温度和湿度对钢筋腐蚀控制模式及速率的影响

结合理论分析、数值模拟和模型试验数据,分析了温度和相对湿度对混凝土中钢筋腐蚀控制模式及速率的影响规律.首先基于混凝土中钢筋腐蚀的电化学原理,并考虑电极反应的逆向反应速率对活化极化过电位的影响,改进了传统钢筋腐蚀宏电池模型中的阳极腐蚀电位;然后分析了温度和相对湿度对平衡电位、交换电流密度、极限电流密度等参数的影响,建立了能够有效考虑温度和相对湿度影响的钢筋腐蚀宏电池模型;最后利用人工和自然气候环境下的试验数据,对比验证了所建模型的有效性,并分析了温度和相对湿度对混凝土中钢筋腐蚀控制模式及速率的影响规律.     

混凝土保护层对钢筋腐蚀机理及腐蚀速率的影响

混凝土保护层的厚度、电阻率和孔隙水饱和度对混凝土中钢筋的腐蚀机理及腐蚀速率具有重要影响。基于混凝土中钢筋宏电池腐蚀模型,定量分析了混凝土保护层的厚度、电阻率和孔隙水饱和度对钢筋腐蚀机理及腐蚀速率的影响。分析结果表明,混凝土保护层的电阻率和孔隙水饱和度对钢筋腐蚀的控制方式及腐蚀速率影响显著:当钢筋腐蚀受电阻控制时,钢筋腐蚀速率将随着混凝土保护层电阻率的增加而减小,随保护层厚度的增大而增大,但不受混凝土孔隙水饱和度的影响;当钢筋腐蚀受阴极控制时,钢筋腐蚀速率将随着混凝土保护层的孔隙水饱和度和厚度的增大而降低,但不受混凝土电阻率的影响。     

混凝土中钢筋腐蚀的数值模拟

腐蚀电流密度是腐蚀钢筋混凝土结构安全评估的一个很重要的因素.基于Butler-Volmer腐蚀动力学,发展了混凝土中钢筋腐蚀的数值模型,对腐蚀电化学参数进行了分析,研究了各电化学腐蚀参数对钢筋腐蚀速率的影响.     

氯离子环境下钢筋腐蚀速度分阶段模型

在探讨了现有钢筋腐蚀速度模型缺陷的基础上,建立了氯离子侵蚀下钢筋腐蚀速度的分阶段预测模型。该模型针对锈蚀开裂前后混凝土对钢筋保护作用的不同,分阶段地建立了锈蚀开裂前后的钢筋腐蚀速度随机模型。该模型的建立对于正确预测和分析氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土结构的可靠性和剩余寿命奠定了理论基础。     

钢筋混凝土腐蚀实海暴露试验

混凝土中钢筋腐蚀是影响海港混凝土结构耐久性的主要原因。通过对不同配合比的混凝土试件在海南八所港浪溅区长达14年的暴露试验,研究混凝土水灰比和掺合料对混凝土中钢筋腐蚀的影响,并通过类比法预测各配合比混凝土的使用年限。试验结果表明:降低混凝土水灰比、掺加粉煤灰、矿渣后能大大延长混凝土中钢筋开始腐蚀的时间,降低钢筋的腐蚀速率,显著提高钢筋混凝土的耐久性。     

氯氧镁水泥混凝土中钢筋的腐蚀与防护试验研究

结合氯氧镁水泥混凝土耐水性,研究氯氧镁水泥混凝土中钢筋的腐蚀与防护,试验变量包括钢筋种类、混凝土保护层厚度和腐蚀龄期等。钢筋种类包括裸露钢筋和美加力涂层钢筋;混凝土保护层厚度包括25、50mm;腐蚀龄期包括60、120、180、240、300、360d。试验采用自来水长期浸泡至试块2/3处,并采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对腐蚀后的钢筋微观结构和化学元素组成进行分析,研究钢筋的腐蚀机理。结果表明,通过软化系数分析,氯氧镁水泥混凝土的软化系数处于0.78~0.87,说明试验设计的氯氧镁水泥混凝土可用于干燥地区、受潮较轻地区或次要建筑结构。通过极化曲线及其电化学参数分析,裸露钢筋腐蚀速率为美加力涂层钢筋腐蚀速率的40~80倍,说明涂层防腐效果明显。     

受盐酸腐蚀混凝土抗压强度的灰色预测模型

基于受盐酸腐蚀混凝土抗压强度的试验研究,采用灰色系统理论建立了单变量的一阶灰色预测模型GM(1,1),对受盐酸腐蚀混凝土的抗压强度进行预测,并将预测值与试验值进行了比较.研究表明,灰色预测模型的预测结果与试验结果吻合较好;这种模型简便易行,能够有效地预测受腐蚀混凝土的抗压强度.     

