钢筋腐蚀产物实时检测的再钝化机理分析

利用拉曼光谱技术,实时检测混凝土/钢筋界面腐蚀产物的成分.通过比较人工加速碳化处理、强加阳极电流加速腐蚀和再碱化处理前后混凝土/钢筋界面腐蚀产物的变化,研究电化学再碱化技术的再钝化机理.结果表明,施加阳极电流可以加快碳化混凝土中钢筋的腐蚀速度,其腐蚀产物主要成分为绿锈;电化学再碱化处理过程中,绿锈先是被还原为Fe(OH)_2,同时生成氧化物Fe_3O_4;再碱化处理结束180 d后,Fe(OH)_2被氧化成δ-Fe OOH,Fe_3O_4转化成γ-Fe_2O_3,但一旦通入阳极电流,经过再碱化处理的混凝土内的混凝土/钢筋界面重新生成绿锈,而强加阳极电流并不能加快非碳化混凝土中钢筋的腐蚀速度.研究表明,电化学再碱化技术能够在一定程度上增加混凝土的碱性,降低钢筋的腐蚀活性,但是钢筋不会被再钝化.     

外加电源式再碱化处理的耐久性探究

为了探究利用外加电源方式对钢筋混凝土进行再碱化处理的耐久性效果,人工碳化钢混板经过85 d的再碱化处理后,在恒温恒湿实验室里存放540 d,然后在室外自然老化360 d.期间,采用多种分析化学方法（酚酞指示剂法;混凝土粉样测试法;原子吸收光谱法）对混凝土的再碱化程度进行量化分析,同时应用多种电化学技术（自由电势、线性极化电阻技术、电化学阻抗技术）对钢筋腐蚀的活性变化进行评估.实验结果表明：采用外加电源方式对碳化钢筋混凝土进行再碱化处理后,混凝土保护层可在一定程度上被有效的再碱化,且具有很好的耐久性,但钢筋腐蚀的活性只在短期内（360 d 左右）有效下降,900 d后,其活性又恢复到处理前的水平.     

碳化混凝土再碱化后的微观结构实验研究

运用压汞测孔法(MIP)对影响电化学再碱化混凝土的微观结构主次因素进行实验研究,结果表明,电流密度的影响最大,其次是再碱化时间和电解质溶液浓度.本试验最优电化学再碱化组合是电流密度为3A/m2,采用1 mol/L的电解质溶液,再碱化时间为14 d.对于标准养护、实验室加速完全碳化以及实施再碱化修复的混凝土孔隙率的测定结果表明,再碱化对混凝土的总孔隙率和孔径分布的影响都很大,混凝土的累积孔隙体积有所减少,孔径分布偏向于凝胶孔,且其微观结构均匀密实,说明再碱化可以改善混凝土的孔结构,提高混凝土的耐久性能.     

碳化腐蚀预应力空心板疲劳特性试验研究

为了研究碳化侵蚀作用下耐久性损伤预应力空心板梁疲劳特性,基于相似性原理,依据实际桥梁结构中常用的20 m跨径预应力混凝土空心板梁结构参数,按照0.1的相似比设计并制作预应力混凝土空心板梁模型,在对其进行碳化侵蚀耐久性试验(轻、重两种侵蚀程度)的基础上,分别对其开展静载破坏试验、结构疲劳试验等.研究碳化腐蚀程度对结构动静力参数及疲劳寿命的影响,以及疲劳加载次数对试验构件动静应变、挠度、振动频率及阻尼的影响.建立碳化侵蚀程度与结构疲劳特性间的相关关系.试验结果表明,随着碳化腐蚀程度的增加,试验板疲劳寿命逐渐降低并发生疲劳脆性破坏,重度碳化试验板疲劳寿命急剧减少,同时结构动静力参数受疲劳加载次数的影响显著.     

混凝土碳化机理、影响因素及预测模型

为寻找碳化混凝土的处理方法、防止混凝土碳化,总结了影响混凝土碳化的因素及其对混凝土碳化的影响,介绍了国内外学者提出的碳化预测模型.发现了导致钢筋表面的钝化膜破坏以致钢筋锈蚀,是造成混凝土结构耐久性劣化、影响混凝土结构寿命的重要因素.提出了对碳化混凝土的处理方法和防止混凝土碳化的措施.     

荷载与氯化物耦合作用下高性能混凝土中钢筋锈蚀试验

为研究高性能混凝土(HPC)在通电加速锈蚀环境下,氯离子侵蚀和荷载耦合作用对其中钢筋锈蚀影响的规律和机理,以粉煤灰单掺、粉煤灰与矿渣复掺、阻锈剂以及应力水平为变量因素,设计了12组HPC配合比并分别制作内置两根钢筋的小梁试件.采用PARSTAT 4000电化学工作站对混凝土内钢筋进行腐蚀速度测试,并通过观测腐蚀产物更直观掌握钢筋的锈蚀情况.试验结果表明,荷载明显地增加了试件中钢筋的锈蚀程度;掺入不同矿物掺和料和阻锈剂可以明显改善HPC中钢筋的锈蚀情况,降低钢筋的失重率,其保护层最大开裂宽度也得到明显控制.在试验基础上提出了具有高抗锈蚀性能的高性能混凝土配合比建议,为工程应用提供技术支持.     

