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海水海砂混凝土研究进展

硅酸盐通报 2022年第5期41卷 1483-1493页

作者：关国浩王学志贺晶晶辽宁工业大学土木建筑工程学院锦州121001 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司西安710100

利用海水海砂替代淡水河砂制备混凝土不但能缓解土木工程行业对资源的消耗,而且对于沿海城市及远海岛礁建设而言,就地取材节约了大量的运输成本和时间成本,因此,对于海水海砂资源化利用的研究变得尤为重要。以海水海砂混凝土为研究对象... 详细信息

利用海水海砂替代淡水河砂制备混凝土不但能缓解土木工程行业对资源的消耗,而且对于沿海城市及远海岛礁建设而言,就地取材节约了大量的运输成本和时间成本,因此,对于海水海砂资源化利用的研究变得尤为重要。以海水海砂混凝土为研究对象,通过对比国内外学者对海水海砂特性的研究,综合分析了海水海砂混凝土力学性能以及干湿循环和冻融循环下耐久性能以及海水海砂混凝土与纤维增强聚合物(FRP)筋组合结构粘结性能的发展规律。最后对目前海水海砂混凝土研究成果进行了总结,并对未来的研究内容提出了建议。

关键词：海水海砂混凝土力学性能干湿循环冻融循环 FRP筋侵蚀机理

环氧基GFRP筋在海水海砂混凝土孔溶液环境下的损伤演化试验与模型研究

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土木工程学报 2022年第9期55卷 25-41页

作者：赵齐张大旭赵晓林王文华上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240 香港理工大学中国香港999077

为研究环氧基玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液环境下的损伤演化机理与性能退化规律,对其进行溶液浸泡加速腐蚀、静力拉伸、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和能谱仪(EDS)等检测试验,并与相同基体... 详细信息

为研究环氧基玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液环境下的损伤演化机理与性能退化规律,对其进行溶液浸泡加速腐蚀、静力拉伸、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和能谱仪(EDS)等检测试验,并与相同基体的碳纤维增强聚合物(CFRP)筋进行对比分析,得到环氧基G/CFRP筋在SWSSC孔溶液中的强度和弹性模量的退化规律,对比G/CFRP筋腐蚀损伤机理,提出基于氢氧根离子蚀刻速率的损伤演化理论公式,并建立相应有限元模型。结果表明:环氧基G/CFRP筋的抗拉强度随浸泡时间和孔溶液温度的增加而降低,当FRP筋的强度保留率高于80%时,其弹性模量的保留率在95%以上;环氧基GFRP筋的腐蚀损伤主要由环氧基体交联结构的水解、界面相的失效以及玻璃纤维蚀刻引起,而环氧基CFRP筋主要发生基体和界面相的破坏,碳纤维不受腐蚀。基于氢氧根蚀刻速率的损伤模型能够较准确地预测FRP筋在SWSSC孔溶液环境下的蚀刻深度和抗拉强度。

关键词： FRP复合材料海水海砂混凝土加速腐蚀损伤机理数值模拟

辅助性胶凝材料对海水海砂混凝土碱硅酸反应特性的影响

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硅酸盐学报 2023年第11期51卷 2955-2965页

作者：王德辉张奇志龚青南罗素蓉福州大学土木工程学院福州350116

近些年,海水海砂混凝土的特性是一个研究热点,鲜有人关注海水海砂混凝土的碱硅酸反应。为了阐明辅助性胶凝材料对海水海砂混凝土碱硅酸反应特性的影响,采用单一质心法设计了水泥-偏高岭土-粉煤灰-矿粉四元胶凝材料,研究辅助性胶凝材料... 详细信息

近些年,海水海砂混凝土的特性是一个研究热点,鲜有人关注海水海砂混凝土的碱硅酸反应。为了阐明辅助性胶凝材料对海水海砂混凝土碱硅酸反应特性的影响,采用单一质心法设计了水泥-偏高岭土-粉煤灰-矿粉四元胶凝材料,研究辅助性胶凝材料对海水海砂混凝土的碱硅酸反应(Alkali-silica reaction-ASR)产物、孔结构、孔溶液pH值和碱离子含量、膨胀率的影响。结果表明:海水海砂混凝土碱硅酸反应的非晶态产物ASR-P1(K_(0.52)Ca_(1.16)Si_(4)O_(8)(OH)_(2.84)·1.5H_(2)O)和晶态产物Na-shlykovite(NaCaSi_(4)O_(8)(OH)_(3)·2.3H_(2)O)的含量与其辅助性胶凝材料中活性SiO_(2)、Al2O_(3)含量成反比。在不同胶凝材料组成下,25%偏高岭土+25%粉煤灰+50%水泥制备浆体的pH值最低,Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)含量最小,ASR-P1和Na-shlykovite含量最低,孔隙率最大,有害孔和多害孔含量最低,14 d和28 d膨胀率均为最小。本研究可为海水海砂混凝土的胶凝材料组成设计提供理论参考,并提高海洋工程海水海砂混凝土结构的使用寿命。