受腐蚀钢筋混凝土构件中钢筋与混凝土粘结性能研究

采用替换构件的试验方法,将长期在氯化物侵蚀作用下工作的钢筋混凝土构件从工作现场拆卸下来,对这些构件进行钢筋与混凝土粘结性能试验研究。结合试验,从理论上分析氯化物腐蚀后钢筋与混凝土之间的粘结性能,提出氯化物腐蚀后钢筋与混凝土之间粘结强度计算模型。     

湿度对钢筋腐蚀影响的电化学模型研究

文中以金属腐蚀理论为基础,从腐蚀热力学和动力学的角度出发,建立了混凝土中钢筋腐蚀速率的电化学模型,分析了环境相对湿度对于钢筋腐蚀电流密度和极化过电位的影响,并通过钢筋在混凝土中腐蚀的具体过程解释其原因。     

氯盐环境自密实混凝土钢筋腐蚀速率试验

主要研究外渗氯盐侵蚀下的钢筋腐蚀,对比普通混凝土和自密实混凝土内钢筋的腐蚀电流密度时变曲线,对两种混凝土试件中钢筋的腐蚀速率进行分析和研究.试验结果表明:自密实混凝土内钢筋的腐蚀比较迟缓,初始的腐蚀速率较小,但最大腐蚀速率和总体腐蚀规律都与普通混凝土内钢筋基本一致.     

电位、电阻率与钢筋腐蚀率关系研究

半电池电位法、电阻率法都是定性地估计混凝土结构中钢筋腐蚀的状态,而不能定量检测钢筋腐蚀率.本文借助这两种方法来研究电位、电阻率与钢筋腐蚀率之间的定量关系.通过对混凝土构件进行的试验研究和分析总结,得出电位法、电阻率法新的评价方法,并在工程实践中得到验证.     

混凝土内部温湿度对钢筋锈蚀的影响

通过室内加速碳化试验,研究了混凝土内部温湿度变化对钢筋锈蚀的影响,并使用温湿度影响函数进行描述,建立了考虑混凝土内部温湿度影响的钢筋锈蚀速率模型.研究表明:不同配比混凝土试块中钢筋锈蚀的温度影响函数差别较大,但对于同一配比试块,即使钢筋处于不同的锈蚀程度,其温度影响函数仍相近;对于湿度影响而言,无论是对于不同配比试块还是同一配比中锈蚀程度不同的试块,其受湿度影响的相对变化规律几乎一致,因此可用统一的湿度影响函数进行描述.基于上述研究成果,探讨了可用于实际工程的钢筋锈蚀速率实时动态预测方法.     

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。     

碳化环境中混凝土钢筋锈蚀速率监测研究

基于室内标定试验得到的混凝土内部温湿度对于钢筋锈蚀速率的影响关系以及现场混凝土内部温湿度的实时监测数据,提出了一种用于实时监测混凝土内钢筋锈蚀速率的新方法,并设计了相关试验进行验证.结果表明:通过该监测方法得到的钢筋锈蚀速率数据能较为可靠地计算钢筋锈蚀量.     

混凝土强度对混凝土中钢筋腐蚀的影响

混凝土保护钢筋不被腐蚀.人们普遍认为钢筋混凝土中钢筋的腐蚀随混凝土强度变化.为研究钢筋腐蚀率随混凝土强度的变化规律,通过浇筑20个钢筋混凝土试件,养护至4种不同龄期后将钢筋腐蚀相同的时间.电解液腐蚀方法用于诱导腐蚀以便加快腐蚀速度.钢筋的理论腐蚀量根据法拉第定律计算,实际腐蚀率根据钢筋腐蚀前后的重量损失计算.试验数据显示当混凝土强度为23～35MPa时,钢筋腐蚀率随混凝土强度增大有下降趋势,但混凝土强度为27～30MPa时,钢筋腐蚀率反而随混凝土强度增大而升高.     

氯盐环境与荷载耦合作用下加载龄期对钢筋混凝土柱徐变影响

为研究氯盐环境与荷载耦合作用下钢筋混凝土柱的徐变效应,在持荷与氯盐腐蚀环境下,对18根早龄期与标准龄期钢筋混凝土柱进行了202 d的长期试验,钢筋锈蚀率分别为0%、10%、20%,测试了早龄期混凝土柱在轴压、小偏压、大偏压三种受力状态下的徐变行为,并与相同条件下标准龄期混凝土柱的徐变行为进行了对比。结果表明：钢筋锈蚀率为10%时,锈蚀RC柱的徐变系数略低于未锈蚀RC柱的;钢筋锈蚀率为20%时,锈蚀RC柱的早期徐变系数偏低,而后期徐变系数出现较快且持续的增长;受混凝土黏性流动和钢筋锈蚀影响,早龄期RC柱的徐变系数低于理论值。根据钢筋实际锈蚀状况,拟合了钢筋锈蚀率分布函数,并通过黏结退化系数得出对应的徐变折减系数,提出修正的ACI209R徐变模型。通过与试验数据进行对比分析,该修正徐变模型的预测效果较好。当锈蚀率为10%时,模型可靠性高;当锈蚀率为20%时,在持载早期,模型计算值较实测值偏高,但后期两者的差值较小。     

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.     

钢筋混凝土板腐蚀性的非破损检测

通过对氯离子侵入的试验室研究,来评价混凝土中的钢筋腐蚀程度。在试验中,声发射法(AE)直接用于估计钢筋腐蚀情况;半电池电势、极化阻抗和混凝土电阻被用于评价钢筋的腐蚀面积,用反边界单元法(IBEM)补偿电势。研究结果表明,声发射法(AE)是评价混凝土钢筋腐蚀的有效方法。