氯盐侵蚀下的钢筋均匀与非均匀锈蚀研究进展北大核心

氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性性能劣化的主要原因,研究因氯盐侵蚀导致的混凝土内钢筋的锈蚀机理、锈蚀层分布规律以及锈后结构或构件的使用寿命预测,具有一定的工程应用实际意义。综述了氯盐侵蚀引起的钢筋混凝土结构耐久性分析的研究进展。介绍了氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的性能退化过程,针对基于均匀腐蚀和非均匀腐蚀下的钢筋锈蚀机理及保护层开裂受力分析,以及耐久性寿命预测研究进行了总结与归纳,并提出了一些建议,为氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的进一步研究提供参考。     

氯盐侵蚀下的钢筋均匀与非均匀锈蚀研究进展

氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性性能劣化的主要原因,研究因氯盐侵蚀导致的混凝土内钢筋的锈蚀机理、锈蚀层分布规律以及锈后结构或构件的使用寿命预测,具有一定的工程应用实际意义。综述了氯盐侵蚀引起的钢筋混凝土结构耐久性分析的研究进展。介绍了氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的性能退化过程,针对基于均匀腐蚀和非均匀腐蚀下的钢筋锈蚀机理及保护层开裂受力分析,以及耐久性寿命预测研究进行了总结与归纳,并提出了一些建议,为氯盐侵蚀下的钢筋混凝土结构的进一步研究提供参考。     

超高韧性水泥基复合材料取代保护层混凝土梁抗锈蚀性能研究

将超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)应用于钢筋混凝土梁的保护层,制作受拉侧UHTCC保护层厚度为15mm(不包含受拉钢筋)、50mm(包含受拉钢筋)的钢筋混凝土/UHTCC复合梁及全梁均为UHTCC和混凝土的4种简支梁,在人工加速锈蚀条件下使主筋锈蚀,考察采用UHTCC做钢筋混凝土梁保护层对于抑制钢筋锈蚀引起保护层锈胀开裂的功效,并对锈蚀后梁的弯曲性能进行试验研究和分析。结果表明,UHTCC部分取代保护层混凝土(包含受拉钢筋)能有效抑制或延缓钢筋锈蚀引起的保护层开裂,有效提高混凝土结构或构件的服役寿命。锈蚀后梁的弯曲试验表明,利用UHTCC部分(50mm)或全部取代混凝土梁钢筋锈蚀后梁破坏形式不发生变化,承载力下降不明显。     

钢筋混凝土构件的非均匀锈胀分析

借鉴均匀锈胀开裂三阶段理论(铁锈自由膨胀、混凝土保护层承受拉应力、混凝土保护层锈胀开裂),结合钢筋锈蚀形态,描述了钢筋非均匀锈蚀引起混凝土保护层开裂的整个过程。并以此为基础,建立了锈胀开裂时刻的钢筋最大锈蚀深度计算模型。两种不同锈蚀形态(均匀和非均匀)下钢筋锈蚀量的参数敏感性分析结果表明:两者主要参数的影响规律相似,钢筋锈蚀量均与混凝土保护层厚度、混凝土强度等级呈正相关关系,与钢筋直径、铁锈体积膨胀率呈负相关关系;非均匀锈蚀与均匀锈蚀的钢筋锈蚀量相比,钢筋锈蚀率较小,而钢筋最大锈蚀深度较大。     

细观尺度下的保护层非均匀锈胀开裂分析

对锈蚀混凝土构件评估时,裂缝的分布形态和宽度是最主要的评估依据。本文根据在自然环境下钢筋锈蚀层的分布形态,基于细观力学模型采用过盈装配和损伤的方式模拟了钢筋非均匀锈蚀引起保护层开裂的全过程。分析了混凝土保护层开裂趋势、裂缝扩展方式、裂缝分布形态与保护层厚度、钢筋位置、骨料集配之间的关系,并与试验数据和现场检测现象进行对比,验证了计算结果的精确性。     

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。     

钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂细观数值研究

混凝土保护层锈裂严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。为了研究混凝土保护层的锈裂行为,考虑到混凝土细观结构的非均质性以及钢筋锈蚀的非均匀性,将完好混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了细观随机骨料模型。在模型中,钢筋的非均匀锈蚀行为以施加非均匀径向位移的方式模拟,骨料的力学行为假定为弹性,砂浆和界面过渡区的力学特性采用塑性损伤模型来描述。在此基础上进行了中部钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为的细观数值模拟;分析结果与已有文献中的试验结果吻合良好。另外,对比了均质模型和非均质模型中钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀导致的保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式、钢筋锈胀压力及保护层开裂时钢筋锈蚀率的影响。     

钢筋的锈蚀和保护

在钢筋混凝土内,钢筋受到周围混凝土的保护一般不会锈蚀,当保护层混凝土受到破坏或保护性不良时,将会发生锈蚀。 钢筋锈蚀对结构强度的影响:消减钢筋的受力截面。对于高强钢丝来说它的表面积大,锈蚀对受力的危害更大。第一,铁锈膨胀引起混凝土开裂,甚至散裂,从而破坏混凝土的受力,降低材料的耐久性能。其次,铁锈层及其引起的混凝土开裂,削弱了钢筋和混凝土的共同工作。 对钢筋锈蚀,要分析形成锈蚀的成因条件、锈蚀的程度、     

海工结构服役寿命预测细观数值模拟研究

在现有二维混凝土随机骨料模型基础上,通过引入正态分布随机数来模拟混凝土界面过渡区厚度的非均匀性,并耦合氯离子扩散、钢筋锈蚀和混凝土损伤,建立了海工结构服役寿命预测细观数值模型.研究表明:由氯离子扩散引起的单根钢筋非均匀锈蚀导致混凝土保护层形成3条主裂缝,3条主裂缝之间夹角约为120°,出现这种现象的主要原因是界面过渡区加速了氯离子扩散,次要原因是界面过渡区的力学性能劣化;在相同钢筋锈蚀量条件下,非均匀锈蚀钢筋混凝土比均匀锈蚀钢筋混凝土的服役年限短,混凝土保护层开裂形态也不一样;数值模拟的氯离子含量分布、裂缝形态与试验数据较为吻合,验证了所建立的数值模型的可靠性.     

