氯盐侵蚀作用下混凝土内钢筋锈胀效应的化学 力学转化EI北大核心CSCD

提出一个将氯盐侵蚀作用下混凝土内钢筋锈胀化学作用转化成力学作用的计算框架,从而将钢筋锈蚀的化学反应引入到宏观力学行为。首先,基于考虑不同湿度条件的钢筋锈蚀速率模型,得到钢筋电流密度icorr的计算方程;其次,在Faraday定律基础上确定钢筋总锈层厚度δ与钢筋电流密度icorr的关系;最后,基于均匀锈胀模型得到锈胀应力q和总锈层厚度δ的关系。数值验证表明:计算框架中的电流密度、总锈层厚度、锈胀应力与文献数值对应情况良好,化学-力学转化框架具有良好适用性。     

钢筋混凝土构件锈胀开裂时刻的椭圆形非均匀锈胀应力分析

假定钢筋锈胀力呈椭圆形分布,将钢筋锈胀力分解为均匀钢筋锈胀力和偏差钢筋锈胀力,并利用弹性力学方法分别进行求解,得到相应的应力场和位移场理论解,再叠加得到非均匀锈胀的应力场和位移场解析表达式.以此为基础,提出了锈胀开裂时刻的钢筋锈胀力计算公式.模型探讨结果表明:混凝土内任意定点的应力场和位移场与钢筋锈胀力分布不均匀系数k成线性关系;锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀率与k的线性函数成反比例关系.     

钢筋锈蚀膨胀对钢筋-混凝土抗拔性能的三维数值分析

由于地下水和空气的存在,承担拉应力的地下结构物因混凝土初始裂缝而较易发生钢筋锈蚀。钢筋锈蚀产物引起混凝土产生锈胀应力,若锈胀应力超过混凝土材料强度,混凝土容易开裂,导致钢筋与混凝土的接触面积下降,界面粘结强度、摩檫力和机械咬合力降低,进而影响钢筋-混凝土的抗拔性能。常规数值模拟方法主要通过修正钢筋-混凝土界面弹簧刚度,较难准确模拟锈胀效应引起的混凝土开裂。本文针对钢筋锈蚀膨胀对钢筋-混凝土抗拔性能的影响,建立了钢筋-混凝土试块拉拔的三维模型,分析不同锈胀程度下钢筋-混凝土的抗拔性能。结果表明,钢筋锈蚀膨胀引起了初始混凝土损伤,引起钢筋-混凝土抗拔性能的降低。     

锈蚀钢筋混凝土构件角部锈胀裂缝总宽度与钢筋锈蚀率之间的关系研究

针对锈蚀钢筋混凝土构件角部锈胀裂缝总宽度与钢筋锈蚀率之间的关系展开研究.采用半湿通电加速法,获得三个锈蚀钢筋混凝土试件,在其上测得75组锈胀裂缝宽度和锈蚀率数据,通过观测、汇总、分析得出以下结论:对于仅沿纵筋方向的锈胀裂缝,其裂缝总宽度与纵筋锈蚀率之间存在明显的线性关系,利用二者间的拟合公式进行实际锈蚀钢筋混凝土构件内部钢筋锈蚀率的预测是可行的.对于沿纵筋和箍筋方向的双向锈胀裂缝,其裂缝总宽度与纵筋锈蚀率之间不存在明显的线性关系,在实际锈蚀混凝土结构安全检测工作中应尽量避免采用此类裂缝来预测钢筋锈蚀情况.     

基于不同保护层厚度下混凝土构件角区锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率的关系研究

采用人工通电加速锈蚀法来获得6个不同锈蚀结果的锈蚀钢筋混凝土构件,在锈蚀钢筋混凝土试件的三个锈蚀表面划分网格,用裂缝观测仪对裂缝进行观测并记录裂缝的宽度值.将钢筋混凝土试件进行破型处理,获得对应裂缝位置处的钢筋锈蚀率.针对试验获得的保护层为10 mm、20 mm、30 mm下混凝土构件角部锈胀裂缝和锈蚀率的基本数据,通过数据拟合发现不同保护层厚度下锈蚀率和锈胀裂缝宽度存在明显的线性关系.最后,通过统计回归分析,将混凝土构件角部钢筋锈蚀率与裂缝宽度及保护层厚度之间的关系整合为一个回归方程,以方便其在实际工程中的应用.     

