混凝土中钢筋加速锈蚀方法探讨

电化学加速锈蚀钢筋是大量获取锈蚀钢筋试件的有效方法.从钢筋电化学加速锈蚀机理出发,依据法拉第定律,探讨了电流密度、接线方法、电解液及构造措施对钢筋通电加速锈蚀效果的影响,并通过试验证明腐蚀过程中钢筋串联与并联效果相同.最后通过试验验证钢筋表面脱钝后与电解液充分接触的情况下,钢筋实际锈蚀率与理论锈蚀率基本一致,不同电流密度对通电加速锈蚀率影响较小,依据法拉第定律能较精确估算钢筋加速锈蚀的实际锈蚀率.     

带横向荷载裂缝钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀形态研究

对荷载作用下恒电流通电锈蚀的带荷载裂缝钢筋混凝土梁进行研究,绘制通电锈蚀前后横向裂缝和顺筋锈胀裂缝分布图,探究横向荷载裂缝对通电锈蚀过程及锈胀裂缝开展的影响。通过三维激光扫描对锈蚀钢筋表面特征进行分析,对比通电锈蚀和自然锈蚀条件下钢筋锈蚀的纵向不均匀性和锈胀裂缝发展。研究发现,通电锈蚀和自然锈蚀下,横向裂缝的存在都会加速该处钢筋的锈蚀截面损失,但通电锈蚀下横向裂缝处的钢筋会出现明显的"颈缩"现象。钢筋截面周长锈蚀率和截面锈蚀率的分布规律相同,截面周长锈蚀率同样可以较好地反映钢筋锈蚀程度。通电锈蚀和自然锈蚀钢筋的平均截面面积与最小截面面积的比值能反映钢筋锈蚀的不均匀性,其值满足Gumbel分布。     

带横向荷载裂缝钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀形态研究

对荷载作用下恒电流通电锈蚀的带荷载裂缝钢筋混凝土梁进行研究,绘制通电锈蚀前后横向裂缝和顺筋锈胀裂缝分布图,探究横向荷载裂缝对通电锈蚀过程及锈胀裂缝开展的影响。通过三维激光扫描对锈蚀钢筋表面特征进行分析,对比通电锈蚀和自然锈蚀条件下钢筋锈蚀的纵向不均匀性和锈胀裂缝发展。研究发现,通电锈蚀和自然锈蚀下,横向裂缝的存在都会加速该处钢筋的锈蚀截面损失,但通电锈蚀下横向裂缝处的钢筋会出现明显的“颈缩”现象。钢筋截面周长锈蚀率和截面锈蚀率的分布规律相同,截面周长锈蚀率同样可以较好地反映钢筋锈蚀程度。通电锈蚀和自然锈蚀钢筋的平均截面面积与最小截面面积的比值能反映钢筋锈蚀的不均匀性,其值满足Gumbel分布。     

带横向荷载裂缝钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀形态研究

对荷载作用下恒电流通电锈蚀的带荷载裂缝钢筋混凝土梁进行研究,绘制通电锈蚀前后横向裂缝和顺筋锈胀裂缝分布图,探究横向荷载裂缝对通电锈蚀过程及锈胀裂缝开展的影响。通过三维激光扫描对锈蚀钢筋表面特征进行分析,对比通电锈蚀和自然锈蚀条件下钢筋锈蚀的纵向不均匀性和锈胀裂缝发展。研究发现,通电锈蚀和自然锈蚀下,横向裂缝的存在都会加速该处钢筋的锈蚀截面损失,但通电锈蚀下横向裂缝处的钢筋会出现明显的“颈缩”现象。钢筋截面周长锈蚀率和截面锈蚀率的分布规律相同,截面周长锈蚀率同样可以较好地反映钢筋锈蚀程度。通电锈蚀和自然锈蚀钢筋的平均截面面积与最小截面面积的比值能反映钢筋锈蚀的不均匀性,其值满足Gumbel分布。     

