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。     

人工气候与恒电流通电法加速锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能比较研究

采用人工气候环境和恒电流通电法对钢筋混凝土梁进行加速锈蚀试验,以钢筋混凝土梁底顺筋锈胀裂缝宽度为标准,对钢筋表面锈蚀特征、锈蚀钢筋力学性能、以及锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能进行了试验研究与比较分析。由于人工气候环境与恒电流通电法使混凝土内钢筋锈蚀的电化学机理不同,试验结果表明:在混凝土表面顺筋锈胀开裂宽度相同条件下,两种环境引起的钢筋表面锈蚀特征、锈蚀钢筋名义强度和延伸率、锈蚀钢筋混凝土梁承载能力与延性均有明显的差异。人工气候环境模拟自然环境气候过程,并强化了气候因素的老化作用,使混凝土内钢筋锈蚀具有相同的电化学机理,并达到加速锈蚀的目的,将对进一步研究钢筋锈蚀程度对结构性能退化影响具有重要的学术和实际意义。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能评估

考虑钢筋锈蚀引起的钢筋和混凝土的粘结力下降和锈胀力引起的钢筋周围混凝土双向受力状态,建立了锈蚀开裂前钢筋混凝土梁的抗弯承载力评估模型;应用无粘结预应力钢筋应力计算方法,又建立了锈蚀开裂后钢筋混凝土梁抗弯承载力评估模型。通过试验结果验证表明:建立的抗弯承载力模型与试验结果吻合较好,可用于锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力评估计算。     

锈损不锈钢钢筋混凝土梁受弯性能退化试验研究

为了得到海洋环境下不锈钢钢筋混凝土梁的服役性能演变规律,给结构性能评价和使用寿命评估提供可靠数据,采用加速锈蚀试验方法获取了不同锈蚀状态的不锈钢钢筋混凝土梁,开展了受弯性能试验研究,测试了纵筋的质量锈蚀率、主裂缝区域的纵筋锈蚀率和锈胀裂缝宽度,探讨了锈蚀对受弯梁破坏模式、裂缝开展和承载力的影响规律,并对不锈钢钢筋与普通钢筋混凝土梁的锈蚀特征与承载力的差异性及其主要原因加以分析。结果表明：相比普通碳素钢,不锈钢钢筋锈后形态更倾向于坑蚀,因而在相同的质量锈蚀率下,不锈钢钢筋混凝土梁承载力退化更为严重;不锈钢中铁元素含量较低,在相同的锈蚀时间下不锈钢锈蚀产物膨胀率较小,使得不锈钢钢筋混凝土构件的锈胀裂缝发展较为缓慢;由于锈胀裂缝的存在,受拉混凝土极易大块剥落,裂缝发展迅速;影响不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载力的最主要因素是主裂缝附近区域内的不锈钢钢筋局部锈蚀率。不考虑不锈钢钢筋的非线性强化,基于锈蚀钢筋名义强度和平截面假定得到了不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载能力计算模型,采用该模型得到的计算值与试验结果吻合较好,模型可以很好地反映锈损梁的受弯性能退化规律。     

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。     

不同因素下钢筋混凝土裂缝宽度与锈蚀率的关系

锈胀开裂是钢筋混凝土桥梁在腐蚀环境下最常见的灾害。试验设计了12个钢筋混凝土构件,放入盐水中进行通电加速锈蚀,并测得锈胀裂缝宽度。文章研究了在保护层厚度不变的情况下,不同水灰比和钢筋直径对锈胀裂缝宽度与锈蚀率之间关系的影响,对钢筋混凝土结构耐久性设计提供一定的参考。     

荷载作用下开裂钢筋混凝土梁锈胀开裂模式及锈蚀分布研究

为提高混凝土结构的服役性能,对混凝土保护层的锈胀开裂过程进行研究。对荷载作用下锈蚀18个月的内掺氯盐钢筋混凝土梁的截面锈胀裂缝分析发现：环向裂缝宽度沿径向呈指数函数变化;锈胀裂缝的开裂模式、锈蚀产物与钢筋混凝土受力状态、骨料及裂缝的相对位置均密切相关;保护层破坏以层状破坏为主。通过研究提出,在对锈蚀钢筋混凝土梁进行承载力分析时,建议剪压区不考虑受压混凝土保护层的作用,对剪拉区和弯拉区钢筋与混凝土之间的黏结性能要进行折减。     