混凝土内部钢筋的腐蚀及使用寿命

目的 为了探讨混凝土内部钢筋的腐蚀机理,便于能够对结构恶化问题提供不同的解决方法,提高混凝土结构的使用寿命.方法 通过研究碳化腐蚀和氯化物腐蚀来预测钢筋混凝土结构的使用寿命.混凝土碳化使用寿命预测认为混凝土中钢筋一旦开始锈蚀,则在较短的时间内就会引起混凝土保护层开裂、脱落,致使结构构件的承载力下降,从而严重影响其使用寿命.因此,碳化使用寿命预测是将钢筋开始锈蚀的时间作为结构构件适用性终结标志.并与一般劣化外力作用的计算方法进行对比.结果 保护层厚度和混凝土类型及环境湿度影响混凝土内部钢筋的腐蚀,进而影响结构的使用寿命.通过分析工程状况可知,混凝土保护层厚度过薄是导致桥梁结构过早破坏的主要原因之一.结论 通常为了获得尽量长寿命的结构,必须设计足够的混凝土保护层厚度.在设计中要尽量控制好保护层厚度和混凝土配合比,以提高结构的耐久性.     

钢筋在混凝土模拟孔溶液及水泥净浆中的腐蚀电化学行为

采用动电位扫描法研究钢筋在混凝土模拟孔溶液中腐蚀电化学行为，获得了不同ＰＨ值和氯离子含量对影响钢筋局部锈蚀的临界关系。采用交流阻抗技术研究了钢筋／混凝土模拟孔溶液和钢筋／水泥净浆体系的界面电化学反应机理及其电化学反应模型。结果表明，在高碱性、低氯离子含量或除氧条件下，钢筋在混凝土中将不发生严重局部腐蚀，钢筋的腐蚀化学反应主要受扩散传质过程控制。     

混凝土结构碳化寿命的时变可靠度分析

在一般大气环境下,混凝土结构的耐久性问题主要是由于碳化引起的钢筋锈蚀问题.碳化造成混凝土结构从新建到最终失效破坏过程包括:混凝土中钢筋开始发生锈蚀;混凝土保护层开始出现顺筋裂缝;裂缝宽度达到不容许值或混凝土保护层锈胀剥落等三个阶段.采用拟Monte-Carlo随机模拟方法,计算了以上述三个状态作为极限我状态所对应的时变失效概率,计算结果令人满意.该方法可以应用于混凝土结构受钢筋腐蚀破坏的耐久性寿命预测中.     

混凝土梁电化学修复后的耐久性能及力学特征

电化学修复技术可对耐久性劣化的混凝土结构进行耐久性提升,然而也会引起黏结性能降低、混凝土孔隙结构改变、钢筋氢脆等负面效应,进而影响构件整体的服役性能.为探明电化学除氯和双向电迁处理后混凝土梁的耐久性能及力学性能,本文结合氯离子含量梯度变化和弱极化曲线等对比分析了电化学修复后梁的抗腐蚀性能,结合荷载挠度曲线、钢筋与混凝土应变、裂缝分布等对比分析了静力力学性能.研究结果表明:电化学修复能有效去除钢筋表面氯离子,使钢筋恢复钝化,但钢筋笼内氯离子迁移效率相对较低;通电参数选取较小时电化学修复不影响混凝土梁的刚度和承载能力,但通电量较大时承载能力减小,延性退化较为明显.基于试验结果,本文建议电化学修复采用的通电参数需综合考虑耐久性提升效果及对力学性能损伤作用,以满足结构耐久性和安全性的要求.     

钢筋混凝土梁电化学锈蚀及受弯承载力试验研究

设计电化学加速锈蚀试验,对钢筋混凝土梁进行加速退化,并对混凝土梁中钢筋锈蚀程度进行宏观、定量评定. 通过对试验梁锈蚀后的加载试验,研究了钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁受弯承载力的影响. 试验结果表明:钢筋锈蚀对于钢筋混凝土梁的破坏形式和受弯承载能力有影响;严重的钢筋锈蚀对梁的刚度有明显的影响;钢筋对弯曲裂缝开展的抑制作用随着锈蚀程度的加深而降低.     

锈蚀疲劳后混凝土中钢筋力学性能试验

为研究锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的力学性能退化规律,对锈蚀钢筋混凝土梁疲劳破坏后取出的梁内主筋进行轴向拉伸试验,结合试验得到的锈蚀疲劳钢筋的应力-应变曲线,定量化地提出了锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的本构关系模型,并对模型计算值与试验实测值进行对比验证.试验结果表明,未锈蚀钢筋在疲劳循环200万次后表现出与原状钢筋相同较好的延性破坏特征,疲劳作用对未锈蚀钢筋的力学性能没有实质影响;锈蚀疲劳后钢筋的应力-应变曲线发生了显著变化:屈服台阶特征改变、延伸率减小、屈服强度降低,变化幅度的大小与锈蚀疲劳程度有关,软钢不同程度地硬化;疲劳裂纹的出现使得钢筋在极低的延伸率下即突然拉断破坏,强度大幅降低,延性几乎完全丧失.     