负载锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力研究

采用自主设计的混凝土梁反力加载试验装置,对不同负载条件下锈蚀钢筋混凝土梁的抗力性能进行研究。在试验梁跨中设置保水槽并盛装3%的Na Cl溶液模拟海洋环境,采用恒电流加速锈蚀钢筋,试验工况分为不负载锈蚀、连续负载锈蚀、负载锈蚀卸载、负载不锈蚀及完好梁等5种,其中负载水平又按梁极限承载力的25%、45%和65%分为3种。研究表明:相同条件下,持荷状态对梁内钢筋的平均锈蚀率影响不明显,但负载水平对钢筋的锈蚀形态具有重要影响,随着负载水平的增加,钢筋的不均匀锈蚀程度渐趋显著;相同条件下,持续负载与否对锈蚀梁的承载力具有影响,较未负载锈蚀梁而言,负载锈蚀梁卸载后重新加载至破坏时两者极限承载力相近,但负载锈蚀不卸载梁的承载力更高;现有锈蚀梁正截面承载力计算模型具有一定的可靠性,然而尚不能充分揭示其退化机理。     

氯盐渍土条件下混凝土中钢筋锈蚀研究

模拟氯盐渍土环境,通电加速锈蚀的方法进行了试件内锈蚀钢筋的试验研究。根据试验数据,比较不同水灰比试件在不同电流密度下的锈蚀情况。对钢筋锈蚀率与钢筋的屈服强度、极限强度关系进行定量分析,得到两者的回归曲线。     

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。     

掺盐率对钢筋混凝土试件通电锈蚀特征的影响

为了寻求最接近自然锈蚀特征的通电锈蚀法,研究了不同掺盐率对钢筋混凝土试件通电锈蚀特征的影响规律,并进行了原因分析。试验结果表明:随掺盐率增加,试件锈蚀速度加快,氧化不充分锈蚀产物增多,与自然环境下钢筋锈蚀成分的差异增大;掺盐对混凝土中钢筋的锈蚀形态有显著影响,未掺盐试件中钢筋呈非均匀锈蚀特征,与自然环境下混凝土中钢筋的锈蚀形态相似,而掺盐试件中钢筋的锈蚀程度较为均匀,且均匀程度随掺盐率增大而增大;掺盐对试件停止通电后锈胀裂缝的发展有明显影响,停止通电后,钢筋锈蚀进程并不停止,且掺盐率越高锈蚀发展越显著,裂缝宽度增长越大。     

杂散电流影响下海砂混凝土的力学性能以及钢筋锈蚀特征

对杂散电流影响下海砂混凝土的力学性能以及钢筋锈蚀特征进行了研究。结果表明:随着加载电压的增大以及通电时间的延长,其抗压强度和弹性模量明显下降;通过电化学当量和钢筋腐蚀电流密度特征变化,杂散电流对河砂混凝土钢筋锈蚀影响较弱,但会加速海砂混凝土钢筋锈蚀,产生不利影响。     

湿盐砂环境下钢筋混凝土加速锈蚀试验研究

针对钢筋混凝土传统通电加速锈蚀试验偏离自然锈蚀过程的问题,提出在砂土中喷洒盐溶液(湿盐砂)作为电解质代替传统盐溶液的通电加速锈蚀试验方法.采用恒电流仪对全埋钢筋混凝土进行通电加速锈蚀,并定期对钢筋混凝土进行裂缝观测和电化学性能测试.加速锈蚀结束后观察锈蚀钢筋、计算通电电流效率、利用X射线光电子能谱仪(XPS)分析钢筋锈蚀产物的组成结构.结果表明:钢筋腐蚀电流密度和腐蚀速率均随通电时间延长逐渐增大,早期增幅较大,后期增幅降低,但仍保持较高的锈蚀水平;所提出的试验方法电流效率较高,锈蚀产物主要为红锈(Fe2O3);以湿盐砂作为电解质通电加速锈蚀钢筋可以较好地模拟钢筋在自然环境下的锈蚀情况,具有更好的适用性.     

