长期轴向拉伸荷载与Cl-侵蚀耦合作用下PCCP混凝土保护层的Cl-扩散规律
Cl- diffusion behavior in the concrete cover of PCCP under the coupling effect of long-term axial tensile loading and Cl- erosion
关键词:
预应力钢筒混凝土管(PCCP);荷载水平;Cl-侵蚀;耦合作用;试验装置设计;耐久性能
Key words:
Prestressed concrete cylinder pipe (PCCP); Load level; Cl- erosion; Coupling effect; Design of testing device; Durability
刊期:
2026年第9期
DOI:
10.19761/j.1000-4637.25060284
文章编号:
基金项目:
水利部重大科技项目(SKS-2022111);(红山科创英才)青年拔尖人才项目(B241013003)。
作者:
陆云才1,董晓农2,*, 窦铁生2,李 萌2,罗纬邦1,陈国庆2,杨 森2
单位:
1.新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司,新疆 乌鲁木齐,830063;2.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038
摘要
摘 要:西北高盐渍地区预应力钢筒混凝土管(Prestressed concrete cylinder pipe,PCCP)保护层易发生Cl-侵蚀,而目前关于长期轴向拉伸荷载与腐蚀环境耦合作用下的劣化机理研究仍较为薄弱,本文以立式浇筑PCCP混凝土保护层为研究对象,设计了一种卧式轴拉侵蚀试验装置,开展了不同荷载水平与侵蚀时间下的Cl-扩散试验,探究了PCCP保护层Cl-的侵蚀演化规律。结果表明:随着侵蚀时间的增加,Cl-扩散深度和 Cl-浓度均呈缓慢增大趋势;表面Cl-浓度与侵蚀时间呈非线性正相关关系,而Cl-扩散系数与侵蚀时间呈非线性负相关关系;拉伸荷载会诱发混凝土内部微裂纹萌生、张开与扩展,裂纹延展方向与Cl-扩散方向一致,这会加速Cl-渗透进程。研究成果可为高盐渍地区PCCP保护层耐久性能设计、病害防控与服役寿命评估提供理论参考,也可为后续多因素耦合作用下耐久性能衰减模型的构建提供参考。
Abstract: In the high-salinity regions of Northwest China, the protective layer of prestressed concrete cylinder pipe (PCCP) is susceptible to Cl- erosion. However, current research on the deterioration mechanisms under the coupling effect of long-term axial tensile loading and corrosive environments remains insufficient. In this study, the concrete cover of vertically cast PCCP is taken as the research object, and a horizontal axial tensile erosion testing device is designed. Chloride diffusion tests are conducted under various load levels and erosion times to investigate the Cl- erosion evolution law in the PCCP protective layer. The results indicate that with increasing erosion time, both the Cl- diffusion depth and Cl- concentration exhibit a gradually increasing trend. The surface Cl- concentration shows a nonlinear positive correlation with erosion time, whereas the Cl- diffusion coefficient exhibits a nonlinear negative correlation with erosion time. Tensile loading induces the initiation, opening, and propagation of microcracks within the concrete, and the crack propagation direction aligns with the Cl- diffusion direction, thereby accelerating the Cl- penetration process. The findings can provide a theoretical reference for the durability design, disease prevention and control, and service life assessment of PCCP protective layers in high-salinity regions, and also offer a basis for the subsequent establishment of durability degradation models under multi-factor coupling conditions.
结论
(1)本文设计的卧式轴拉侵蚀试验装置可模拟内水压力和侵蚀环境耦合作用下PCCP混凝土保护层的Cl-扩散规律。
(2)随着侵蚀时间的增加,Cl-扩散深度和Cl-浓度均缓慢增长;Cs与侵蚀时间呈非线性正相关关系,而D与侵蚀时间呈非线性负相关关系。
(3)拉伸荷载易引发微裂纹张开和扩展,其方向与拉伸荷载方向垂直,与Cl-扩散方向一致,这会加速Cl-扩散。
(4)本文研究结果可为复杂恶劣环境下PCCP保护层的耐久性能设计、病害防控与寿命预测提供理论参考。后续可深入开展多离子耦合侵蚀、干湿循环交替工况下PCCP保护层的损伤演化机理研究,进一步建立考虑多因素耦合作用的PCCP耐久性能预测模型,为高盐渍地区PCCP工程的安全运维与长效服役提供更完善的技术依据。
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引用本文
陆云才,董晓农,窦铁生,等.长期轴向拉伸荷载与Cl-侵蚀耦合作用下PCCP混凝土保护层的Cl-扩散规律[J].混凝土与水泥制品,2026,53(9):57-61. Lu Yuncai,Dong Xiaonong,Dou Tiesheng,et al.Cl- diffusion behavior in the concrete cover of PCCP under the coupling effect of long-term axial tensile loading and Cl- erosion[J].China Concrete and Cement Products,2026,53(9):57-61 (in Chinese).
上一个: 机制砂尾粉绿色资源化利用研究:基于C50混凝土工作性、力学与抗冻性能分析
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