2023, Vol. 40扩展功能
文章信息
- 龙关旭, 盖国晖, 袁阳光, 辛公锋, 黄平明.
- LONG Guan-xu, GAI Guo-hui, YUAN Yang-guang, XIN Gong-feng, HUANG Ping-ming
- 冰冻海域PC梁氯离子随机扩散模型及起蚀概率评估
- Chlorion Random Diffusion Model and Corrosion Initiation Probabilistic Assessment for PC Beam in Freezing-thawing Marine Environment
- 公路交通科技, 2023, 40(10): 126-136
- Journal of Highway and Transportation Research and Denelopment, 2023, 40(10): 126-136
- 10.3969/j.issn.1002-0268.2023.10.015
-
文章历史
- 收稿日期: 2023-05-08
, 2. 山东省高速公路技术和安全评估重点实验室, 山东 济南 250101;
3. 山东高速青岛公路有限公司, 山东 青岛 266061;
4. 西安建筑科技大学 土木工程学院, 陕西 西安 710055;
5. 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064
2. Shandong Provincial Key Laboratory for Expressway Technology and Safety Assessment, Ji'nan Shandong 250101, China;
3. Qingdao Highway Co., Ltd. of Shandong Hi-speed Group, Qingdao Shandong 266061, China;
4. School of Civil Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an Shaanxi 710055, China;
5. School of Highway, Chang'an University, Xi'an Shaanxi 710064, China
近年来，我国修建了多座跨海桥梁，作为主要承重构件的PC梁直面严酷的海洋氯盐环境[1]。国内外学者已对常规海洋环境下的混凝土结构耐久性展开了深入研究，但对北方高纬度地区的冰冻海洋环境关注度不足[2]。我国北方高纬度冰冻海洋环境年均气温较低，年均40~80次的冻融循环衍生了盐冻耦合问题，对混凝土结构耐久性的影响不容忽视[3]。该环境下PC梁钢筋起蚀需要经历相对漫长的过程，但一旦起蚀，钢筋锈蚀发展较快，从起蚀至保护层锈胀通常只需2~6 a。从冰冻海域PC梁精准预养护考虑，有必要对其钢筋起蚀评估方法展开深入研究。
PC梁钢筋起蚀是钢筋表面氯离子浓度积累的结果[4]。冰冻海洋环境中的PC梁混凝土为非饱和状态，氯离子传输形式为扩散与毛细对流的组合，国内外学者已经针对表层对流区深度、对流区内氯离子扩散行为及其浓度富集现象开展了大量研究[5-6]。但多数情况下，扩散仍被认为是海洋环境非饱和混凝土氯离子传输的主要方式，并可基于Fick定律构建传输模型。王展飞等[7]考虑混凝土表面氯离子浓度时变性，通过试验建立了氯离子扩散模型。彭建新等[8]考虑预应力、温度、混凝土氯离子结合能力建立了预应力混凝土的氯离子扩散模型。郭冬梅等[9]、袁利强等[10]分别总结了现有沿海混凝土桥梁及非饱和混凝土的氯离子扩散修正模型，并对各类模型进行了验证和对比分析，但上述研究对冻融循环的影响考虑较少。近年来，国内外学者就冻融损伤对氯离子传输过程的影响开展了大量研究，建立了冻融循环作用下混凝土中氯离子扩散的多相细观模拟模型[11-12]。但实际上，由于冰冻海域气候条件的复杂性，氯离子扩散过程本质上是一个非平稳的随机过程[13]。上述研究中所建立的扩散模型对随机性的考虑有待深入。尽管杨绿峰等[14]引入氯离子扩散系数及表面氯离子浓度时变函数，建立了混凝土内氯离子的随机扩散过程，但并未深入考虑氯盐和冻融循环的共同影响。
钢筋起蚀通常采用两类判据：(1) 氯离子浓度达到钝化击穿所需的阈值；(2) 氯离子与氢氧根离子浓度之比达到某一阈值。第2类判据缘于钝化击穿过程中氯离子与氢氧根离子对表面氧空位吸收的竞争机制[15]。现阶段，更多的研究中采用第1类判据，马亚丽等[16]、张建仁等[17]根据氯离子扩散模型，推导深度为保护层厚度时的起蚀时间解析表达式。该类方法简单直接，但当扩散系数修正项中包含时间参数时，很难获取起蚀时间的解析表达式。Leng等[18]开展了海洋环境下混凝土结构起蚀时变概率评估研究，明确了起蚀极限状态功能函数，但侧重点为表层对流现象，所考虑随机性的重点是氯离子峰值含量的时变特性。上述研究多聚焦常规海洋环境，对冰冻海域氯离子侵蚀与冻融同时存在的特点关注较少，有关冰冻海域PC梁氯离子随机扩散模型及起蚀概率评估的研究尚不多见。
