锈蚀钢筋混凝土保护层锈胀开裂时间的预测模型

由钢筋锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂是混凝土结构耐久性极限状态的重要标志,是决定结构使用寿命的重要因素。以钢筋均匀锈蚀为前提,考虑锈蚀产物的变形特性以及锈胀裂缝开展过程中锈蚀产物进入裂缝的实际情况,借助弹性力学和Faraday腐蚀定律,建立混凝土保护层锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀率以及锈胀开裂时间计算公式。针对影响混凝土保护层锈胀开裂时间各主要因素的分析表明,增大钢筋的混凝土保护层厚度、减小钢筋直径、提高混凝土强度以及控制锈蚀产物的体积膨胀率都有利于混凝土结构耐久性的提高。与已有试验结果的对比分析可知,对于加速锈蚀和长期锈蚀情况,计算公式的预测结果均较为理想,可用于由钢筋均匀锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂时间的预测分析。     

钢筋均匀锈胀开裂过程的弹塑性分析

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素,混凝土保护层锈胀开裂是危及结构安全的临界点。建立钢筋均匀锈胀扩孔模型对钢筋均匀锈胀过程进行弹性及弹塑性变形分析,并根据保护层锈胀开裂时刻的锈胀力得出锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀深度计算式,计算得到的理论值与试验结果吻合较好,对锈胀力和临界钢筋锈蚀率进行影响因素分析,可为混凝土结构耐久性设计及寿命预测提供参考。     

混凝土保护层锈胀开裂研究进展

钢筋锈蚀引起混凝土保护层锈胀开裂被认为是钢筋混凝土结构耐久性失效最主要原因之一,国内外学者就此过程开展了大量的研究工作。结合最新研究成果,对钢筋锈蚀引起混凝土保护层锈胀开裂研究所用的理论、试验和数值模拟方法做出评述。针对当前研究中存在的问题进行了总结和展望,并提出了多尺度数值方法应用于钢筋锈蚀引起混凝土保护层开裂问题。     

钢筋混凝土构件的均匀钢筋锈胀力及其影响因素

确定钢筋锈胀力是钢筋混凝土结构构件耐久性研究中的一个重要问题。应用弹性力学知识进行理论分析 ,结合已有的研究成果 ,提出了由钢筋均匀锈蚀导致的外围混凝土保护层胀裂以前的钢筋锈胀力计算公式 ,并探讨了与钢筋锈胀力相关的各个影响因素     

钢筋混凝土锈蚀开裂及裂缝扩展研究现状

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素,钢筋锈蚀发展到一定程度,混凝土保护层锈胀开裂,裂缝不断扩展。介绍了钢筋锈蚀机理、钢筋锈胀开裂及裂缝扩展研究的现状和主要研究内容。包括钢筋锈胀力、钢筋锈蚀率、锈胀裂缝宽度的扩展、锈胀扩展的计算机模拟。最后通过对研究现状的分析总结出钢筋锈胀开裂及裂缝扩展方面的研究展望。     

二维钢筋混凝土氯离子作用锈胀开裂数值模拟方法

在环境氯离子作用下混凝土构件因钢筋锈胀产生开裂,导致结构耐久性退化。为模拟并研究这一过程,基于经典Fick定律建立了考虑温湿度、水灰比、氯离子浓度等的多因素氯离子扩散数值模拟方法。针对混凝土锈胀开裂,提出了基于二维格构式模型的钢筋混凝土锈胀开裂模拟方法,并建立了自由网格模型与格构式模型之间的钢筋表面锈胀节点力转换方法。基于上述方法针对某钢筋混凝土自然锈蚀试验进行数值模拟,与试验结果对比并验证本方法的可行性。最后,基于提出的方法研究钢筋位置、混凝土保护层厚度、钢筋直径对钢筋锈蚀及混凝土保护层锈胀裂缝宽度的影响。研究结果表明;角区钢筋锈蚀均大于边区钢筋;混凝土保护层厚度越大,钢筋锈蚀增长越缓慢;混凝土保护层裂缝宽度随钢筋直径增大而增加。     

