钢筋锈蚀导致混凝土构件保护层胀裂的全过程分析

本文描述了从钢筋锈蚀开始直至因钢筋锈蚀而导致混凝土保护层胀裂的整个过程，包括铁锈自由膨胀阶段、混凝土保护层受拉应力阶段和混凝土保护层出现胀裂裂缝阶段，总锈蚀深度是3个阶段深度之和。据此，建立了混凝土保护层胀裂时钢筋锈蚀深度的计算模型，以计算该时刻的钢筋锈蚀深度。分析了影响混凝土保护层胀裂时钢筋锈蚀深度的各个因素，包括混凝土水泥石毛细孔的体积、混凝土保护层的厚度、钢筋直径和铁锈膨胀率。与已有的试验结果对比表明。本文建立的混凝土保护层胀裂时钢筋锈蚀深度的计算模型，与试验结果符合较好。     

基于断裂力学的钢筋混凝土保护层锈胀开裂模型

本文基于钢筋均匀锈蚀时混凝土的开裂试验现象建立了混凝土保护层开裂的计算模型,考虑了混凝土和钢筋的实际变形情况以及混凝土界面中的原始裂纹与缺陷,裂纹在钢筋锈蚀膨胀作用下的起裂、扩展情况,利用断裂力学和弹性力学得到了混凝土保护层开裂时钢筋的膨胀力和均匀锈蚀率的理论预测模型.分析了影响钢筋锈胀开裂的诸多因素,认为混凝土保护层厚度的增加、混凝土材料界面相的加强、混凝土断裂韧度的提高和钢筋直径的变小都有利于钢筋混凝土结构耐久性的提升.理论模型计算结果与试验数据的对比表明,本文模型可用于混凝土亮中钢筋锈蚀胀裂的预测.     

粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂裂缝形态试验研究

在普通混凝土钢筋锈蚀研究的基础上,围绕粉煤灰混凝土中钢筋锈蚀机理、影响粉煤灰混凝土中钢筋锈蚀的因素以及粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂条件等内容展开,并通过电化学快速锈蚀的方法进行粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂试验,对影响粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂裂缝形态的因素进行了分析。结果表明:保护层厚度和钢筋间距不同对粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂裂缝形态的影响较为明显。     

混凝土构件锈蚀胀裂时的钢筋锈蚀率

本文建立了由于钢筋锈蚀导致的混凝土保护层胀裂时的钢筋混凝土构件的力学模型，应用弹性力学理论得到了混凝土保护层胀裂时的钢筋锈蚀率的解析表达式，并讨论了与混凝土保护层胀裂时的钢筋锈蚀率相关的各个影响因素，得到以下结论：随着混凝土保护层厚度和混凝土等级的增加，混凝土胀裂时的钢筋锈蚀率会增大；混凝土内钢筋直径的减小，也会导致混凝土胀裂时钢筋锈蚀率的增加；不同的钢筋锈蚀产物，有着不同的铁锈膨胀率，随着铁锈膨胀率的减小，混凝土保护层胀裂时的钢筋锈蚀率增大；而铁锈的名义弹性模量和名义泊松比对混凝土保护层胀裂时的钢筋锈蚀率影响很小。     

钢筋锈蚀率的概率模型及时变可靠度分析

氯离子引起的钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构性能劣化的主要原因,因此有必要对钢筋锈蚀率的计算进行详细研究。考虑钢筋锈蚀过程中各影响因素的不确定性,将钢筋初锈时间和保护层开裂时间作为随机变量,首先分3种情况建立钢筋锈蚀率的计算模型;然后通过Monte Carlo模拟对锈蚀率进行概率分析,确定锈蚀率的概率分布类型和统计参数,最后根据收集的试验数据建立钢筋混凝土受弯构件剩余承载力与钢筋锈蚀率的关系,对受腐钢筋混凝土受弯构件进行时变可靠度分析。研究表明:钢筋锈蚀率服从正态-正态双峰分布;暴露时间越长,钢筋未锈蚀和混凝土保护层未开裂的概率越小;构件可靠度随时间的增加明显降低。     

轴压作用对保护层锈胀开裂的影响机制

研究了轴压应力对钢筋锈蚀导致混凝土保护层胀裂历程的影响。采用DIANA软件构建了保护层受钢筋非均匀锈胀作用的三维仿真模型,建立了在轴压作用下,受围压约束裸筋与混凝土内钢筋横向变形等效的方法,有效解决了对混凝土柱同时施加轴压和非均匀锈胀作用的难题。在此基础上,对不同负载水平和配筋方式的24根轴压柱的锈胀开裂历程进行了数值分析,探讨了轴压应力大小对锈胀裂缝扩展和胀裂各阶段特征锈蚀率的影响规律,并分析了轴压应力水平与混凝土强度、相对保护层厚度等其他锈胀开裂影响因素间的相关性。结果表明:轴压应力的存在改变了混凝土构件锈胀裂缝的发展趋势,影响了保护层锈胀开裂各阶段的钢筋锈蚀率;构件内多根钢筋锈蚀导致保护层破损的形态及其发生整体剥落的可能性受轴压应力水平影响显著,相同条件下随轴压应力增大,保护层发生整体剥落的可能性大大增加;钢筋非均匀锈蚀比均匀锈蚀更容易使保护层胀裂,且两者间的差异随轴压应力水平增加而加大;施加轴压应力不会改变混凝土强度和相对保护层厚度对锈胀裂缝发展的影响规律。     