局部锈蚀钢筋混凝土梁承载力试验研究

为模拟实际构件中的局部锈蚀现象,通过外加电流对位于钢筋混凝土梁端部与跨中局部区段的受拉钢筋进行加速锈蚀,并研究其力学性能与变形性能.结果表明：随着锈蚀程度的增加,局部锈蚀梁承载力明显下降,挠度显著增大,刚度减小;跨中锈蚀的影响程度高于端部锈蚀;截面变形基本符合平截面假定.     

锈蚀钢筋横截面积分布规律统计分析

检测确定钢筋的锈蚀特征参数是进行锈蚀钢筋混凝土结构性能评定的基础。通过电化学加速锈蚀试验获得不同锈蚀程度的钢筋,采用三维激光扫描技术建立锈蚀钢筋的三维几何模型,并提取相关的锈蚀特征参数。然后基于概率理论统计分析锈蚀钢筋平均截面锈蚀率与最大截面锈蚀率、锈蚀不均匀系数之间的相关性,建立了锈蚀不均匀系数的概率分布模型。研究表明:随着锈蚀程度的增大,最大截面锈蚀率和锈蚀不均匀系数均呈幂函数增长,并与锈蚀钢筋的直径有关;锈蚀不均匀系数服从广义极值分布,其概率分布的形状参数、尺度参数和位置参数均随锈蚀程度的增大而线性增大,并与锈蚀钢筋的直径和单元长度有关。     

锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁试验研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土梁采用钢板锚贴加固后的力学性能,设计了12根钢筋混凝土梁,以设计锈蚀率为10%进行电化学快速锈蚀。在锚贴钢板加固前进行预压试验,裂缝宽度控制为0.2 mm。按保护层厚度分为3组,每组1根对比梁,其余3根分别按钢板厚度3、4、5 mm进行锚贴钢板加固。加载对比试验研究表明：锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁的跨中截面应变基本符合平截面假定,正常使用性能得到明显改善,且极限承载力亦有明显提高。锚贴钢板有效地减小了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度和裂缝延伸高度,在相同保护层和锈蚀率相近时,钢板厚度增加3~5 mm导致其挠度减小,且减小幅度为13%~51%。保护层厚度对加固梁的极限承载力影响不明显。     

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.     

基于非均匀锈蚀的带肋钢筋黏结性能

根据钢筋的非均匀锈蚀特征,研究锈蚀带肋钢筋与混凝土间的黏结性能.基于未锈蚀带肋钢筋黏结强度的微观受力模型与均匀锈蚀带肋钢筋黏结性能模型,考虑钢筋的实际锈蚀为非均匀锈蚀,利用弹性力学方法建立带肋钢筋黏结强度的预测模型,推导出锈蚀带肋钢筋与混凝土间的极限黏结强度.分析无横向约束的锈蚀钢筋极限黏结强度,对混凝土开裂时刻钢筋的临界锈蚀深度进行预测.试验结果与理论预测结果吻合良好,采用该模型可以较准确地反映钢筋实际锈蚀后黏结强度的变化情况.     

锈蚀双筋混凝土梁抗弯承载力计算模型分析

为完善和发展锈蚀钢筋混凝土结构的计算方法,基于混凝土结构中钢筋锈蚀后,锈蚀钢筋的截面损失、力学性能下降,钢筋和混凝土之间的粘结性能退化,钢筋锈胀力导致混凝土锈胀开裂等因素,将造成钢筋混凝土梁的承载能力及整体刚度都会有所下降的事实。借鉴已有的研究成果,得到了钢筋不同锈蚀率对钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土间协同工作的影响公式,并结合现有的关于钢筋混凝土梁抗弯承载力的规范计算方法,建立了锈蚀双筋混凝土梁抗弯承载力的计算模型。最后,利用所建立的计算模型对已有的试验成果进行了验证分析,结果表明,所建立的的计算模型能够与试验结果较好地吻合。     

Property of corroded concrete under compressive uniaxial loads

In order to study the compressive property of corroded concrete, accelerated corrosion test were performed on concrete C30.6 corrosive solutions, including hydraulic acid solution （pH=2）, hydraulic acid solution （pH=3） were applied as the corrosive medium. 6 series of corrosion tests, including 111 specimens, were carried out. Mechanical properties of all the corroded specimens were tested respectively. Compressive properties of the corroded specimens （e.g. compressive strength, stress-strain relation, elastic modulus etc.） were achieved. Taking the strength degradation ratio and strain energy loss as damage index, effects of the corrosion solution on the compressive property of corroded concrete were discussed in detail. Relationship between the damage index and corrosion state of specimens were achieved.