钢筋锈蚀导致混凝土结构失效的机理与检测技术

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素之一,特别是钢筋暴露在氯化物中(氯化物可能来自配料或来自周围氯化物环境)。酸性气体渗透引起混凝土碳酸化是钢筋锈蚀的另一原因,此外还有一些其他方面的因素,如混凝土的质量,混凝土结构的外部环境等。可用多种方法评估钢筋锈蚀的原因及程度,但检测结果的解释有时十分困难。讨论了钢筋锈蚀的机理,以及钢筋锈蚀的检测技术。     

一般大气环境下钢筋开始锈蚀时间的计算方法

在评估混凝土结构耐久性时,其关键是确定钢筋开始锈蚀条件.一般大气环境下混凝土中钢筋开始锈蚀的条件是混凝土碳化及钢筋脱钝.碳化残量是描述钢筋开始锈蚀的重要参数,其大小取决于部分碳化区长度、碳化速度及脱钝速度.以实际工程检测数据为主要依据,考虑不同环境条件,以碳化系数、保护层厚度和局部环境系数为主要参数,利用回归分析方法建立了碳化残量的计算公式,并由此计算钢筋开始锈蚀的时间.通过实际工程数据验证,表明本文给出的钢筋开始锈蚀时间计算方法,在工程应用上是可行的,从而为合理评定混凝土结构耐久性提供依据.     

水工混凝土结构钢筋分布及锈蚀检测

钢筋是混凝土结构不可或缺的组成部分,钢筋锈蚀程度也是影响工程质量和安全运行的重要因素。在水工钢筋混凝土结构中,水这一因素的存在将会使问题更加复杂和严重。因此,对水工混凝土结构进行钢筋分布及锈蚀检测就变得尤为重要。针对上述问题,采用工程地球物理方法对混凝土结构中钢筋的分层和分布进行探测,并采用电化学方法对锈蚀程度及性状进行检测,得到水工混凝土结构钢筋分布及锈蚀概率统计,由此为混凝土结构缺陷的判断提供数据基础,最终结合裂缝分布及贯穿深度进行分析,达到对水工混凝土危险病害进行判断和识别的目的。通过实例证实,该技术体系应用效果良好,具有一定的实践应用和工程推广意义。     

混凝土锈胀时刻钢筋锈蚀率的数值分析方法

基于通用有限元大型程序建立非线性有限元模型,对混凝土构件受钢筋锈胀力作用的情况进行模拟,并在此基础上提出了基于有限元数值分析的混凝土锈胀时刻钢筋锈蚀率的计算方法.对受均匀钢筋锈胀力的混凝土构件进行了数值分析计算,包括混凝土构件角部钢筋锈蚀和中部钢筋锈蚀的情况;基于已有的非均匀钢筋锈蚀模型,对于工程实际情况中更为常见的非均匀钢筋锈胀情况,进行混凝土构件角部和中部钢筋锈蚀的数值模拟;在以往钢筋锈蚀分布情况理论分析结果的基础上,结合锈胀力数值分析的结果,提出了混凝土保护层胀裂时刻非均匀钢筋锈蚀率的计算方法,并给出了计算实例,说明该方法在混凝土结构环境条件和侵蚀状况已知的情况下,可估算混凝土保护层胀裂时刻的钢筋锈蚀率.     

钢筋混凝土锈蚀损伤研究综述

钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构耐久性降低的主要因素之一。简要说明研究钢筋混凝土锈蚀损伤的重要意义,阐述了钢筋混凝土锈蚀件损伤的研究状况。主要从混凝土中锈蚀钢筋的力学性能、钢筋锈蚀引起的混凝土损伤、锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能和锈蚀钢筋混凝土受弯构件、受压构件的受力性能、锈蚀钢筋混凝土构件抗震性能等方面总结归纳了国内外的研究现状与成果,并分析了今后的研究方向。     

混凝土结构锈胀开裂预测的路径概率模型

针对氯盐环境下服役混凝土结构钢筋锈蚀、锈蚀程度不易检测及混凝土锈致开裂的现状,基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出一种预测钢筋锈蚀、混凝土锈胀裂缝开展时变特性的概率模型,并编制了计算程序.该模型可以模拟混凝土中钢筋锈胀开裂发展进程的路径,有效评估氯盐侵蚀环境下混凝土结构中钢筋锈蚀状况和锈胀裂缝宽度不同时段的概率分布,同时能估计构件钢筋样本锈蚀百分比.通过对濒海环境下某混凝土桥下部结构的耐久性评估,验证了该模型的准确性.该模型实现了对服役混凝土结构耐久性能的有效预测,评估结果可为工程维修和加固提供理论依据.     