关键词：海水海砂混凝土碱硅酸反应无定形产物结晶型产物膨胀率

海水海砂混凝土中氧气扩散及对钢筋锈蚀影响研究

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海水海砂混凝土中氧气扩散及对钢筋锈蚀影响研究

作者：高源青岛理工大学

学位级别：硕士

随着我国海洋开发战略实施,港口、码头、岛礁等重大基础设施建设日益增多。若能就地取材,以丰富的海砂和海水资源取代传统的河砂和淡水制备海工混凝土,具有明显的社会经济效益。然而,海水和海砂中含有大量的氯离子等侵蚀性介质,易诱导... 详细信息

随着我国海洋开发战略实施,港口、码头、岛礁等重大基础设施建设日益增多。若能就地取材,以丰富的海砂和海水资源取代传统的河砂和淡水制备海工混凝土,具有明显的社会经济效益。然而,海水和海砂中含有大量的氯离子等侵蚀性介质,易诱导钢筋脱钝锈蚀,限制了海水海砂混凝土在结构中的应用。作为钢筋发生锈蚀的必要条件,氧气在混凝土中的扩散与传输是氯盐环境下影响混凝土结构中钢筋诱蚀的重要因素。因此,研究海水海砂混凝土中的氧气扩散规律,及其对混凝土中钢筋锈蚀的影响是安全利用海水海砂混凝土的前提。本课题以海水和海砂代替淡水和河砂为主要原材料制备混凝土,研究了海水海砂混凝土的氧气扩散规律,以及氧扩散对海水海砂混凝土中钢筋锈蚀的影响,具体研究内容及主要结论如下:(1)制备不同强度等级的海水海砂混凝土,对其进行孔结构分析和氧气扩散试验,以研究孔隙率、孔径分布和混凝土内部相对湿度等因素对海水海砂混凝土中氧扩散的影响。研究结果表明:海水海砂混凝土孔隙率与最可几孔径均随水胶比的增大而增大,当水胶比从0.18增加至0.48时,孔隙率增大了5.1倍,最可几孔径从13.7 nm增加到32.4 nm;海水海砂混凝土的氧气扩散系数随着其水胶比的增大而增大,随着其内部相对湿度的增大而减小,当混凝土的内部相对湿度从12%增加至88%时,其氧气扩散系数可减小几十倍。(2)制备不同强度等级的海水海砂砂浆丝束电极,将其放入不同氧浓度的密闭环境中自然腐蚀,通过砂浆中丝束电极的腐蚀电位、电流分布和电化学阻抗谱随腐蚀时间演变分析,研究自然腐蚀条件下海水海砂砂浆保护下钢筋的锈蚀过程与锈蚀机理,以及氧浓度对海水海砂砂浆中钢筋锈蚀的影响规律。研究结果表明:利用丝束电极技术可以直观的表征海水海砂砂浆中钢筋非均匀行为及锈蚀发展,其锈蚀过程是一个由局部到全面逐步氧化,局部阳极区形成、扩展的非均匀过程;砂浆中高浓度氯离子及砂浆-钢筋界面区的氧气可驱动钢筋发生氧化,随着氧气供应不足、阳极区会逐步消失并使得钢筋重新处于钝化状态,而持续供氧会使得阳极区逐步扩展。(3)使用内贴应变片空心钢筋和带孔空心钢筋制备海水海砂钢筋混凝土试件。在不同的氧浓度环境中,对不同强度等级的海水海砂混凝土试件进行恒电位加速腐蚀,通过宏微观腐蚀形貌、腐蚀电流演变、锈胀开裂时间、锈胀应力应变分析等,研究氧扩散对海水海砂混凝土中钢筋锈蚀的影响。研究结果表明:钢筋腐蚀电流呈现先减小后增大再减小的明显趋势,钢筋环向应变与锈胀力呈现先增大,后减小的趋势。环境中氧气浓度越高、混凝土强度越低,钢筋的腐蚀速率越快,试件开裂所需时间越短;低氧和大气环境下,海水海砂混凝土中钢筋的锈蚀产物以针铁矿(α-Fe O(OH))、四方纤铁矿(β-Fe O(OH))和磁铁矿FeO为主,其微观形貌多为致密的块状结构;高氧环境下,锈蚀产物以针铁矿(α-Fe O(OH))、四方纤铁矿(β-Fe O(OH))和赤铁矿FeO为主,其微观形貌多为瓣片状、粒状等,结构较为疏松。