基于上述背景，首先，明确氯离子随机扩散模型的构建方法；其次，联合室内试验与长期暴露试验，构建冰冻海域PC梁的氯离子随机扩散模型，并对模型的准确性与适用性进行验证；最后，引入基于风险函数的时变可靠性分析方法，明确钢筋起蚀目标可靠指标，构建冰冻海域PC梁钢筋起蚀时变概率评估方法。
1 氯离子随机扩散模型构建方法 1.1 非饱和混凝土氯离子经典扩散方程对冰冻海域PC梁，认为浓度梯度是传输的主要驱动力，根据Fick第二定律：
|
(1) |
式中，C为氯离子浓度；t为时间；x为距离混凝土表面的深度；D为氯离子扩散系数。考虑C (x=0, t>0)=Cs，C (x>0, t=0)=C0，经典扩散方程如式(2)所示：
|
(2) |
式中，C0为混凝土中氯离子的初始浓度；Cs为表面氯离子浓度；
混凝土内氯离子扩散系数受多种因素共同影响，具有较强的随机性及不确定性。拟在已有研究成果及经典氯离子扩散模型的基础上，根据冰冻海域PC梁的服役环境特征及受力性能，重点考虑温度、冻融循环次数、龄期、表面氯离子浓度、应力水平、胶凝材料组成等6种因素的影响，借助室内试验与长期暴露试验，构建冰冻海域PC梁氯离子确定性扩散模型，进一步对扩散模型关键参数随机性表征，构建冰冻海域PC梁氯离子随机扩散模型。
室内试验条件可控，适合于特定影响因素研究，而长期暴露试验能够反映真实扩散过程，可以规避相似性问题[20]。通过室内扩散试验，研究温度及冻融循环次数随氯离子扩散系数的影响，确定氯离子扩散系数的温度修正函数及冻融循环次数修正函数。通过不同胶凝材料组成混凝土试件的冰冻海域长期暴露试验，研究龄期及胶凝材料组成对氯离子扩散系数的影响；通过荷载作用下混凝土损伤因子与氯离子扩散系数的关系，引入氯离子扩散系数的应力状态影响函数，考虑PC梁混凝土应力状态对氯离子扩散过程的影响，具体流程见图 1。
|
| 图 1 氯离子随机扩散模型构建方法 Fig. 1 Establishment method for chlorion random diffusion model |
| |
2 室内试验 2.1 温度影响试验 2.1.1 试验参数及试件成型
考虑5种环境温度，即-5，2，10，28，40 ℃，每种温度分别成型边长10 cm的混凝土立方体试件3个。混凝土原材料信息如下：
(1) 水泥：P·I 52.5水泥，初始氯离子含量0.019%。
(2) 粗骨料：5~10 mm及10~20 mm组合级配，含泥量0.3%。
(3) 细骨料：表观密度2 600 kg/m3，含泥量1.0%，细度模数2.9。
(4) 减水剂：巴斯夫RHEOPLUS 326缓凝高效减水剂，减水率25%。
(5) 引气剂：巴斯夫MICRO AIR 202。
(6) 粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰。
(7) 矿渣粉：粒化高炉矿渣粉。
(8) 拌和用水：自来水。
(9) 配合比信息为：胶凝材料用量470 kg/m3，胶凝材料中水泥占比45%，粉煤灰占比20%，矿渣粉占比35%，水胶比0.31。
2.1.2 试验方法试件成型后标准养护28 d，开展NaCl溶液恒温浸泡试验，盐溶液浓度为165 g/L，结冰点为-10.5 ℃，浸泡时间为25 d，浸泡过程中仅保留一个侧面作为侵蚀面，其余面采用环氧树脂密封。浸泡结束后，采用磨粉机取样。将粉样置于恒温箱内干燥，温度设定为105 ℃，直至恒重。采用Mettler Toledo T50型自动电位滴定仪进行混凝土总氯离子浓度测定，具体流程按照《混凝土中氯离子含量检测技术规程》(JGJ/T 322—2013)执行。
2.1.3 结果分析对每一个立方体试件，取所有测试点氯离子浓度结果均值绘制一条氯离子浓度变化曲线。对每一个试验温度，得到3个氯离子浓度曲线样本，采用式(2)拟合氯离子浓度曲线，初始氯离子浓度为0。对每一个试验温度，得到3个氯离子扩散系数样本，取3个样本的均值作为该温度下的氯离子扩散系数特征值，即DTi (i=2, 10, 28, 40)。为排除其他因素的影响，以28 ℃作为参考温度，计算扩散系数比值，扩散系数比值与温度比值的拟合分析结果如图 2。可见温度对扩散系数的影响可用线性增长规律描述，温度影响函数为：
|
(3) |
|
| 图 2 温度影响函数分析 Fig. 2 Analysis on influencing function of temperature |