混凝土保护层锈胀开裂理论及有限元分析

假设钢筋锈蚀产物沿钢筋径向和轴向均呈均匀分布,将保护层视作一厚壁圆筒,通过弹塑性力学及有限元软件对保护层锈胀开裂全过程进行了分析。建立了混凝土保护层锈胀开裂临界截面损失率的计算公式,对钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度及钢筋位置等因素对锈胀开裂的影响进行了分析,得出如下结论:在假设钢筋发生均匀锈蚀的前提下,保护层厚度和钢筋直径对锈胀开裂的影响较大,混凝土强度和钢筋位置对锈胀开裂的影响较小。对比试验数据后发现,有限元分析比理论模型更符合实际的混凝土锈胀开裂力学行为。     

在役钢筋混凝土受弯构件承载力评估方法

在分析钢筋锈蚀造成钢筋混凝土构件力学性能退化的基础上，根据钢筋混凝土构件碳化锈蚀规律及混凝土保护层锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀深度的关系，提出了保护层锈胀开裂前和锈胀开裂后钢筋混凝土受弯构件承载力评估方法，可为在役钢筋混凝土结构耐久性评估及修复决策提供理论依据。     

角部钢筋锈蚀引发混凝土保护层开裂行为研究

为研究角部钢筋非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层开裂行为,提出了角部钢筋的非均匀锈胀模式.并将混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土细观随机骨料模型.以施加非均匀径向位移方式来表征钢筋锈胀对周围混凝土的力学作用.基于该方法对钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为进行了细观数值模拟,模拟结果与已有文献中试验结果的良好吻合验证了该方法的合理性.另外,对比了宏观均质模型和细观非均质模型下不同角部钢筋锈胀模式导致的混凝土保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式以及钢筋锈胀压力的影响规律.     

大气环境条件下混凝土保护层取值的研究

混凝土中钢筋锈蚀和混凝土保护层锈胀开裂是钢筋混凝土结构使用极限状态的重要标志,是决定钢筋混凝土结构保护层厚度取值的重要条件。通过混凝土中钢筋开始锈蚀条件的研究和混凝土保护层锈胀开裂条件的研究,建立了碳化腐蚀条件下混凝土最小保护层厚度的确定方法。经过大量计算,分析了影响大气环境条件下混凝土最小保护层厚度取值的因素,给出了我国几个典型城市混凝土最小保护层厚度的分析结果。     

Accurate cover crack modelling of reinforced concrete structures subjected to non-uniform corrosion

Abstract

Concrete cover cracking caused by reinforcement corrosion is a significant durability problem of reinforced concrete (RC) structures. Extensive research has been carried out in the last few decades while most were focused on corrosion of a single reinforcing bar. Very little research has examined the whole cover cracking of RC structures due to multiple reinforcement corrosion. This article develops a numerical model to predict the structural failure of the whole cover of concrete induced by corrosion of multiple reinforcing bars. Moreover, a non-uniform corrosion model is established based on experimental results, in contrast to conventional uniform assumption. Two typical cover failure modes under the non-uniform corrosion of multiple reinforcing bars are identified and discussed. The effects of cover thickness, reinforcement spacing, fracture energy of concrete, etc., on cover cracking patterns and crack width are also investigated. The derived numerical model is verified by comparing the results with those from experiments in literature. Accurate prediction of concrete cover cracking can allow timely maintenance of existing structures and rational design for new buildings which prolongs the service life of the RC structures.     

混凝土内钢筋锈蚀层发展和锈蚀量分布模型研究

从研究钢筋锈蚀物膨胀对钢筋/混凝土界面区构造的影响着手,通过对锈蚀层形成、发展及其细观构造的研究,揭示混凝土内钢筋锈蚀量分布规律;在钢筋锈胀开裂前,钢筋锈蚀量基本分布在面向混凝土保护层一侧的钢筋半圆周上,离混凝土保护层最近处锈蚀量最大,离保护层表面距离越远,锈蚀量越小;其锈蚀量在其半圆周上呈半椭圆形分布。钢筋锈胀开裂初期,钢筋锈蚀逐渐向背向混凝土保护层一侧发展,在背向保护层一侧的钢筋锈蚀量分布被假定为均匀分布,和面向混凝土保护层一侧的最小锈蚀量衔接。     

混凝土工程中钢筋腐蚀检测技术与评价

钢筋腐蚀是公认影响混凝土耐久性的最主要因素1。钢筋腐蚀检测和腐蚀状况判定可为钢筋混凝土结构的剩余载荷和结构耐久性提供基础数据。同时,混凝土中钢筋锈蚀的及时发现和准确诊断,是结构耐久性评定、剩余使用寿命预测的重要前提。本文简单介绍钢筋在结构中的腐蚀原理后,详细介绍了钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀检测的几种检测方法,最后提出钢筋腐蚀检测方法的发展趋势。     