钢纤维对混凝土内钢筋锈蚀性能的影响

通过钢纤维混凝土中的钢筋锈蚀试验,比较素混凝土和钢纤维混凝土保护层开裂时间的不同,探讨了钢纤维对混凝土中的钢筋锈蚀性能的影响机理.建立了混凝土保护层开裂前钢筋锈蚀有限元计算模型,分析了钢纤维掺量对保护层锈胀开裂时间的影响.结果表明,掺入钢纤维可以延长钢筋混凝土的使用寿命,有限元计算出的混凝土保护层初裂时间与快速试验结果比较吻合.     

浅谈钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构耐久性的影响

钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性破坏的主要形式之一。钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构的破坏分的三个时期,前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等;中期是钢筋整个表面锈蚀,并产生膨胀,与保护层脱离,发生层裂;后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀,混凝土本身发生破坏,出现顺筋胀裂,混凝土脱离,直至钢筋不断锈蚀,有效截面不断减小,结构承载力不断下降,钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。因为如今钢筋混凝土结构在工程建设中得到了广泛的应用,防止钢筋锈蚀的措施是十分重要的。     

人工加速锈蚀钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀率与锈蚀电流的关系研究

本文针对人工加速锈蚀钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀率与锈蚀电流的关系展开研究.首先采用串联方式进行多根钢筋混凝土梁的人工加速锈蚀试验,并通过破型获得梁内钢筋的真实锈蚀率.其次将串联连接人工加速锈蚀电路简化为电阻串并联模式,通过比较计算钢筋内电流密度及实际电流密度来确定其合理性.最后基于试验数据进行曲线拟合工作,修正了传统的锈蚀率与锈蚀电流间关系公式,并采用其他相关试验数据加以验证,验证结果表明该修正公式是有效的.     

迁移性阻锈剂影响钢筋锈蚀速率的量化模型及应用

应用电化学方法测试了不同氯盐含量混凝土试件在表面涂覆迁移性阻锈剂(MCI)后不同时刻钢筋的腐蚀电流密度,应用MCI渗透模型,计算不同渗透时间钢筋界面区的阻锈剂浓度,利用统计产品与服务解决方案软件SPSS(Statistical Product and Service Solutions)进行多元非线性统计分析,得到了混凝土中钢筋腐蚀电流密度与界面区MCI浓度、水溶性氯离子含量的量化模型,应用该模型并根据Broomfield准则,计算出使不同氯盐含量混凝土中锈蚀钢筋腐蚀速率降低到钝化状态所需的临界MCI浓度,进而确定在混凝土表面MCI的涂覆量。采用Java语言进行计算机编程,根据混凝土强度(孔隙率)、混凝土水饱和度、水溶性氯离子含量、钢筋锈蚀程度及保护层厚度等参数,计算并输出使混凝土中锈蚀钢筋腐蚀速率降低到钝化状态所需的MCI涂覆量及涂覆工艺。     

严寒地区冻融混凝土内钢筋应力滑移模型及OpenSEES有限元模拟

在严寒地区冻融混凝土与钢筋局部粘结滑移模型的基础上,基于冻融混凝土内钢筋沿锚固长度的受力机理分析及迭代过程分析,建立了冻融混凝土内钢筋应力滑移计算方法,提出了冻融混凝土内钢筋的应力滑移关系骨架曲线。基于有限元计算软件OpenSEES,将推导的冻融混凝土内钢筋应力滑移关系曲线嵌套于零长度截面单元,并将该单元应用于梁柱纤维模型,对3根既有的冻融钢筋混凝土框架柱进行模拟,与试验结果进行对比分析。结果表明,冻融钢筋混凝土柱有限元模型的模拟结果与试验结果的符合程度良好,从构件层次验证了推导的冻融混凝土内钢筋应力滑移关系曲线具有较好的精度和可靠性。研究成果可为严寒地区冻融混凝土内钢筋应力滑移推导及有限元模拟提供理论参考。     

锈蚀钢筋混凝土黏结性能及本构关系的试验研究

通过电化学加速锈蚀方法,获得了不同锈蚀率下(0 ～4.84％)高强钢筋与混凝土的黏结-滑移曲线.分析了钢筋锈蚀率对钢筋与混凝土之间黏结强度、黏结刚度的影响.结果表明:钢筋锈蚀率较低时(≤2.22％),黏结强度、黏结刚度均随锈蚀率的增长而增强;当钢筋锈蚀率超过3.46％时,试件出现锈胀裂纹,黏结强度、黏结刚度出现明显衰退;基于试验结果,建立了高强钢筋锈蚀后与混凝土间黏结-滑移本构方程,可用于对锈蚀钢筋混凝土结构的有限元分析提供参考.     