关键词：海水海砂混凝土氧气扩散钢筋锈蚀锈胀应力锈蚀产物

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海水海砂混凝土的渗透性能及影响因素研究

海水海砂混凝土的渗透性能及影响因素研究

作者：刘家瑛深圳大学

学位级别：硕士

随着海洋强国战略的实施及淡水资源的紧缺,海水和海砂已经逐渐应用在混凝土中,沿海城市用海水、海砂取代淡水、河砂制备混凝土,不仅可以降低成本而且可以有效的解决自然资源匮乏引起的环境污染等问题,并且有利于可持续发展。但由于海水... 详细信息

随着海洋强国战略的实施及淡水资源的紧缺,海水和海砂已经逐渐应用在混凝土中,沿海城市用海水、海砂取代淡水、河砂制备混凝土,不仅可以降低成本而且可以有效的解决自然资源匮乏引起的环境污染等问题,并且有利于可持续发展。但由于海水和海砂,尤其是海水中含有大量的氯离子,会对混凝土的耐久性造成严重的影响,甚至还会导致钢筋锈蚀继而减少其使用寿命,不利于实际工程中的应用。众所周知,混凝土的渗透性能与其耐久性能息息相关,因此,针对海水海砂混凝土的渗透性能开展研究具有非常重要的现实意义。此外,LC作为一种新型材料,不仅可以减少碳排放还有利于优化混凝土的耐久性能,尤其是渗透性能。本文使用海水、海砂作为原材料制备了海水海砂混凝土,对其抗水渗透性能、毛细吸水性能进行了研究,通过改进后的RIM方法探索了海水海砂混凝土的碘离子渗透性能,建立了外渗法,通过外渗法探索了海水海砂混凝土的氯离子浸出规律,建立了海水海砂混凝土的氯离子扩散解析模型,并计算出氯离子扩散系数。此外,还通过扫描电子显微镜测试、X射线衍射测试、热重分析与差热分析测试、X射线荧光光谱测试、压汞测试对海水海砂混凝土的微观形貌演变、孔结构发展、物相组成变化进行了一系列研究,具体研究内容如下:（1）通过抗水渗透试验研究了水灰比、辅助胶凝材料（粉煤灰和LC）、养护龄期对海水海砂混凝土抗水渗透性能影响,分析了混凝土抗压强度与海水海砂混凝土渗水深度之间的关系。研究结果表明,随着水灰比的降低和养护龄期的增长,混凝土基体的C-S-H凝胶越来越多,抗水渗透性能随之提高。粉煤灰的加入,使海水海砂混凝土抗水渗透性能整体呈下降的趋势。而LC的加入显著降低了大孔比例,提高了海水海砂混凝土的抗水渗透性能。尤其是当LC掺量为25%时,在28 d、56 d、120 d养护龄期下渗水深度分别降低55.81%、51.08%、48.91%。（2）通过毛细吸水试验探索了海水海砂混凝土的毛细吸水性能,利用数据回归分析方法,探索了混凝土毛细吸水量、时间平方根、水灰比/粉煤灰掺量三者之间的关系。研究结果显示,在晚龄期,随着粉煤灰和LC的加入,海水海砂混凝土的毛细吸水能力降低。此外,海水海砂混凝土的毛细吸水量、时间平方根、水灰比/粉煤灰掺量三组之间具有良好的非线性函数关系,且相关系数均大于0.99。（3）根据离子浓度梯度转换机理,建立了外渗法和适用于外渗法的装置,提出了适用于外渗法的氯离子扩散解析模型,并计算出了海水海砂混凝土的氯离子扩散系数。研究结果显示,海水海砂混凝土的氯离子浸出量随着浸泡时间的延长,氯离子浓度变化率逐渐减小,20-35 d明显降低,且均为0-20 d的50%左右。当粉煤灰和LC掺量为25%时,有效抑制了海水海砂混凝土的浸出行为,而当粉煤灰和LC掺量为45%时,却促进了氯离子的浸出。此外,基于外渗法提出的氯离子扩散解析模型可以准确计算出海水海砂混凝土的氯离子扩散系数,粉煤灰和LC的加入有效降低了海水海砂混凝土的氯离子扩散系数。（4）使用改进后的RIM方法研究了水灰比、矿物掺合料种类和替代率、抗压强度对海水海砂混凝土碘离子扩散系数的影响。研究结果表明,使用Ag NO溶液作为指示剂鉴定样品的渗透边界线与样品表面元素分布情况完全一致。低质量分数的碘化钠溶液不会改变混凝土的碘离子扩散系数,而且使用5 wt%的碘化钠溶液使试验成本降低了77.46%。使用辅助胶凝材料替代水泥,如粉煤灰和LC显著改善了海水海砂混凝土的碘离子渗透性能,尤其是LC的作用更加明显。（5）研究了不同影响因素下海水海砂混凝土的微观形貌、孔结构特征、物相组成,并且根据数据回归分析建立了海水海砂混凝土孔结构的分型预测模型。结果显示,海水和海砂细化了混凝土的孔径,粉煤灰和LC显著改善了海水海砂混凝土的孔径分布,尤其是过渡孔比例提高到了89.68%。根据微观测试结果显示,海水和海砂的加入使混凝土基体生成了更多的C-S-H凝胶,从而使基体更加密实。此外,建立的分型预测模型可以准确的计算出海水海砂混凝土的分形维数,从而预测其孔结构特征。