锈蚀钢筋再生混凝土梁力学性能试验研究及ANSYS分析

通过对钢筋通电加速锈蚀的方法,对12根不同钢筋锈蚀率下粗骨料取代率为100%再生混凝土梁的三分点加载试验,分析相同强度条件下不同钢筋直径和锈蚀率的再生混凝土梁力学性能的影响。结果表明:当钢筋锈蚀率小于10%时,钢筋与再生混凝土的粘结强度足以保证两者能够共同工作,此时试验梁发生材料强度破坏模式;当钢筋锈蚀率超过了10%时,钢筋与再生混凝土的粘结强度不足以保证两者共同工作,此时试验梁发生粘结失效破坏模式。基于ANSYS有限元软件对不同钢筋锈蚀率的再生混凝土梁进行模拟分析,并对锈蚀钢筋再生混凝土梁跨中截面的荷载应力关系曲线进行验算,通过有限元结果与试验结果对比,验证了有限元分析模型的可靠性。     

氯盐侵蚀混凝土结构延寿技术初探Ⅱ——混凝土中6种胺类有机物电迁移与阻锈性能

采用有机元素分析仪、快速氯离子测定法(RCT)、电化学阻抗谱法(EIS)和弱极化法,研究6种胺类有机物在混凝土中的电迁移能力、氯离子的排除情况及通电前后钢筋锈蚀的变化情况.结果表明:相同条件下,不同的胺类阻锈剂在混凝土中的电迁移能力和存留能力不同,且胺类阻锈剂种类对氯离子的排除影响不大;双向电渗技术的除氯效果比电化学的除氯效果弱,但双向电渗后钢筋附近混凝土孔隙液中阻锈剂的含量是氯离子含量(质量摩尔浓度)的2～7倍;双向电渗后混凝土保护层电阻增大,钢筋的锈蚀速度由通电前的电荷传递过程控制转变为氧气在混凝土中的渗透速度控制,钢筋的腐蚀电位显著提高,从而使钢筋的耐蚀性能得以提高.     

加载水平对杂散电流和盐溶液共同作用下钢筋锈蚀影响的模拟试验研究

参照地铁工程结构服役环境,试验模拟了在杂散电流和氯盐溶液共同作用下,不同加载水平(0,0.2,0.4)对钢筋混凝土构件内钢筋锈蚀的影响。采用线性极化电阻法测量钢筋锈蚀电流密度,进行了定性分析和定量计算。试验结果表明:随着构件加载水平的增加,钢筋锈蚀电流密度也相应增加,建立了锈蚀时间与钢筋锈蚀量的定量关系。     

冻融损伤对引气混凝土中钢筋锈蚀的影响研究

为研究冻融损伤环境下引气混凝土内部钢筋锈蚀规律和机理,同时考虑混凝土保护层厚度对内部钢筋锈蚀的影响,试验设计了不同保护层厚度的配筋普通混凝土和引气混凝土试件,分别利用半电池电位法和线性极化法测定了不同冻融循环次数下,试件内部钢筋的半电池电位值和腐蚀电流密度值。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,混凝土试件内部钢筋的半电池电位绝对值和腐蚀电流密度值均有显著增加,试件的抗锈蚀能力降低;但在相同冻融循环次数下,引气混凝土较普通混凝土具有更好的抗钢筋锈蚀性能;增加保护层厚度可以明显提高配筋混凝土的抗钢筋锈蚀能力。     

复合盐溶液中钢筋锈蚀对混凝土的损伤研究

对硫酸盐和氯盐复合溶液浸泡下的钢筋锈蚀规律进行了试验研究,探讨了弯曲荷载对钢筋锈蚀的影响。采用电化学方法评价钢筋的腐蚀状况,用钢筋锈蚀电位和钢筋锈蚀速率反映钢筋的锈蚀程度。根据钢筋锈蚀产物在混凝土最外边缘拉裂处所产生的环向拉应力定义混凝土受钢筋锈蚀影响的损伤度Ds,建立了损伤度与锈蚀电流密度、锈蚀时间的方程,并进行了模型验证。     

