结构普遍存在性能劣化严重、耐久性不足等问题。对在役混凝土结构进行诊断,准确识别混凝土结构损伤特征,高效评估其服役寿命,已成为保障混凝土结构服役安全的重大需求。以人工检测、传感器监测为主的诊断方法效率低下、准确性较差,难以满足实际工程结构服役安全科学诊断的要求。人工智能可为各领域研究与应用提供创新驱动力,与混凝土结构耐久性诊断技术深度融合,为混凝土结构全寿命周期的智慧运维提供新的方法。通过分析传统混凝土结构耐久性诊断技术的不足与人工智能技术的优势,从混凝土结构耐久性损伤智能感知、耐久性演化智能预测和耐久性状态智能评估等三个方面总结了人工智能在混凝土结构耐久性诊断中的应用。结果显示:人工智能技术为混凝土耐久性损伤检测与监测提供了新思路,结合传统混凝土材料损伤劣化理论,形成混凝土耐久性劣化进程与服役寿命智能预测方法,建立混凝土结构耐久性智能诊断体系,将是未来结构工程领域的重要发展方向。

关键词：混凝土结构深度学习损伤检测智能诊断寿命预测

热湿环境下CO_(2)-SO_(2)耦合侵蚀水泥基材料的中性化机理及预测模型

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 545-554页

作者：牛荻涛曹志远吕瑶西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 省部共建绿色建筑国家重点实验室/西安建筑科技大学西安710055

为探究工业环境中水泥基材料耐久性损伤机理,开展了热湿环境CO_(2)-SO_(2)耦合侵蚀下净浆、砂浆和混凝土的中性化试验,并采用核磁共振和电化学阻抗谱等测试方法分析了水泥基材料的孔结构及孔溶液变化,建立了水泥基材料的中性化深度预测... 详细信息

为探究工业环境中水泥基材料耐久性损伤机理,开展了热湿环境CO_(2)-SO_(2)耦合侵蚀下净浆、砂浆和混凝土的中性化试验,并采用核磁共振和电化学阻抗谱等测试方法分析了水泥基材料的孔结构及孔溶液变化,建立了水泥基材料的中性化深度预测模型。结果表明:腐蚀循环前期(0~2次),反应以碳化为主。中期(2~7次),由于CaCO_(3)填充试样的孔隙,使得碳化反应速率减缓。同时SO_(2)与混凝土水化产物发生反应,水化硅酸钙(C-S-H)凝胶脱钙,同时生含结晶水的膨胀产物CaSO_(3)和CaSO_(4),导致有害孔逐渐增加,试样表层产生膨胀裂缝。后期(7~14次),SO_(2)持续腐蚀C-S-H凝胶等水化产物,混凝土孔隙率增大,碳化反应速度加快。

关键词：工业环境水泥基材料中性化机理中性化深度预测模型

部分浸泡再生混凝土复合盐侵蚀微观特征与损伤演化

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材料导报 2024年第16期38卷 133-144页

作者：王家滨车志豪侯泽宇范一杰牛荻涛西安工业大学建筑工程学院西安710021 西部绿色建筑国家重点实验室(西安建筑科技大学) 西安710055 西安市军民两用土木工程测试技术与毁损分析重点实验室(西安工业大学) 西安710021

为了研究部分掩埋、部分暴露于空气中的再生混凝土结构构件受复合盐侵蚀后的微观结构特征与耐久性损伤机制,以7.5%MgSO_(4)-7.5%Na 2SO_(4)-5%NaCl(质量分数)复合盐溶液模拟西北地区区域土壤与地下水环境,采用部分浸泡法,开展再生混凝... 详细信息

为了研究部分掩埋、部分暴露于空气中的再生混凝土结构构件受复合盐侵蚀后的微观结构特征与耐久性损伤机制,以7.5%MgSO_(4)-7.5%Na 2SO_(4)-5%NaCl(质量分数)复合盐溶液模拟西北地区区域土壤与地下水环境,采用部分浸泡法,开展再生混凝土复合盐侵蚀耐久性实验。测试表观形貌、质量、相对动弹性模量等宏观指标,研究再生混凝土复合盐侵蚀耐久性退化规律;采用X射线衍射、红外光谱及综合热分析法,表征侵蚀再生混凝土的物相组成及其含量,分析部分浸泡再生混凝土复合盐侵蚀微观结构特征;使用扫描电镜与X射线能谱仪,观察侵蚀再生混凝土的微观形貌与微区元素组成,揭示部分浸泡再生混凝土复合盐的侵蚀损伤演化机制。结果表明:相对动弹性模量沿试件高度变化明显,区域3—6相对动弹性模量相对稳定,区域7—8降至最低后快速上升,在区域11—12回归至100%。部分浸泡再生混凝土由下至上分为毛细孔饱和区、气-液两相界面区、水分传输区和干燥区。随着浸泡时间延长,毛细孔饱和区侵蚀方式从化学侵蚀转变为以化学侵蚀为主,兼具物理破坏;气-液两相界面区损伤由化学侵蚀-物理破坏共同控制变为以物理破坏为主,兼具化学侵蚀;水分传输区由无损伤向化学侵蚀-物理破坏共同作用过渡。