关键词：海水海砂混凝土渗透性能氯离子 RIM 煅烧黏土

海水海砂混凝土无尺寸效应拉伸强度与断裂韧度的确定

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哈尔滨工业大学学报 2023年第10期55卷 82-92页

作者：于淼杨树桐袁源杨松中国海洋大学工程学院山东青岛266100 青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心山东青岛266033

海水海砂混凝土(seawater sea sand,SSC)在岛礁和临海工程建设中有广阔的应用空间。海洋环境下,混凝土容易开裂,严重影响结构耐久性。为确保该新型混凝土在海洋环境下的安全服役,对SSC的断裂力学性能研究以及断裂参数的合理确定至关重... 详细信息

海水海砂混凝土(seawater sea sand,SSC)在岛礁和临海工程建设中有广阔的应用空间。海洋环境下,混凝土容易开裂,严重影响结构耐久性。为确保该新型混凝土在海洋环境下的安全服役,对SSC的断裂力学性能研究以及断裂参数的合理确定至关重要。然而采用传统方法,基于线弹性断裂理论确定的断裂参数,由于未考虑材料非均匀性的影响,不可避免存在尺寸效应。鉴于此,本文利用基于边界效应的非线性断裂理论,考虑材料的非连续性与非均匀性,确定SSC的真实断裂参数。配制最大骨料粒径d max为10和20 mm的海水海砂混凝土,分别进行高度为100和200 mm的三点弯曲梁试验,初始缝高比为0.1~0.7;并用淡水、河砂等质量替代海水、海砂配制普通混凝土(ordinary Portland cement,OPC)作为对照组进行试验。基于边界效应模型,通过引入混凝土平均骨料粒径,得到了SSC的真实无尺寸效应拉伸强度f_(t)及断裂韧度K_(IC),进而结合正态分布分析确定两断裂参数的均值以及具有95%保证率的上下限值,并利用得到的拉伸强度成功预测任意尺寸条件下SSC试件的极限荷载。结果表明:相同骨料级配下,与普通混凝土相比,海水海砂混凝土断裂截面上骨料断裂的比例更高,SSC的拉伸强度及断裂韧度高于OPC;随着最大骨料粒径的增大,SSC和OPC骨料断裂的比例均减小,其断裂韧度K_(IC)均增加,f_(t)降低。所提模型及相关结果可为海水海砂混凝土实际工程设计提供参考。

关键词：海水海砂混凝土边界效应非线性断裂力学断裂韧度拉伸强度

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涂塑钢管海水海砂混凝土构件受弯性能研究

建筑钢结构进展 2023年第9期25卷 12-19,72页

作者：叶勇姜航余林康华侨大学土木工程学院福建厦门361021 华侨大学福建省结构工程与防灾重点实验室福建厦门361021

将海水海砂混凝土填入涂塑钢管,利用内涂塑层防止氯盐腐蚀钢管,可实现海水海砂混凝土在结构工程中的合理利用,但涂塑层对组合构件力学性能的影响尚不明确。为探究涂塑钢管海水海砂混凝土构件的受弯性能,明晰涂塑层对构件承载变形能力的... 详细信息