保护层厚度对混凝土中钢筋锈蚀的影响

混凝土中的钢筋锈蚀破坏是混凝土结构失效破坏的最主要原因.通过电化学测定,研究了保护层厚度对钢筋锈蚀的影响,研究表明:增大混凝土保护层厚度能有效延缓混凝土中钢筋的锈蚀,延长钢筋开始锈蚀的时间,保护层厚度越大,越能延长钢筋开始锈蚀的时间;进入钢筋开始锈蚀阶段后,保护层比较厚的混凝土中钢筋锈蚀速率增长的较慢;在稳定锈蚀阶段,保护层厚度越大.稳定腐蚀电流密度就越小,保护层厚度和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.     

基于脆性开裂模型的钢筋混凝土锈裂过程细观数值模拟

基于混凝土脆性开裂模型,对钢筋混凝土锈胀开裂的演化过程进行了细观数值模拟.模拟结果显示,脆性开裂模型可以使模拟结果生成裂纹分布图形,从而直观的表征锈胀裂缝的产生、扩展情况.裂缝起裂位置垂直于最大位移加载方向,在最接近界面层的位置首先产生裂缝,并通过脆弱的界面层绕过骨料,向保护层边缘扩展,最终贯通保护层.模拟结果与实测锈胀裂缝分布较为一致,表明基于脆性开裂模型的细观模拟计算可靠.     

钢筋肋纹尺寸对钢筋-混凝土抗拔性能数值分析

钢筋与混凝土之间的粘结强度对地下结构物的承载力和耐久性至关重要。然而,钢筋在混凝土浇筑之前可能受到水气引起锈蚀,钢筋肋纹的高度和宽度将有所锈损而影响钢筋-混凝土的抗拔性能。本文针对钢筋肋纹尺寸对钢筋-混凝土抗拔性能的影响,建立了钢筋-混凝土试块拉拔的三维数值模型,通过开展钢筋肋纹宽度和高度的参数分析,研究了钢筋肋纹尺寸对混凝土应力分布、荷载-位移曲线的影响。结果表明,钢筋肋纹尺寸的增加能带动钢筋周围混凝土参与承载工作,钢筋-混凝土抗拔性能增强,钢筋肋纹尺寸对地下结构物的承载性能影响显著。因此,在浇筑混凝土之前需通过有效措施保护钢筋肋纹,避免钢筋肋纹初始锈损。     

钢筋混凝土通电加速锈蚀行为可视化表征

采用微米级X射线计算机断层扫描技术(XCT)对砂浆试块内钢筋的通电加速锈蚀过程进行跟踪测试,建立了一套基于XCT技术来研究钢筋通电加速锈蚀的无损测试方法,实现了钢筋锈蚀过程中钢筋和锈蚀产物的形貌变化的三维可视化表征和锈蚀损失的量化参数确定。结果表明:在空间上,通电加速锈蚀使钢筋产生沿高度方向较为均匀的锈蚀;在时间上,通电初期前2 h为钢筋的脱钝起锈阶段,锈蚀速率明显低于理论通电锈蚀速率;而后锈蚀速率接近于Faraday定律估计的理论值。     

新老混凝土的钢筋加速锈蚀

目前,学者们围绕氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀及混凝土保护层开裂开展了大量研究,但主要针对整体浇筑钢筋混凝土结构,对新老混凝土结构的耐久性研究较少。通过设计制作8块水灰比分别为0.60与0.53的整体浇筑与二次浇筑混凝土试件,采用半浸泡通电加速锈蚀试验,研究二次浇筑试件在钢筋理论锈蚀率分别为4%、6%、8%时的混凝土表面锈胀裂缝发展规律以及锈后钢筋的力学性能变化,并与整体浇筑试件进行对比。结果表明：整体浇筑混凝土试件只产生纵向顺筋裂缝;二次浇筑混凝土试件先产生界面横向裂缝,后产生顺筋纵向裂缝。整体浇筑试件中钢筋为均匀锈蚀,二次浇筑试件钢筋为非均匀锈蚀,且界面处钢筋锈蚀最严重。由于新老混凝土结合面处钢筋截面损失严重,二次浇筑试件相比整体浇筑试件,钢筋力学性能明显下降。混凝土强度对整体浇筑试件内钢筋力学性能的影响可以忽略,但对二次浇筑试件的影响较大。     