| |
式中，kT为氯离子扩散系数的温度影响函数；T为温度，可取为年均温度；Tref为参考温度28 ℃。
2.2 冻融循环次数影响试验 2.2.1 试验参数及试件成型考虑5种冻融循环次数：75，125，175，230，300次。每种冻融循环次数成型6个边长10 cm的混凝土立方体试件，其中3个试件为不经历冻融循环的参比试件。原材料及配合比与温度影响试验相同。
2.2.2 试验方法及结果分析采用全自动冻融试验机开展试验，冻融介质为3%NaCl溶液，参比试件直接放置于室内海水箱中，温度为(20±2) ℃。经历75，125，175，230，300次冻融循环时，分别从冻融试验箱及海水箱中取出3个试件，测试氯离子浓度。冻融循环次数与扩散系数比值的分析结果如图 3。氯离子扩散系数随冻融循环次数的增加可以采用线性增长趋势描述，冻融循环次数影响函数kFR如式(4)所示：
|
(4) |
|
| 图 3 冻融循环次数影响函数分析 Fig. 3 Analysis on influencing function of freeze-thaw cycle number |
| |
式中，n为冻融循环次数，考虑年均冻融循环次数N0及基准氯离子扩散系数对应的材料龄期t0(年)，式(4)可改写如式(5)所示：
|
(5) |
暴露试验站位于胶州湾跨海大桥红岛连接线。试验站包括4层，分别放置大气区(+6.0 m)、浪溅区(+2.0 m)、水变区(+0.1 m)及水下区试件。考虑到PC梁与海平面的相对位置，采用大气区试件开展研究。暴露试验站年均气温12.3 ℃，极端高温与低温分别为38.9 ℃和-16.9 ℃，年均相对湿度75%，年均风速为4.9 m/s，每年冰冻期约60 d，年均冻融循环次数约50次，海水氯离子含量为17 568 mg/L，pH值7.4。
3.1.2 暴露试件及暴露过程中的测试分析暴露试验站运行期间，共开展了两次试件投放，第1批试件在大桥建设期投放，暴露时间为12 a，该批试件成型所用原材料与冻融循环试验试件相同，配合比见表 1。第2批试件于运营期投放，暴露时间为5 a，该批试件成型所用原材料与温度影响试验试件相同，水胶比为0.31，胶凝材料用量为460 kg/m3，胶凝材料组成见表 2。图 4(a)给出了工程用混凝土试件的部分氯离子浓度测试结果，图 4(b)以暴露5 a为例，给出了不同胶凝材料组成试件的部分氯离子浓度测试结果。
| 试件类型 | 水胶比 | 水泥/kg | 粉煤灰/kg | 矿渣/kg | 砂/kg | 碎石/kg | 水/kg | 减水剂/kg |
| En | 0.31 | 240 | 50 | 185 | 730 | 1 015 | 146 | 4.98 |
| 试件类型 | 水泥(OPC)/% | 粉煤灰(FA)/% | 矿渣粉(SG)/% |
| A | 35 | 0 | 65 |
| B | 60 | 20 | 20 |
| C | 80 | 20 | 0 |
| D | 100 | 0 | 0 |
|
| 图 4 暴露试件氯离子浓度 Fig. 4 Chlorion concentration of exposed specimens |
| |
3.2 考虑胶凝材料组成的龄期衰减系数
混凝土龄期对氯离子扩散系数影响的描述多借助Thomas模型[13, 21]：
|
(6) |
式中，Dt为t时刻的氯离子扩散系数；D0为初始时刻(t0)对应的基准氯离子扩散系数；m为龄期衰减系数。
为基于暴露试件研究冰冻海洋环境的m值，并明确胶凝材料组成对m值的影响，首先，采用式(2)拟合暴露试件氯离子浓度曲线，得到暴露环境下的氯离子扩散系数; 其次，将暴露时间最小年份作为t0，对应氯离子扩散系数均值为D0。以工程用混凝土试件为例，对Dt/D0与暴露时间的拟合结果如图 5(a)，所有试件类型对应的龄期衰减系数分析结果如图 5(b)。
|
| 图 5 氯离子扩散系数衰减行为分析 Fig. 5 Analysis on deterioration behavior of chlorion diffusion coefficient |
| |
以m值为函数、胶凝材料百分比为自变量，基于所得到的m值样本，开展线性及二次函数拟合分析，分析结果如图 6(a)。线性拟合与二次函数拟合对应拟合优度系数分别为0.756 4，1.000 0。尽管二次函数拟合效果更佳，但由图 6(b)中拟合曲面的数据走势可知，与m值实际物理意义不符，故采用线性拟合分析结果如式(7)所示：
|
(7) |
|
| 图 6 胶凝材料组成对m值影响分析 Fig. 6 Influencing analysis of cementitious material composition on m values |
| |