锈裂混凝土裂缝形态的试验研究

钢筋混凝土结构中 ,钢筋锈蚀产生体积膨胀 ,对外围混凝土产生径向压应力 ,导致混凝土开裂。在锈蚀混凝土构件的评估中 ,裂缝的分布形态和裂缝宽度是最明显和最直观的评估依据。试验室中 ,通过对混凝土试件的预留孔进行机械扩孔 ,模拟钢筋锈蚀膨胀引起混凝土开裂的全过程。机械扩孔试验用膨胀螺栓和水压机对 94个试件进行了不同条件下的扩孔 ,来模拟钢筋锈蚀在构件表面引起的应力分布及裂缝分布形态。分析混凝土保护层开裂趋势、裂缝扩展方式、裂缝分布形态与混凝土强度、钢筋直径、保护层厚度、钢筋位置、浇筑方式之间的关系 ,最后用有限元对一典型试件进行数值模拟计算。     

不同锈蚀情况对混凝土锈裂影响研究

本文引入粘性界面单元模拟混凝土中裂缝,对多根钢筋的混凝土保护层锈胀开裂进行数值模拟研究;通过在钢筋/混凝土界面施加三组不同的位移荷载模拟均匀锈蚀、单侧侵蚀引起的非均匀锈蚀、单侧和双侧侵蚀耦合引起的非均匀锈蚀三种锈蚀分布情况;结果表明,不同锈蚀情况引起的混凝土保护层锈胀开裂模式存在显著差异,耦合引起的非均匀锈蚀对保护层破坏更大。     

受荷锈蚀钢筋混凝土构件保护层纵向开裂时钢筋锈蚀深度的分析计算

混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀深度(半径损失)的确定，是钢筋锈蚀研究的一个热点。本文运用弹性力学方法，考虑变形钢筋与混凝土界面上的粘结应力和钢筋锈蚀引起的半径损失，将受荷锈蚀钢筋混凝土构件混凝土保护层纵向开裂简化为一空间轴对称问题。通过对这一问题的分析求解，得到了钢筋、铁锈、混凝土中的应力，确定了混凝土断面上的环向拉应力达到混凝土抗拉强度而引起混凝土保护层纵向开裂时钢筋的锈蚀深度。     

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。     

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。     

钢筋锈蚀层分布和钢筋锈胀力计算模型研究

预测混凝土内钢筋的锈胀开裂是研究混凝土结构耐久性失效的一个重要问题。由于缺乏对混凝土内钢筋锈蚀量分布规律的深入研究,目前在进行混凝土内钢筋锈胀效应分析时,基本上采用钢筋锈蚀量与锈胀力沿钢筋环向均匀分布的假定。通过对锈蚀钢筋混凝土黏结界面的视频显微观测,分析自然环境条件下混凝土中钢筋的表面锈蚀特征,确定钢筋表面的锈蚀层厚度分布轮廓。并采用光面钢筋作为研究对象,建立了钢筋不均匀锈蚀的动态轮廓线模型。     

大气环境条件下混凝土中钢筋的锈蚀

钢筋混凝土中的钢筋锈蚀，对结构的抗力、可靠性、使用寿命等有很大影响。在室外混凝土碳化深度达到钢筋表面时钢筋即开始锈蚀；在室内混凝土碳化深度超过钢筋表面20—30mm钢筋才开始锈蚀。钢筋锈蚀产物体积膨胀，使混凝土保护层开裂，从而加剧钢筋锈蚀：以混凝土抗压强度为主要参数建立混凝土碳化预测模型具有实际意义，可以在快速腐蚀试验和工程实测结果分析的基础上，建立混凝土保护层开裂前后钢筋锈蚀量模型和混凝土保护层开裂锈蚀条件。     

钢筋锈蚀膨胀导致混凝土开裂的有限元分析

采用有限元数值模拟的方法并结合试验室钢筋混凝土加速锈蚀试验研究钢筋锈蚀机理及混凝土保护层开裂的全过程。ABAQUS CAE中的扩展有限单元法(XFEM)被运用于钢筋锈蚀导致混凝土开裂的模拟中。钢筋的锈蚀模拟假设为非均匀锈蚀,结果表面扩展有限单元法能够很好地模拟混凝土保护层的开裂及裂纹的发展,并且避免了常规有限元方法需要网格重划分的问题。     

钢筋非均匀锈蚀导致混凝土开裂的研究

为研究钢筋锈蚀导致混凝土保护层的开裂及锈胀裂缝的发展,根据自然环境下混凝土内钢筋锈蚀的非均匀性,将锈蚀层轮廓线简化为半椭圆形,并将钢筋的非均匀锈蚀特性应用于锈蚀三阶段模型.通过混凝土待填充空隙恰好被填充完全及保护层恰好开裂2个锈蚀点将锈蚀分为3个不同阶段.分别对每个锈蚀阶段做不同的锈胀模型假设.在混凝土保护层出现裂缝前...     

混凝土顺筋裂缝开裂分析

研究了混凝土保护层的开裂时间及开裂时钢筋的锈蚀范围、钢筋锈蚀层平均厚度和锈蚀引起混凝土开裂的内压应力