将海水海砂混凝土填入涂塑钢管,利用内涂塑层防止氯盐腐蚀钢管,可实现海水海砂混凝土在结构工程中的合理利用,但涂塑层对组合构件力学性能的影响尚不明确。为探究涂塑钢管海水海砂混凝土构件的受弯性能,明晰涂塑层对构件承载变形能力的影响,进行了12根试件的弯曲加载试验,主要参数为海水海砂混凝土强度。研究结果表明,涂塑层对受弯构件破坏形态和受力性能的影响不显著。涂塑钢管海水海砂混凝土受弯构件的破坏形态与传统钢管混凝土的破坏形态相似,均为钢管受压区发生压曲、受拉区达到屈服,核心混凝土产生均匀分布的多条裂缝,整体构件表现出良好的承载能力和变形能力。随着海水海砂混凝土强度的提高,组合构件的受弯承载力随之提高。利用现有钢管混凝土的相关规范可较好地预测涂塑钢管海水海砂混凝土构件的受弯承载力。

关键词：海水海砂混凝土涂塑钢管受弯性能承载力组合作用

超弹性SMA筋增强海水海砂混凝土梁抗剪性能试验研究

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工程力学 2023年

作者：钱辉董福明邱培凡李宗翱郑州大学水利与土木工程学院

本文在梁中使用超弹性SMA筋替代普通钢筋，海水海砂替代淡水河砂，通过试验研究了超弹性SMA筋增强海水海砂混凝土梁的抗剪性能。设计并制作了四根试件，进行了单向循环加载试验，采用DIC设备进行辅助监测。根据试验结果绘制荷载-挠度曲... 详细信息

本文在梁中使用超弹性SMA筋替代普通钢筋，海水海砂替代淡水河砂，通过试验研究了超弹性SMA筋增强海水海砂混凝土梁的抗剪性能。设计并制作了四根试件，进行了单向循环加载试验，采用DIC设备进行辅助监测。根据试验结果绘制荷载-挠度曲线图、刚度退化曲线图等，对比分析了各个试件的破坏特征、抗剪承载力、自复位能力、剪切延性等性能。结果表明，使用SMA筋材替代普通钢筋，提高了试件抗剪承载力和延性，减缓了试件刚度的退化，增强了梁的自复位能力，其中SMA箍筋比SMA纵筋增强抗剪作用更为显著；剪跨比增大，其试件的抗剪承载力和延性会降低，加快刚度退化的速率。

关键词：防灾减灾抗剪性能单调循环加载试验形状记忆合金海水海砂混凝土

海水环境下GFRP筋-海水海砂混凝土黏结行为演化规律

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中国塑料 2022年第12期36卷 92-99页

作者：金清平周典胡岩磊武汉科技大学城市建设学院武汉430081

为研究海水环境下GFRP筋与海水海砂混凝土的黏结行为,设计并测试了54个GFRP筋-海水海砂混凝土中心拉拔试件,采用温度加速实验,研究清水和海水环境腐蚀后试件黏结强度的变化,并分析了试件的黏结滑移曲线上升段。结果表明,海水温度的升高... 详细信息

为研究海水环境下GFRP筋与海水海砂混凝土的黏结行为,设计并测试了54个GFRP筋-海水海砂混凝土中心拉拔试件,采用温度加速实验,研究清水和海水环境腐蚀后试件黏结强度的变化,并分析了试件的黏结滑移曲线上升段。结果表明,海水温度的升高加速了GFRP筋-海水海砂混凝土试件黏结强度的退化,在相同浸泡条件下,60℃的黏结强度相较于10℃降低了15%左右;海水环境对试件黏结强度的影响略大于清水环境。分别使用BPE模型、CMR模型和Malvar模型对试件黏结滑移曲线上升段进行分析,结果表明,海水环境下GFRP筋-海水海砂混凝土黏结滑移曲线上升段宜采用Malvar模型。最后根据TSF寿命预测法得出,在20℃海水环境下,GFRP筋-海水海砂混凝土试件使用100年后的黏结强度保留率为65.58%。

关键词：玻璃纤维增强塑料筋海水海砂混凝土海水环境黏结滑移曲线寿命预测