式中，pSG，pFA分别为胶凝材料中矿渣粉与粉煤灰的占比，且pSG≤0.65，pFA≤0.2，pSG+pFA≤0.8。
3.3 混凝土表面氯离子浓度演变规律海洋环境下混凝土表面氯离子浓度随服役时间延长而增大，国内外学者提出了线性增长模型、幂函数模型、对数函数模型等。其中，对数函数模型被认为与实际情况匹配性更好[22]。为保证更大的时间尺度，以工程用混凝土试件拟合分析得到的表面氯离子浓度为样本，采用对数增长模型进行拟合分析，如图 7所示。表面氯离子浓度经时间变化规律如式(8)所示：
|
(8) |
|
| 图 7 表面氯离子浓度拟合分析 Fig. 7 Fitting analysis on surface chlorion concentration |
| |
可见，至暴露时间为12 a时，表面氯离子浓度已逐渐趋于稳定。
4 氯离子随机扩散模型 4.1 确定性扩散模型基于室内试验及长期暴露试验研究成果，在经典扩散模型的基础上，建立冰冻海域PC梁氯离子随机扩散模型：
|
(9) |
式中，Dt为t时刻的氯离子扩散系数；m为混凝土龄期衰减系数，其取值反映混凝土配合比的影响，由式(7)确定；kT为温度影响函数，由式(3)确定，当采用暴露试件确定D0且t0不小于1 a时，kT可取为1.0；kFR为冻融循环次数影响函数，由式(5)确定；ks为应力状态影响函数，反映应力状态对氯离子扩散系数的影响。
混凝土应力状态对氯离子扩散系数的影响可归结为应力状态下材料损伤对渗透性的影响，根据Al-Kutti[23]的研究，应力导致混凝土损伤状态下的氯离子扩散系数如式(10)所示：
|
(10) |
式中，Dd为损伤状态下的氯离子扩散系数；Dn为不考虑损伤的名义氯离子扩散系数；Fd为以损伤因子d为自变量的损伤影响函数：
|
(11) |
进一步根据损伤状态与混凝土弹性刚度的退化关系以及受压混凝土本构，混凝土弹性模量与损伤因子之间的关系[24-25]式(12)所示：
|
(12) |
式中，mc，mt分别为受压、受拉损伤时的混凝土材料参数，在缺少试验数据的情况下，可分别取为3.45和1.46；ex为混凝土轴向应变；eu，ecr分别为混凝土受压峰值应变及受拉开裂应变。
4.2 模型验证为验证确定性扩散模型的适用性，采用该模型预测长期暴露试验中工程混凝土试件的氯离子扩散行为，并与实测结果对比。扩散系数对比结果如图 8(a)所示，浓度曲线对比结果如图 8(b)~ (d)所示。可见，模型预测结果与实测结果吻合度较好，所构建确定性模型具有良好的适用性。
|
| 图 8 确定性扩散模型验证 Fig. 8 Verification of deterministic diffusion model |
| |
4.3 随机扩散模型
通过对确定性扩散模型中的关键参数进行随机性表征，建立冰冻海域PC梁氯离子随机扩散模型。关键参数考虑：(1) 表面氯离子浓度Cs；(2) 基准氯离子扩散系数D0。现有研究中多将二者处理为正态分布[26]。在此认为Cs不拒绝正态分布，不同时刻随机变量均值按照式(8)确定。Dimitri等[27]统计了多个海港混凝土表面氯离子浓度，得到大气区与浪溅区混凝土表面氯离子浓度变异系数为0.7，距离海岸1 km以内的大气区混凝土表面氯离子浓度变异系数为0.5。故在此取Cs变异系数为0.7，且不考虑变异性的时变特征。
考虑到应用过程中可能会将不同暴露时间的氯离子扩散系数作为D0，且在随机扩散模型应用过程中可能面临样本有限的问题，在此，调研已有暴露试验研究中发表的大气区混凝土氯离子扩散系数，并进行统计分析，如图 9(a)。通过对每个暴露年份氯离子扩散系数变异性的分析，得到变异系数随暴露时间的变化关系为：
|
(13) |
|
| 图 9 氯离子扩散系数变异性分析 Fig. 9 Variation analysis on chlorion diffusion coefficients |
| |
式中COV为氯离子扩散系数的变异系数。式(13)可用于样本量不足时基准氯离子扩散系数随机性的表征。后续案例分析以暴露1 a的氯离子扩散系数为D0，其随机性将根据测试结果得到，均值、标准差和变异系数分别为0.401 3×10-12 m2/s，0.096 2×10-12 m2/s，0.239 8。由于暴露条件相对可控，其变异系数小于式(13)结果。
5 PC梁钢筋起蚀概率评估方法 5.1 起蚀功能函数及时变概率分析方法将钢筋表面氯离子浓度达到起蚀临界浓度的状态定义为钢筋起蚀极限状态。功能函数如式(14)所示：
|
(14) |