混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型

通过对在自然环境下经历2 a干湿循环作用的锈蚀钢筋混凝土试件的试验研究,探讨了保护层锈胀开裂后钢筋的锈损程度及其影响因素.依据试验结果,运用数理统计相关知识,对试件的锈蚀特征进行分析,建立了与保护层厚度、表面裂缝宽度、钢筋直径、混凝土强度等级及箍筋间距相关的混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型;对模型进行参数敏感性分析表明,表面纵向锈胀裂缝宽度是影响钢筋锈蚀深度的最主要因素,除其他因素外,箍筋间距对纵向钢筋锈蚀深度也具有一定影响,且随箍筋间距减小影响程度逐渐显著;经试验验证,所建立模型具有较强的适用性.     

纵筋锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪性能影响

为深入了解纵筋锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响,对3根不同锈蚀程度和1根未锈蚀的钢筋混凝土梁进行跨中加载试验。首先,利用静电流加速试验,即将试件浸泡在3%Na Cl溶液中并外加直流电,通过控制通电时间,获取不同锈蚀程度的钢筋混凝土梁。然后,采用简支梁静力试验分析纵筋锈蚀程度、锈胀裂缝平均宽度和最大宽度对梁抗剪承载力的影响,并与其他相关研究进行对比分析。研究表明:试验梁的抗剪承载力随着锈蚀率、锈胀裂缝平均宽度或锈胀裂缝最大宽度的增大而减小。试验梁的破坏形态由剪跨比决定,纵筋锈蚀程度只影响试验梁抗剪承载力的大小,不对试验梁的破坏形态产生影响。     

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。     

Concrete cracking prediction under combined prestress and strand corrosion

This study investigates strand corrosion-induced concrete cracking under various prestress experimentally and analytically. Experimental data on the critical time of cover cracking, crack width and corrosion loss obtained from the accelerated corrosion test are presented and discussed. The expansion ratio of strand corrosion products is estimated based on the infrared spectroscopy and thermal gravimetry. An analytical model, incorporating the coupled effects of prestress and strand corrosion, is proposed to predict the global process of concrete cracking from initiation to propagation. Strand rust-expansion ratio and the residual stiffness of cracked concrete are also included in the model. Results show that prestress can accelerate the corrosion-induced cracking process. By varying prestress from 0 to 75% strand tensile strength, the critical time of cover cracking decreases 22% and the crack propagation rate increases 9%. It is found that the proposed model is accurate in predicting corrosion-induced crack width in prestressed concrete beams.     

混凝土构件中钢筋锈蚀的中子断层扫描成像

制备了小型混凝土构件,通过三点弯曲诱导裂缝和氯盐溶液干湿循环加速其中钢筋锈蚀,采用自然电位法监测钢筋的腐蚀电位,并采用中子断层扫描成像技术对钢筋锈蚀产物分布进行了分析.结果表明:钢筋混凝土构件经过85次氯盐溶液干湿循环后,采用中子断层扫描成像技术对其进行三维扫描成像,可直观呈现钢筋锈蚀产物分布状况;钢筋锈蚀产物集中分布于裂缝断面钢筋与基体界面的底部区域,并沿界面逐渐向外扩展,符合氯盐诱导钢筋锈蚀的坑蚀规律.这为研究混凝土结构中钢筋的锈蚀机理提供了一种新的试验方法.     