关键词：再生混凝土复合盐侵蚀部分浸泡微观特征损伤机制

Damage Evolution of Concrete under the Actions of Stray Current and Sulphate

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2021年第4期36卷 578-587页

作者： ZHANG Lu WEN Bo niu ditao JI Zhiyuan Department of Civil Engineering Xi'an University of Architecture&TechnologyXi'an 710055China State Key Laboratory of Green Building in Western China Department of Civil EngineeringXi'an University of Architecture&TechnologyXi'an 710055China

Based on the mechanism of stray current generation in underground structures,the concrete durability test device for stray current and sulphate in typical soil environment was designed to study the damage of concrete under the action of stray current and *** deterioration law of concrete under the action of stray current and sulphate was studied by microscopic techniques such as scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD).The microstructure of corroded concrete was observed to determine the phase composition of erosion *** damage performances such as quality,strength,and dynamic elastic mode of corroded concrete were *** experimental results show that,under the action of stray current,the products of sulfate-eroded concrete are mainly gypsum,ettringite,and thaumasite;the stray current accelerates the hydration process of cement and the erosion of concrete by sulfate;when the concrete pores are filled with the erosion product,there is an increase of approximately 10% in the concrete compressive strength and dynamic elastic modulus;and the concrete compressive strength is more sensitive to the stray current electrification period than the current intensity.

关键词： Damage Evolution of Concrete under the Actions of Stray Current and Sulphate

Influence of freeze-thaw damage gradient on stress-strain relationship of stressed concrete

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Frontiers of Structural and Civil Engineering 2023年第9期17卷 1326-1340页

作者： Xiguang LIU Yongjie LEI Yihao SUN Jiali ZHOU ditao niu College of Civil Engineering Xi’an University of Architecture&TechnologyXi’an 710055China Institute for Interdisciplinary Innovation Research Xi’an 710055China Shaanxi Construction Engineering Group Co. Ltd.Xi’an 710055China XAUAT Engineering Technology Co.Ltd.Xi’an 710055China

Freeze-thaw damage gradients lead to non-uniform degradation of concrete mechanical properties at different depths.A study was conducted on the stress-strain relationship of stressed concrete with focus on the freeze-thaw damage *** effects of relative freeze-thaw depths,number of freeze-thaw cycles(FTCs)and stress ratios on the stress-strain curves of concrete were *** test results demonstrated that freeze-thaw damage was more severe in the surface layers of concrete than in the deeper *** relative peak stress and strain of concrete degraded bilinearly with increasing *** stress-strain relationship of stressed concrete under FTC was established,and it was found to agree with the experimental results.

关键词： freeze-thaw damage stress ratios stress-strain relationship damage variable

Hydration Characteristics and Microstructure of Alkali-Activated Slag Concrete: A Review

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Engineering 2023年第1期20卷 162-179页

作者： Qiang Fu Mengxin Bu Zhaorui Zhang Wenrui Xu Qiang Yuan ditao niu School of Civil Engineering Xi’an University of Architecture and TechnologyXi’an 710055China State Key Laboratory of Green Building in Western China Xi’an University of Architecture and TechnologyXi’an 710055China School of Civil Engineering Central South UniversityChangsha 410075China

Alkali-activated slag concrete (AASC) is a new green building material. The amount of CO_(2) produced by AASC is 1/5th of that produced by ordinary Portland cement concrete (OPCC). In addition, AASC promotes the reuse of slag and other wastes and saves resources. Furthermore, the scope of use of slag has been expanded. The progress of the research on the hydration characteristics, microstructure, interfacial transition zone, and pore structure of AASC based on the relevant literatures was analyzed and summarized in this study. The influences of the slag composition, the type and dosage of the alkali activator, and the curing conditions on the hydration characteristics and the microstructure of the AASC were discussed. Relatively few research results on the microstructure of AASC are available, and the relevant conclusions are not completely consistent. Moreover, there are many constraints on the development of AASC (e.g., complex composition of raw materials of slag, large shrinkage deformation, and low fluidity). Therefore, further research is required.

关键词： Alkali-activated slag concrete Hydration characteristics Pore structure Inter facial transiti on zone Micr ostructure

工业环境SO_(2)腐蚀混凝土损伤本构模型研究

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工业建筑 2024年第8期54卷 96-103页

作者：牛荻涛吴鸿渠黄杰吕瑶杨瑞希西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 西安建筑科技大学绿色建筑全国重点实验室西安710055

为研究工业环境SO2腐蚀混凝土的应力-应变特征,揭示SO2腐蚀混凝土力学性能损伤规律,开展了工业SO2环境混凝土腐蚀试验,分析了水胶比(0.37、0.47、0.57)、粉煤灰掺量(0%、10%、20%)和不同腐蚀循环次数对混凝土损伤层厚度、应力-应变曲线... 详细信息