式中，Z为钢筋起蚀功能函数；Ccr为临界氯离子浓度，即广义抗力；Cdc, t为钢筋表面氯离子浓度，即广义荷载效应，下标dc为钢筋保护层厚度。根据已有关于对Ccr的研究成果，Ccr不拒绝正态分布，均值为0.272 4%(占混凝土质量百分比)，标准差为0.236 4%[28]。根据对混凝土保护层厚度的统计分析结果，当施工质量能够得到良好保障的前提下，dc不拒绝正态分布，均值可取为设计保护层厚度，变异系数为0.066[29-30]。
钢筋表面氯离子浓度的变化实质上为非平稳随机过程，钢筋起蚀事件的发生概率具有时变特性。采用基于风险函数的方法对式(14)进行时变概率分析。风险函数h (t)定义为结构在服役了(0, t]这一时期之后，在时间段(t, t+dt]内的失效概率如式(15)所示：
|
(15) |
式中，L (t)为截止到时间t时以概率形式度量的结构可靠度。根据式(15)，时变可靠度如式(16)所示：
|
(16) |
由式(16)，若要完成时变可靠度计算，必须首先确定风险函数的形式。采用滤过泊松过程描述广义荷载效应的发生历程，并假定广义荷载效应与广义抗力相互独立，风险函数如式(17)所示[31]：
|
(17) |
式中，R, S为广义抗力与广义荷载效应。在(0, t]这一时期内，钢筋起蚀锈蚀的发生概率如式(18)所示[31]：
|
(18) |
式中FCdc, t为广义荷载效应的累积概率密度函数。式(18)的求解过程借助高斯数值积分实现。
5.2 目标可靠指标钢筋起蚀属于正常使用极限状态的一种，我国现行桥梁设计规范并未明确正常使用极限状态下的设计目标可靠指标。通过对正常使用极限状态设计隐含可靠度水平进行校准分析，发现对应的可靠度水平不低于0.8。国际混凝土联合会(FIB)建议耐久性设计目标可靠指标可取为1.5，我国建筑结构可靠度设计统一标准(GB 50068—2001)建议正常使用极限状态可靠指标宜在0~1.5之间。根据可靠度理论，目标可靠指标的取值与时间尺度一一对应，上述关于正常使用极限状态设计目标可靠指标的取值，在未明确时间尺度的前提下，可认为对应于设计基准期。
基于以上分析，钢筋起蚀的设计目标可靠指标确定为1.5，对应于设计基准期100 a。根据不同时间尺度目标可靠指标的换算关系，实现向任意基准期目标可靠指标的换算如式(19)所示：
|
(19) |
式中，tref为任意基准期；Φ (·)为标准正态分布的累积概率密度函数。桥梁运营阶段钢筋起蚀概率评估时，其容许失效概率通常可较设计水平高一个数量级[32]。由此可确定运营阶段钢筋起蚀评估基准期为1，10，20 a时，对应的目标可靠指标分别为2.46，1.50，1.13。
5.3 案例分析对胶州湾跨海大桥PC箱梁，采用所构建的扩散模型及评估方法评估箱梁钢筋的起蚀概率。参数取值：(1) 初始氯离子浓度为常数C0=0.002 9%；(2) t0=1 a；(3) D0服从正态分布，均值为0.401 3×10-12 m2/s，标准差为0.096 2×10-12 m2/s；(4) 保护层厚度dc服从正态分布，均值为40 mm，标准差为2.64 mm；(5) 根据箱梁混凝土配合比信息，由式(7)计算得到m0=0.761 6；(6) 考虑7种不同的平均应力水平，拉应力1，2，3 MPa，无应力0 MPa，压应力-1，-3，-5 MPa。
首先，采用蒙特卡洛抽样方法确定广义荷载效应Cdc, t的分布特征及概率特性：
|
(20) |
式中Dt由式(9)确定。抽样次数为5万次，通过对Cdc, t样本的拟合分析发现其不拒绝Gumbel分布。以无应力状态、第10 a为例，图 10给出了Cdc, t样本的Gumbel分布拟合结果。
|
| 图 10 钢筋表面氯离子浓度分布特征 Fig. 10 Distribution characteristics of chlorion concentration on steel bar surface |
| |
对Cdc, t的所有均值及标准差进行拟合分析，结果如图 11所示。钢筋表面氯离子浓度的均值和标准差随服役时间延长呈现指数增长趋势；不同压应力对应结果与无应力状态接近重合，随拉应力增大，Cdc, t增速明显加快。
|
| 图 11 钢筋表面氯离子浓度统计特征值 Fig. 11 Statistical characteristics of chlorion concentration on steel bar surface |
| |
最后，采用所构建评估方法对PC箱梁进行钢筋起蚀概率评估，起蚀概率分析结果如图 12(a)，可靠度指标分析结果及与目标可靠指标的对比如图 12(b)。可见，拉应力水平对钢筋起蚀时间影响明显，无应力状态时钢筋起蚀时间为服役期第35 a，当平均拉应力水平增大至1 MPa时，起蚀时间缩短至第21 a，平均拉应力水平增大至2，3 MPa时，起蚀时间分别缩短至6.6，2.9 a。
|
| 图 12 钢筋起蚀概率评估 Fig. 12 Probabilistic assessment on corrosion initiation of steel bar |