钢筋混凝土结构锈胀寿命分析

通过试验和工程实测数据,建立了大气环境条件下混凝土中钢筋锈蚀速度和混凝土保护层开裂时锈蚀深度的预测模型。运用可靠度的原则,计算了钢筋混凝土结构的顺筋开裂耐久年限及对应的可靠指标,分析了影响钢筋混凝土结构顺筋开裂耐久性的主要因素。     

考虑钢筋锈蚀的纳米SiO2强化再生骨料混凝土梁受力性能研究

采用纳米强化再生骨料表面的措施来改善再生骨料性能,分别考虑强化液中纳米SiO₂掺量、再生粗骨料取代率的影响,设计制作了1根普通混凝土基准梁和8根再生骨料混凝土矩形截面梁,采用内置近距离小阴极的方法对梁内受力钢筋进行通电非均匀加速锈蚀,待受拉主筋锈蚀到一定程度后进行四点受弯加载,对加载过程中的裂缝开展情况、荷载-挠度曲线以及极限承载力进行了记录及分析。考虑钢筋锈蚀率及再生骨料取代率等因素的影响,对锈胀开裂之后的再生骨料混凝土梁的承载力计算公式进行了修正,得出了可用于设计的受弯承载力计算公式。结果表明:相同锈蚀程度下,强化再生骨料混凝土梁的抗弯承载力比天然骨料混凝土有所降低,其中25%再生骨料取代率时承载性能退化较多,抗弯承载力下降19.3%; 混凝土裂缝开展趋势较为一致,最大裂缝宽度随钢筋锈蚀程度增加而增大,随纳米SiO₂掺量增加先减小后增大; 近距离小阴极通电可实现混凝土内钢筋的加速非均匀锈蚀; 所提出的方法及获得的结论有助于推动再生骨料混凝土在沿海等不利环境中的应用。     

MCD钢筋锈蚀监测仪的设计与应用

根据钢筋混凝土结构内钢筋与铁锈、水、混凝土等介质磁导率的巨大差异,组装了一种基于磁介质理论的钢筋锈蚀监测仪(MCD钢筋锈蚀监测仪),包含内埋传感器、数据采集器和电脑软件系统.通过该监测仪的标定试验得到的电压变化率与钢筋锈蚀率为良好的线性关系,可以根据线性拟合公式定量检测钢筋的锈蚀率.传感器内埋钢筋混凝土梁通电加速锈蚀试验表明:MCD钢筋锈蚀监测仪具有较高的测量精度;计算锈蚀率的时变曲线可以反映混凝土中钢筋锈蚀的动态变化.     

锈胀开裂后钢筋混凝土粘结滑移本构关系研究

采用外加电流加速钢筋锈蚀的方法,控制试件表面不同锈胀裂缝宽度.在钢筋开槽、内贴应变片的半梁式粘结试验的基础上,根据实测结果和理论分析,获得不同试件锚固长度内粘结应力及钢筋混凝土相对滑移的分布规律,推导出τ-s关系沿锚固长度的变化规律,从而提出了不同锈胀程度下,反映这种变化规律的位置函数ψ(x),建立考虑锚固位置影响的锈后钢筋混凝土粘结滑移本构关系,为锈后钢筋混凝土构件的有限元分析计算提供依据.     

高强钢筋轻骨料混凝土梁短期裂缝试验研究

进行了10根配置400MPa和500MPa高强纵筋的陶粒轻骨料混凝土梁受弯性能试验,获得了10组裂缝间距和39组短期裂缝宽度数据,并收集了国内外27根高强钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝试验数据。采用以上数据,分析了钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝特征,并评估了JGJ 12—2006《轻骨料混凝土结构技术规程》中裂缝计算公式的适用性。结果表明,JGJ 12—2006的短期裂缝特征值计算方法仍适用于高强钢筋轻骨料混凝土梁,但按其公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度与试验值有一定偏差,二者之比的均值为0.992、1.276和1.037,因此建议对JGJ 12—2006中公式的部分参数进行修正。通过对试验数据的回归分析,得到了梁侧面受拉纵筋中心处裂缝宽度的修正计算式,以及梁侧面受拉钢筋中心处与受拉边缘裂缝宽度的换算关系式,建议公式计算得到的裂缝宽度和试验值吻合较好。