混凝土表面开裂时间评估的概率方法

基于混凝土保护层开裂问题的近似解析解和蒙特卡罗算法,确定获得稳定数值结果的最小模拟次数,并获得了与各随机参数相对应的混凝土表面开裂时间的均值和变异系数。基于数值模拟结果,证实了当每个参数都服从正态分布时,混凝土表面开裂时间也是一个正态分布的随机变量。定量评价了保护层厚度均值和变异系数对混凝土表面开裂时间的影响。     

锈蚀钢筋混凝土方桩水平承载性能退化规律

为研究锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能的退化规律,根据Fick第二定律,建立氯离子在钢筋混凝土方桩中的扩散模型,并根据初始和边界条件,求得扩散方程的解析解。依据厚壁圆筒模型,推导了钢筋混凝土方桩保护层锈胀开裂时的钢筋临界锈蚀深度。基于Faraday定律,对钢筋混凝土方桩钢筋的锈蚀深度和保护层锈胀开裂时间进行预测。在此基础上,通过引入钢筋混凝土方桩桩身抗弯刚度退化系数,进而对海洋环境下锈蚀钢筋混凝土方桩的水平承载性能进行分析。结果表明:海洋环境下由于氯离子的扩散引起的钢筋锈蚀对于钢筋混凝土方桩的水平承载性能有显著影响;随着暴露时间的增加和暴露条件的恶劣,桩身抗弯刚度明显退化,桩身负剪力、桩身水平位移和桩身弯矩的最大值逐渐增大;荷载条件相同情况下,与桩身剪力以及弯矩相比较,暴露时间对于桩身的水平位移所起到的作用更为明显。研究成果可为海洋环境下钢筋混凝土桩基础的设计提供参考。     

水灰比对水工混凝土中钢筋锈蚀的影响

本文通过电化学试验方法，探讨了非开裂状态下混凝土的水灰比对混凝土中钢筋锈蚀的影响规律，以研究钢筋锈蚀破坏引起的水工混凝土结构失稳破坏。研究表明，降低水灰比，可以延长钢筋开始锈蚀的时间；进入稳定锈蚀阶段后，水灰比越小，稳定腐蚀电流密度就越小，水灰比与稳定腐蚀电流密度存在一定的函数关系，且数据相关性良好。进一步研究表明，降低水灰比能有效改善混凝土-钢筋界面区的微观结构，降低了界面区的氧气含量，同时也减少了界面区的毛细孔水及层间水含量，氧气和水含量的减少降低了钢筋锈蚀速率。因此，非开裂状态下的混凝土，降低其水灰比能有效延缓混凝土中钢筋的锈蚀。     

考虑钢筋锈蚀的混凝土材料劣化仿真

水工混凝土工程长期处于复杂的工作环境中,在各类因素的综合影响下其钢筋材料极易出现锈蚀现象,导致钢筋混凝土材料整体力学性能劣化,是影响水工混凝土结构耐久性失效的重要原因。为此,在已有钢筋混凝土分离式模型和混凝土损伤模型的基础上,进一步考虑钢筋锈蚀对材料力学性能的影响,通过算例分析了钢筋锈蚀后的锈胀作用以及对混凝土受弯构件抗弯性能的影响,得到了锈胀作用下混凝土保护层的损伤破坏模式以及梁抗弯能力将随着锈蚀率增大而降低的客观规律,能够为后续研究水工混凝土结构处于钢筋锈蚀后的结构安全问题提供理论基础。     

混凝土中钢筋不均匀锈胀的数值模拟及锈蚀产物量的预测

基于实际工程中锈蚀钢筋的取样检测分析，提出了钢筋不均匀锈蚀的动态轮廓线模型，通过改变模型中的锈层厚度系数，得到了不同锈蚀程度的钢筋作用于孔洞周围混凝土的锈胀位移，用有限元软件ANSYS8.0模拟了锈胀过程，得到了锈胀裂缝扩展到混凝土表面时的临界锈层厚度系数, 在此基础上推导了胀裂时锈蚀产物量的预测公式。通过试验数据对本文提出的方法进行了验证，结果表明锈胀开裂的数值模拟和胀裂时锈蚀产物量的预测结果与试验结果吻合较好。     

基于混凝土断裂的钢筋锈胀力预测模型

保护层锈胀开裂是钢筋混凝土结构耐久性极限的一个重要标志,将弹性力学和线弹性断裂力学方法相结合,建立了钢筋均匀锈胀力的预测模型;与其他预测方法的比较证明了该模型的有效性。结合经验公式,建立了锈胀开裂时钢筋锈蚀量预测模型,对实验数据的分析证明该模型预测准确。     

大田港闸混凝土结构耐久性检测与分析

为了解大田港闸老化病害的程度和原因,按照规范要求对该水闸混凝土结构进行外观质量和耐久性检测分析。结果表明,水闸混凝土结构外观破损明显,露石露砂、顺筋裂缝、钢筋锈蚀、混凝土破损剥落等现象严重;引起破坏的主要原因是混凝土施工质量较差,钢筋保护层厚度不足,钢筋保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀胀裂,而水流冲刷磨蚀是水闸过流结构破坏的主要形式。