| |
6 结论
(1) 氯离子扩散系数随温度升高、冻融循环次数增加近似呈线性增长；扩散系数的龄期衰减系数与胶凝材料各组分百分比近似呈线性关系，表面氯离子浓度可采用对数增长模型描述，随时间增长，表面氯离子浓度先增长，而后趋于稳定。
(2) 建立了氯离子确定性扩散模型，模型适用性良好；通过明确表面氯离子浓度及基准氯离子扩散系数随机性，构建了冰冻海域PC梁氯离子随机扩散模型。
(3) 形成了钢筋起蚀评估目标可靠指标的分析确定方法，评估基准期为1，10，20 a时，起蚀目标可靠指标建议值分别为2.46，1.50及1.13。
(4) 构建了冰冻海域PC梁钢筋起蚀时变概率评估方法，通过案例分析发现，钢筋起蚀时间对拉应力十分敏感，当混凝土平均应力水平从0 MPa增大至1 MPa时，起蚀时间缩短40%。
(5) 尽管建立了冰冻海域PC梁氯离子的随机扩散模型及起蚀概率评估方法，但对运营阶段复杂应力历程尚未深入考虑，该问题对起蚀时间影响不可忽视，仍需要开展进一步研究。
| [1] |
王华治, 冯清海, 程德林. 浅谈跨海大桥非通航孔桥结构型式选择的制约因素[J]. 公路, 2018, 63(7): 193-195. WANG Hua-zhi, FENG Qing-hai, CHENG De-lin. Discussion on Restriction Factors of Structural Type Selection of Non-navigable Pass Bridge for Cross-sea Bridge[J]. Highway, 2018, 63(7): 193-195. |
| [2] |
BAO J, WEI J, ZHANG P, et al. Experimental and Theoretical Investigation of Chloride Ingress into Concrete Exposed to Real Marine Environment[J].
Cement and Concrete Composites, 2022, 130: 104511.
DOI:10.1016/j.cemconcomp.2022.104511 |
| [3] |
姜文镪, 刘清风. 冻融循环下混凝土中氯离子传输研究进展[J]. 硅酸盐学报, 2020, 48(2): 258-272. JIANG Wen-qiang, LIU Qing-feng. Chloride Transport in Concrete Subjected to Freeze-thaw Cycles: A Short Review[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2020, 48(2): 258-272. DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.20190276 |
| [4] |
郭瑞琦, 郭增伟, 施跃毅. 钢筋初始锈蚀时刻的氯离子临界浓度研究综述[J]. 硅酸盐通报, 2020, 39(9): 2706-2713. GUO Rui-qi, GUO Zeng-wei, SHI Yue-yi. Review on Research of Critical Chloride Concentration in Initial Corrosion Time of Steel Bar[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2020, 39(9): 2706-2713. DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2020.09.002 |
| [5] |
CHANG H, MU S, FENG P. Influence of Carbonation on "Maximum Phenomenon" in Surface Layer of Specimens Subjected to Cyclic Drying-wetting Condition[J].
Cement and Concrete Research, 2018, 103: 95-109.
DOI:10.1016/j.cemconres.2017.10.005 |
| [6] |
CAI R, HU Y, YU M, et al. Skin Effect of Chloride Ingress in Marine Concrete: A Review on the Convection Zone[J].