镀锌层在室内模拟大气环境中腐蚀行为及寿命评估

针对电力金具镀锌层在大气环境中腐蚀及寿命评估问题，通过KY-YW40室内腐蚀试验箱分别模拟工业、海洋腐蚀环境，采用SEM、EDS、XRD等测试技术表征其腐蚀特性，采用灰色关联方法计算青岛市和重庆市江津区两地室内外腐蚀行为的相关性。结果表明：在0～96 h阶段，工业大气环境中镀锌层的腐蚀深度和腐蚀速率的变化明显高于海洋大气环境。在96～120 h阶段，海洋大气环境的腐蚀速率接近工业大气环境，镀锌层在工业大气环境中锈层稀疏多孔，锈层主要成分为Zn₄SO₄(OH)₆；而在海洋大气环境中，锈层由稀疏转变成致密，Cl-易穿蚀锌层，造成铁基体腐蚀，锈层主要成分有Zn₅(OH)₈Cl₂H₂O和Fe(OH)₂。分别得到江津工业、青岛海洋大气环境室内外腐蚀时间相关模型：T₀=23.55T和T₀=19.63T，室内腐蚀试验与室外暴露试验关联度大于0.6，有良好相关性，可以有效评估工业、海洋...     

环境-荷载耦合作用下钢筋锈蚀产物的分子动力学模拟及其锈胀力分析

为探明不同腐蚀条件下形成的钢筋锈蚀产物的微观力学性能的差异,利用分子动力学软件,从微观尺度上分别进行氯盐腐蚀和氯盐腐蚀-荷载耦合两种腐蚀工况下生成的锈蚀产物的分子动力学模拟,并且通过X射线衍射分析锈蚀产物的组成和含量,结合分子动力学软件分析X射线衍射,得出氯盐腐蚀的锈蚀产物和氯盐-荷载耦合作用下的锈蚀产物的力学性能,结果表明:与氯盐腐蚀下锈蚀产物的锈胀力相比,氯盐-荷载耦合作用下锈蚀产物的锈胀力提高了约66.8％,说明氯盐腐蚀-荷载耦合作用会对钢筋混凝土结构耐久性产生更严重的负面影响.     

混凝土结构中钢筋锈蚀速度快速测量方法

为了缩小钢筋锈蚀速度的测量误差,提出了混凝土结构中钢筋锈蚀速度快速测量方法.采用钢筋锈蚀反应过程的表达式,对钢筋锈蚀电化学反应过程进行了分析,根据锈蚀量和锈蚀电流的定量关系,计算出单位面积钢筋腐蚀反应的质量,并根据锈蚀速率的计算公式,建立了钢筋腐蚀速度的测量模型,实现了混凝土结构中钢筋锈蚀速度的测量.实验结果表明,提出...     

有机防护型阻锈剂对混凝土耐久性的影响

钢筋混凝土结构耐久性不足的问题日益严重,而导致该结果的主要原因是氯离子引起的钢筋锈蚀。在提高混凝土结构耐久性的措施中,钢筋阻锈剂因其施工简易、经济、高效等优点而得到了广泛的使用。钢筋阻锈剂的使用目的是保护钢筋防止锈蚀。目前研究和应用较多的多为醇胺类阻锈剂,该类阻锈剂分子结构有其一定的优势,同时也存在一些不足,其中大多具有单个N原子的吸附中心,形成阻挡层的链较短,因此其在钢筋表面形成的吸附膜不够完整和稳定。本文介绍了一种含氨基酮分子的新型有机防护型阻锈剂。该阻锈剂可以在钢筋表面形成完整而稳定的保护膜保护钢筋免受侵蚀,但是其得以应用的前提是与混凝土有较好的相容性,对混凝土耐久性无负面影响。为了研究该阻锈剂对混凝土耐久性的影响,在混凝土试块内掺入不同量的阻锈剂,对其分别进行力学试验、毛细吸水试验,氯离子渗透试验和快速碳化试验,从而评价该阻锈剂对混凝土力学性能、抗渗性能、抗侵蚀性能以及抗碳化性能的影响。研究表明,阻锈剂的应用略微提高了混凝土的抗压强度,改善了混凝土的抗渗性、抗氯离子侵蚀性和抗碳化性,从而混凝土的耐久性得到了一定程度的提高。