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究现状

钢筋锈蚀后粘结性能会发生退化,对钢筋混凝土结构性能有不利的影响。介绍了锈蚀钢筋与混凝土之间粘结性能的机理以及目前粘结性能的主要研究方法,阐述了锈蚀后影响钢筋和混凝土粘结强度的因素,评价了国内外关于锈蚀后钢筋与混凝土的粘结滑移本构模型及锈蚀后钢筋混凝土粘结强度的计算模型。     

锈蚀钢筋与混凝土间粘结力和滑移量静力分析

建立了锈蚀钢筋与混凝土间粘结力和滑移量静力分析模型,利用复势函数方法和线性本构滑移模型,获得了反平面剪切载荷作用下锈蚀钢筋混凝土界面上,不同点的粘结力和滑移量封闭形式解析解。研究了钢筋锈蚀率、钢筋直径、混凝土保护层厚度、反平面剪切载荷、箍筋间距和箍筋直径对锈蚀钢筋与混凝土间粘结力和滑移量的影响,为进一步研究锈蚀后钢筋混凝土结构的力学性能提供理论依据。     

再生粗骨料混凝土钢筋锈蚀试验研究

为研究再生粗骨料取代率和水灰比在氯离子侵蚀环境下对再生混凝土钢筋锈蚀规律的影响,对15种不同配合比的再生混凝土试件进行干湿循环试验,采用半电池电位法检测钢筋锈蚀状况.研究结果表明:相同条件下,与普通混凝土相比,再生混凝土的钢筋电位增加较快,电位波动较大,取代率越高,抵抗钢筋锈蚀能力越差,钢筋越容易发生锈蚀;水灰比的增加从整体上提高混凝土的孔隙率,明显缩短钢筋开始锈蚀的时间,且对取代率越高的再生混凝土影响越显著.     

恒定气候混凝土内钢筋锈蚀速率的时变特征与机理

为了深入研究混凝土中钢筋腐蚀龄期对钢筋锈蚀速率的影响，通过加速腐蚀试验研究了不变环境条件下混凝土中钢筋腐蚀电流强度的经时变化过程，并通过微观测试技术对混凝土中钢筋锈蚀层发展过程进行了机理分析，全面解释了钢筋腐蚀速率的经时变化过程规律．结果表明：钢筋表面锈蚀层（水泥浆体与铁锈物混合层）的形成与发展是钢筋锈蚀速率发生变化的主要原因；在气候环境条件恒定条件下，混凝土内钢筋的锈蚀速率的时变过程可分为锈蚀初期的下降阶段、平稳发展阶段和混凝土开裂后的上升阶段．     

地下混凝土结构防腐抗渗探讨

介绍了目前地下混凝土结构防腐抗渗及钢筋耐锈蚀的方法和今后发展的方向,并就这几种方法的优缺点进行了分析,同时提出建筑用钢材的延伸加工－增加镀层的设想和重点工程在设计时通过增大保护层厚度方法来实现防腐抗渗等。     

疲劳荷载作用下的混凝土耐久性分析

在疲劳荷载作用下力学损伤的不断累积会引起混凝土结构的疲劳破坏.在腐蚀环境中,腐蚀介质会造成钢筋锈蚀.钢筋锈蚀对混凝土结构疲劳性能的影响比其对静态性能的影响更加严重,这是因为锈蚀削弱了钢筋的有效截面,而且钢筋锈坑的不均匀性导致了钢筋应力集中,相应地疲劳荷载作用会加速腐蚀介质的渗透过程,从而加剧混凝土构件的损伤,降低混凝土耐久能力.     

钢筋混凝土锈胀参数构件计算模型建立与应用

在对混凝土锈胀开裂破坏过程进行阶段划分的基础上,从锈蚀参数概念出发,利用变形协调原理导出了锈蚀物填充范围、锈蚀钢筋直径膨胀增量、锈胀作用临界锈蚀率、铁锈物膨胀系数、混凝土开口空隙率及锈蚀钢筋初始直径等各参数之间的关系,建立了计算锈蚀自由膨胀阶段铁锈物质渗入混凝土层的填充范围相对值的数学模型,并推导了锈胀连续作用阶段计算锈胀主压应力的理论模型.利用室内锈胀试验成果与锈胀二维数值模拟结果进行对比的方法,验证了所建立理论模型的可靠性与适用性.模型将为混凝土耐久性设计及寿命评估提供理论参考.     