Construction and Building Materials, 2020, 262: 120566.
DOI:10.1016/j.conbuildmat.2020.120566 |
| [7] |
王展飞, 杨鼎宜, 李鹏. 基于混凝土表面氯离子浓度时变性的氯离子扩散模型研究[J]. 混凝土, 2016(3): 29-33. WANG Zhan-fei, YANG Ding-yi, LI Peng. Model of Chloride Diffusion Analysis Considering on Time-dependent Surface Chloride Ion Concentration[J]. Concrete, 2016(3): 29-33. DOI:10.3969/j.issn.1002-3550.2016.03.008 |
| [8] |
彭建新, 夏伟, 张建仁, 等. 预应力混凝土中氯离子扩散模型分析[J]. 交通科学与工程, 2015, 31(3): 73-77. PENG Jian-xin, XIA Wei, ZHANG Jian-ren, et al. Diffusion Model of Chloride Ion in Prestressed Concrete[J]. Journal of Transport Science and Engineering, 2015, 31(3): 73-77. |
| [9] |
郭冬梅, 项贻强, 程坤, 等. 沿海混凝土桥氯离子扩散修正模型及其应用[J]. 中国公路学报, 2012, 25(5): 89-94. GUO Dong-mei, XIANG Yi-qiang, CHENG Kun, et al. Revised Chloride Diffusion Model of Concrete Bridge near Coastal Areas and Its Application[J]. China Journal of Highway and Transport, 2012, 25(5): 89-94. |
| [10] |
袁利强, 孙丛涛, 程火焰. 非饱和混凝土氯离子传输模型研究综述[J]. 混凝土, 2015(6): 32-36. YUAN Li-qiang, SUN Cong-tao, CHENG Huo-yan. Research Review of Transport Mode of Chlorine Ion in Concrete under Unsaturated State[J]. Concrete, 2015(6): 32-36. |
| [11] |
WANG Y, LIU Z, FU K, et al. Experimental Studies on the Chloride Ion Permeability of Concrete Considering the Effect of Freeze-thaw Damage[J].
Construction and Building Materials, 2020, 236: 117556.
|
| [12] |
CHEN X, YU A, LIU G, et al. A Multi-phase Mesoscopic Simulation Model for the Diffusion of Chloride in Concrete under Freeze-thaw Cycles[J].
Construction and Building Materials, 2020, 265: 120223.
|
| [13] |
杨燕, 谭康豪, 覃英宏. 混凝土内氯离子扩散影响因素的研究综述[J]. 材料导报, 2021, 35(13): 13109-13118. YANG Yan, TAN Kang-hao, QIN Ying-hong. Review of Research on the Influencing Factors of Chloride Ion Diffusion in Concrete[J]. Materials Reports, 2021, 35(13): 13109-13118. |
| [14] |
杨绿峰, 胡春燕, 陈正, 等. 混凝土中氯离子随机时变扩散过程及浓度分布[J]. 建筑材料学报, 2013, 16(2): 210-216. YANG Lü-feng, HU Chun-yan, CHEN Zheng, et al. Stochastic and Time-dependent Diffusion of Chloride Ion in Concrete and Its Concentration Distribution[J]. Journal of Building Materials, 2013, 16(2): 210-216. |
| [15] |
MACDONALD D D, ZHU Y, YANG J, et al. Corrosion of Rebar in Concrete. Part Ⅳ. On the Theoretical Basis of the Chloride Threshold[J].
Corrosion Science, 2021, 185(2): 109460.
|
| [16] |
马亚丽, 王东威. 腐蚀钢筋初锈时间的分布检验及参数估计[J]. 混凝土, 2014(9): 30-32. MA Ya-li, WANG Dong-wei. Distribution Test and Estimation of Parameters of Corrosion Initiation Time of Steel[J]. Concrete, 2014(9): 30-32. |
| [17] |
张建仁, 王华, 彭建新, 等. 多因素腐蚀环境下混凝土结构的初锈时间模型及其可靠度分析[J]. 长沙理工大学学报: 自然科学版, 2012, 9(1): 34-40. ZHANG Jian-ren, WANG Hua, PENG Jian-xin, et al. Initiation Time Model and Its Reliability Analysis for Concrete Structures under Multi-corrosive Factors[J]. Journal of Changsha University of Science and Technology (Natural Science), 2012, 9(1): 34-40. |
| [18] |
LENG Y, LU Z, LI C, et al. Time-variant Probabilistic Assessment of Corrosion Initiation of Marine Concrete Structures Considering Maximum Phenomenon[J].