为研究工业环境SO2腐蚀混凝土的应力-应变特征,揭示SO2腐蚀混凝土力学性能损伤规律,开展了工业SO2环境混凝土腐蚀试验,分析了水胶比(0.37、0.47、0.57)、粉煤灰掺量(0%、10%、20%)和不同腐蚀循环次数对混凝土损伤层厚度、应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变及弹性模量的影响。基于损伤力学理论,建立工业环境SO2腐蚀混凝土单轴压缩损伤本构模型。结果表明:混凝土损伤层厚度随着SO2循环次数的增加而增大,变化规律符合指数函数关系;SO2腐蚀后混凝土试件的峰值应力下降,峰值应变增加,弹性模量下降,曲线下降段变陡峭,变形能力降低,表现出明显脆性破坏特征。掺加粉煤灰可以减缓SO2腐蚀损伤速率,提高混凝土抵抗SO2腐蚀的能力。

关键词：混凝土工业环境 SO2腐蚀损伤层厚度损伤本构模型

Effects of Mineral Admixtures on Chloride Diffusion in Environment-Friendly Coral Aggregate Concrete

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Journal of Renewable Materials 2022年第12期10卷 3477-3489页

作者： Daguan Huang ditao niu Li Su Hao Zheng Qiang Fu Yunhe Liu School of Civil Engineering and Architecture Xian University of TechnologyXian710048China College of Civil Engineering Xian University of Architecture&TechnologyXian710055China School of Civil Engineering Lanzhou University of TechnologyLanzhou730050China

Coral materials can replace concrete aggregates and achieve material self sufficiency for reducing the construction costs of island *** paper studies the effects of different mineral admixtures on the properties of coral aggregate concrete(CAC).The chloride concentration of CAC after different erosion times is measured using the potentiometric method,and the porosity of the CAC is ca lculated using thermogravimetric and drying *** chloride concentration of the CAC presents a two-phases dis *** peak chloride concentration fol-lowed a power function,increasing with the erosion *** chloride diffusion coefficient of CAC is 7.9%-37.5%larger than that of ordinary aggregate concrete,and the addition of 15% fly ash and 5%silica fume can significantly reduce the chloride diffusion coefficient,with a maximum reduction of 45.0%.The porosity obtained via the thermogravimetric and drying methods is well *** porosity has a strong negative correlation with the compressive strength and a strong positive correlation with the chloride diffusion coefficient.

关键词： Tidal zone coral aggregate concrete chloride diffusion behavior porosity correlation analysis

部分浸泡再生混凝土Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)复合盐侵蚀耐久性损伤特征与机制

维普期刊数据库评论

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材料导报 2024年第1期38卷 79-91页

作者：王家滨范一杰牛荻涛王宇张凯峰西安工业大学建筑工程学院西安710021 西安建筑科技大学绿色建筑全国重点实验室西安710055 西安工业大学西安市军民两用土木工程测试技术与毁损分析重点实验室西安710021 中建西部建设北方有限公司西安710065

为系统研究与揭示西北地区部分掩埋再生混凝土(RAC)结构耐久性损伤特征与机制,以浓度为20%的复合盐溶液为侵蚀介质,开展了14种掺辅助胶凝材料RAC部分浸泡于复合盐溶液的耐久性试验,综合分析RAC动弹性模量、宏观与微观形貌、侵蚀产物物... 详细信息

为系统研究与揭示西北地区部分掩埋再生混凝土(RAC)结构耐久性损伤特征与机制,以浓度为20%的复合盐溶液为侵蚀介质,开展了14种掺辅助胶凝材料RAC部分浸泡于复合盐溶液的耐久性试验,综合分析RAC动弹性模量、宏观与微观形貌、侵蚀产物物相组成与相对含量的经时变化规律。部分浸泡RAC沿纵向高度分为饱和区、气-液两相界面区、水分传输区及干燥区。侵蚀初期气-液两相界面区损伤程度高于饱和区;侵蚀中后期饱和区的损伤持平或超过气-液两相界面区,水分传输区损伤初现。饱和区侵蚀状态由初期的化学侵蚀转变为中后期的化学-物理双重侵蚀,气-液两相界面区在侵蚀期间均呈现出化学-物理双重侵蚀。化学侵蚀产物为水镁石、硬石膏/石膏、钙矾石、Friedel盐及碱式氯化镁;物理结晶盐包含氯镁石、白钠镁矾、氯化钠、水合硫酸镁、Na_(2)SO_(4)及芒硝,各侵蚀产物与结晶盐的相对含量均随浸泡时间延长而改变。侵蚀后期,Na_(2)SO_(4)和芒硝相互转化使RAC物理力学性能急速退化。粉煤灰-矿渣复掺RAC抗侵蚀性能整体较好,粉煤灰-硅灰复掺最差,后者在浸泡时间180 d时抗压强度损失率高于60%。矿渣-硅灰-偏高岭土三掺RAC耐久性显著高于粉煤灰-矿渣-偏高岭土三掺,后者在侵蚀180 d时已经溃散。四掺辅助胶凝材料RAC性能衰减速度均匀,但抗侵蚀性能仍处于较低水平,相同浸泡时间下,其耐久性指标均与粉煤灰-矿渣复掺RAC差距较大。

关键词：再生混凝土 Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)侵蚀部分浸泡耐久性退化特征耐久性退化机制