基于概率的钢筋混凝土桥梁加固措施影响分析

为了定量模拟加固措施对退化钢筋混凝土桥梁的影响,建立一种基于概率和有限元的不同加固措施对钢筋混凝土桥梁影响的分析方法.根据结构在退化过程中的不同状态将现有加固措施分为四类:延迟开锈、延缓锈蚀、加强性能以及更换结构.延迟开锈用来推迟钢筋的开始锈蚀时刻,延缓锈蚀可以使钢筋在一段时间内停止锈蚀,加强性能可以提高结构的受力性能,更换结构可以使构件或结构恢复初始状态.详细介绍了每种加固措施对结构影响的模拟方法,编写了加固措施影响的分析模块并加入到已有的软件CBDAS中.利用更新的CBDAS、Monte-Carlo模拟、结构失效模型以及体系可靠度计算软件可以求出结构的时变体系可靠度.以一座钢筋混凝土连续梁为对象,利用时变体系可靠度研究不考虑加固和考虑不同加固措施时结构的性能演变规律.结果表明:不同加固措施能延迟结构性能退化,能明显改善结构性能,应根据结构的实际受力状态来选取合适的加固措施.     

钱塘江海塘现有临江水工混凝土结构耐久性能及分析

通过调查,钱塘江海塘上的临江水闸等混凝土结构,在多年运行之后出现了不同形式的病害现象,如混凝土裂缝.初步的分析研究表明,处于钱塘江感潮侵蚀环境下的水工混凝土结构,都存在碳化、氯离子侵蚀和钢筋锈蚀等耐久性问题;针对感潮环境下的水工混凝土结构的耐久性,提出了设计及运行管理的主要措施.     

非均匀锈蚀钢筋-混凝土黏结性能试验

为探究非均匀锈蚀对钢筋与混凝土黏结性能的劣化规律,浇筑了8榀钢筋混凝土梁试件,首先通过外加电流引入钢筋锈蚀;钢筋达到设计质量损失率后停止通电,记录混凝土表面锈胀裂缝开展情况;然后对梁试件施加三点弯曲荷载以测试其黏结性能;最后梁试件黏结破坏后,将黏结区锈蚀钢筋取出进行三维扫描测试。试验结果表明:钢筋锈蚀产物体积膨胀引起混凝土保护层产生沿纵向受拉钢筋轴线方向的锈胀裂缝,且混凝土表面最大锈胀裂缝宽度与钢筋质量损失率呈对数关系;锈蚀钢筋表面存在锈坑,随着钢筋质量损失率增加到10.3%,锈坑总长度、总宽度和总深度分别显著增加了68.27、40.21、9.98 mm,即锈坑总长度随钢筋质量损失率的增加变化最为显著。基于试验结果,建立了考虑非均匀锈蚀影响的钢筋与混凝土相对黏结强度退化模型以及质量损失率与混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相关关系模型;并据此提出了基于混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相对黏结强度计算模型,且验证了模型的有效性。     

混凝土中钢筋的锈蚀和预防

混凝土中钢筋的锈蚀是混凝土结构耐久性的重要影响因素,采取适当措施预防钢筋锈蚀有很大的经济意义.本文介绍了钢筋锈蚀的原因及其影响因素,以及预防钢筋锈蚀的措施.     

钢筋与混凝土耦合腐蚀RC梁性能研究

在混凝土结构耐久性的诸多影响因素中,钢筋与混凝土的耦合腐蚀已成为引起混凝土结构过早破坏的一个主要因素。基于不同腐蚀损伤水平条件下的14根简支钢筋混凝土梁抗弯试件的试验结果,分析了混凝土与钢筋耦合腐蚀损伤后梁的基本性能。同时,研究了耦合腐蚀对钢筋混凝土梁承载性能的影响,提出了耦合损伤条件下,钢筋混凝土梁抗弯承载力的一般评价方法,为指导此类构件承载性能评价及后续加固设计提供技术参考。