Modeling corroded section configuration of steel bar in concrete structure

Predicting concrete cover cracking due to steel bar corrosion in concrete is an important problem for durability of reinforced concrete structures. A basic question in the prediction is distribution of corroded part of steel bar section. The corrosion products have characteristic of volume expansions; that leads to expansive pressure in the concrete. At present, an assumption of uniform corroded pattern along the perimeter of the steel bar has been adopted for analyzing the effect of corrosion products expansion and building the model. In this paper, the steel bars in concrete were corroded under artificial climate environment for accelerated aging. The propagation of the corrosion products layer between steel bar and concrete and its microstructure are discussed; and then, the corrosion products distribution called corrosion products layer on the steel bar in concrete is revealed. The distribution before corrosion cracking; the corrosion products distribute on the half circumference of the steel bar facing the concrete cover only, and the distribution has the shape of a half ellipse. Because of expansive characteristic of corrosion products, the distribution pattern of the corroded part of the steel bar section is proportional to the distribution of the corrosion products layer. Therefore, the configuration model of corroded steel bar section is built.     

锈蚀钢筋与混凝土粘结应力模型研究

研究了混凝土保护层胀裂时及胀裂前锈蚀对无横向约束光圆钢筋混凝土试件粘结性能的影响机理。应用弹性力学理论,建立了锈胀力计算模型,推导出了保护层胀裂时刻钢筋锈蚀深度的计算表达式;结合已有研究成果,建立了钢筋表面摩擦系数计算公式;在综合考虑锈胀力作用及钢筋表面状况变化对粘结强度影响的基础上,提出了光圆钢筋粘结应力计算模型,并通过多个试验结果对理论模型进行了验证,结果表明计算值与试验值吻合良好,从而定量阐明了保护层锈胀裂前光圆钢筋粘结应力随锈胀力增长及钢筋表面摩擦系数增大而增长的内在机理。     

基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件抗力的研究

氯化物是钢筋混凝土结构在正常使用寿命期内可能遇到的一种不利的侵蚀介质。混凝土中钢筋表面的氯离子浓度超过一定的限值，钢筋就可能会发生锈蚀：锈蚀的钢筋会导致混凝土构件的承载力下降。通过对国内外研究成果的总结，讨论了基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件的抗力计算模式，为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考。     

基于氯盐侵蚀的海底隧道寿命预测模型研究

基于氯盐侵蚀把海底隧道的寿命周期分为三个阶段:氯离子扩散阶段、钢筋锈蚀阶段和保护层开裂阶段,对钢筋锈蚀阶段又进行了量化细分,从氯盐腐蚀的三个阶段分析了海底隧道的耐久性,并推导了使用公式,最后对厦门翔安海底隧道进行了耐久性寿命计算,并与DuraCrete模型进行了比较,分析结果显示该模型与DuraCrete模型相近,为今后的海底隧道耐久性寿命预测研究提供了一种新思路,为可靠度分析提供了参考.     

基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件抗力的研究

氯化物是钢筋混凝土结构在正常使用寿命期内可能遇到的一种不利的侵蚀介质。混凝土中钢筋表面的氯离子浓度超过一定的限值,钢筋就可能会发生锈蚀;锈蚀的钢筋会导致混凝土构件的承载力下降。通过对国内外研究成果的总结,讨论了基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件的抗力计算模式,为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考。     

电化学检测技术在混凝土内钢筋腐蚀研究中的应用现状与展望

钢筋腐蚀引起的混凝土结构耐久性的退化目前己成为混凝土研究领域关注的课题。钢筋腐蚀的机理是钢筋表面阴极和阳极之间的电化学反应；钢筋腐蚀速度的准确检测是结构的耐久性评估、可靠度计算、剩余寿命预测以及工程加固的前提。目前在钢筋腐蚀速度检测方面，电化学检测技术因其设备简单、测量精度高且适合于现场检测而越来越受到人们重视。本文就电化学技术在研究混凝土内钢筋腐蚀机理、检测混凝土内钢筋腐蚀速度等方面的应用现状进行了总结，并对今后需进一步研究的工作进行了探讨。