Construction and Building Materials, 2021, 272(3): 121967.
|
| [19] |
ANDRADE C, DEZ J M, ALONSO C. Mathematical Modeling of a Concrete Surface "Skin Effect" on Diffusion in Chloride Contaminated Media[J].
Advanced Cement Based Materials, 1997, 6(2): 39-44.
|
| [20] |
鲍玖文, 魏佳楠, 张鹏, 等. 海洋环境下混凝土抗氯离子侵蚀的相似性研究进展[J]. 硅酸盐学报, 2020, 48(5): 689-704. BAO Jiu-wen, WEI Jia-nan, ZHANG Peng, et al. Research Progress of Similarity of Resistance to Chloride Ingress into Concrete Exposed to Marine Environment[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2020, 48(5): 689-704. |
| [21] |
THOMAS M D A, MATTHEWS J D, HAYNES C A. Chloride Diffusion and Reinforcement Corrosion in Marine Exposed Concretes Containing Pulverized-fuel Ash [C]//The Third International Symposium on 'Corrosion of Reinforcement on Concrete Construction'. Wishaw: CICC Publications, 1990: 198-212.
|
| [22] |
YANG L, WANG L, YU B. Time-varying Behavior and Its Coupling Effects with Environmental Conditions and Cementitious Material Types on Surface Chloride Concentration of Marine Concrete[J].
Construction and Building Materials, 2021, 303: 124578.
|
| [23] |
AL-KUTTI W. Enhancement in Chloride Diffusivity due to Flexural Damage in Reinforced Concrete Beams[J].
Journal of Materials in Civil Engineering, 2014, 26(4): 658-667.
|
| [24] |
MAZARS J, PIJAUDIER-CABOT G. Continuum Damage Theory-application to Concrete[J].
Journal of Engineering Mechanics, 1989, 115(2): 345-365.
|
| [25] |
TAHER E D F, BALUCH M H, AL-GADHIB A H. Towards a Canonical Elastoplastic Damage Model[J].
Engineering Fracture Mechanics, 1994, 48(2): 151-166.
|
| [26] |
许泽启, 麻海燕, 余红发, 等. 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[J]. 海洋工程, 2017, 35(4): 126-134. XU Ze-qi, MA Hai-yan, YU Hong-fa, et al. Time Variation Law of Free Chloride Ion Content in the Surface of Marine Concrete Structure and Its Influence on Life[J]. The Ocean Engineering, 2017, 35(4): 126-134. |
| [27] |
DIMITRI V V, MARK G S. Life-cycle Cost Analysis of Reinforced Concrete Structures in Marine Environments[J].
Structural Safety, 2003, 25: 343-362.
|
| [28] |
ZHU Y, MACDONALD D D, YANG J, et al. Corrosion of Rebar in Concrete. Part Ⅱ: Literature Survey and Statistical Analysis of Existing Data on Chloride Threshold[J].
Corrosion Science, 2021, 185: 109439.
|
| [29] |
吴灵杰, 寇新建, 周拥军, 等. 既有混凝土码头的氯离子侵蚀状况与钢筋初锈时间预测[J]. 混凝土, 2016(7): 37-40. WU Ling-jie, KOU Xin-jian, WU Yong-jun, et al. Chloride Ingress into Existing Concrete Dock and Corrosion Initiation Time Prediction[J]. Concrete, 2016(7): 37-40. |
| [30] |
王胜年, 苏权科, 范志宏, 等. 港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计原则与方法[J]. 土木工程学报, 2014, 47(6): 1-8. WANG Sheng-nian, SU Quan-ke, FAN Zhi-hong, et al. Durability Design Principle and Method for Concrete Structures in Hong Kong-Zhuai-Macau Sea Link Project[J]. China Civil Engineering Journal, 2014, 47(6): 1-8. |
| [31] |
袁阳光, 韩万水, 谢青, 等. 非平稳车载及抗力劣化进程下混凝土桥梁时变可靠性评估[J]. 中国公路学报, 2020, 33(3): 85-96. YUAN Yang-guang, HAN Wan-shui, XIE Qing, et al. Time-dependent Reliability Assessment of Concrete Bridges Considering Non-stationary Vehicle Load and Resistance Deterioration Processes[J]. China Journal of Highway and Transport, 2020, 33(3): 85-96. |
| [32] |
袁阳光, 周广利, 高文博, 等. 考虑安全性与正常使用性能的大件车辆过桥评估方法[J]. 工程力学, 2021, 38(7): 147-158. YUAN Yang-guang, ZHOU Guang-li, GAO Wen-bo, et al. Assessment Method for Bridges under Customized Trucks by Incorporating Safety and Serviceability[J]. Engineering Mechanics, 2021, 38(7): 147-158. |