交叉钢筋的宏观锈蚀及其对钢筋混凝土构件抗力的影响

经现场调查及试验发现,混凝土中存在箍筋锈蚀较纵筋严重或交叉钢筋相交处锈蚀严重的现象。为了量化比较微观锈蚀与交叉钢筋间的宏观锈蚀,且不考虑力学损伤(如弯折)对钢筋锈蚀性能的影响,将配有交叉钢筋的混凝土试件置于海洋大气环境模拟箱中进行锈蚀试验。试验结果表明,交叉钢筋间的宏观电流密度i_g约占钢筋自腐蚀(微观)电流密度i_(corr1)的1/10～1/1,钢筋的微观锈蚀占主导地位。基于试验结果,采用蒙特卡洛法对交叉钢筋间宏观锈蚀作用下混凝土梁、板的时变抗力进行了算例分析。结果表明,与仅考虑箍筋微观锈蚀的情况相比,当i_g与i_(corr1)的比值接近于1时,微观与宏观锈蚀耦合作用下混凝土梁的失效模式会过早地由受弯破坏转变为受剪破坏;对混凝土板而言,i_g仅为i_(corr1)的1/10时,也会使混凝土板在长期锈蚀过程中的失效概率增大。     

交叉钢筋的宏观锈蚀及其对钢筋混凝土构件抗力的影响

经现场调查及试验发现,混凝土中存在箍筋锈蚀较纵筋严重或交叉钢筋相交处锈蚀严重的现象。为了量化比较微观锈蚀与交叉钢筋间的宏观锈蚀,且不考虑力学损伤(如弯折)对钢筋锈蚀性能的影响,将配有交叉钢筋的混凝土试件置于海洋大气环境模拟箱中进行锈蚀试验。试验结果表明,交叉钢筋间的宏观电流密度i_g约占钢筋自腐蚀(微观)电流密度i_(corr1)的1/10～1/1,钢筋的微观锈蚀占主导地位。基于试验结果,采用蒙特卡洛法对交叉钢筋间宏观锈蚀作用下混凝土梁、板的时变抗力进行了算例分析。结果表明,与仅考虑箍筋微观锈蚀的情况相比,当i_g与i_(corr1)的比值接近于1时,微观与宏观锈蚀耦合作用下混凝土梁的失效模式会过早地由受弯破坏转变为受剪破坏;对混凝土板而言,i_g仅为i_(corr1)的1/10时,也会使混凝土板在长期锈蚀过程中的失效概率增大。     

交叉钢筋的宏观锈蚀及其对钢筋混凝土构件抗力的影响

经现场调查及试验发现,混凝土中存在箍筋锈蚀较纵筋严重或交叉钢筋相交处锈蚀严重的现象。为了量化比较微观锈蚀与交叉钢筋间的宏观锈蚀,且不考虑力学损伤(如弯折)对钢筋锈蚀性能的影响,将配有交叉钢筋的混凝土试件置于海洋大气环境模拟箱中进行锈蚀试验。试验结果表明,交叉钢筋间的宏观电流密度i_g约占钢筋自腐蚀(微观)电流密度i_(corr1)的1/10～1/1,钢筋的微观锈蚀占主导地位。基于试验结果,采用蒙特卡洛法对交叉钢筋间宏观锈蚀作用下混凝土梁、板的时变抗力进行了算例分析。结果表明,与仅考虑箍筋微观锈蚀的情况相比,当i_g与i_(corr1)的比值接近于1时,微观与宏观锈蚀耦合作用下混凝土梁的失效模式会过早地由受弯破坏转变为受剪破坏;对混凝土板而言,i_g仅为i_(corr1)的1/10时,也会使混凝土板在长期锈蚀过程中的失效概率增大。     

通电加速不均匀锈蚀方法及有限元分析

根据通电加速锈蚀原理,将不锈钢棒与钢板分别作为阴阳极,组成锈蚀系统,研究钢板的锈蚀规律。试验结果表明:在本电极组合下,阳极呈非均匀锈蚀特征,钢板中央锈蚀最严重,分别向两侧递减,在板端锈蚀程度略有加强。利用COMSOL进行有限元分析,认为在本锈蚀系统中,阳极表面电流密度分布不均匀,变化趋势与钢板锈蚀程度的分布一致。并认为阴极的位置会影响阳极表面电流密度峰值的位置,但不会影响其取值大小。     

混凝土构件中钢筋锈蚀的电加速技术对比试验研究

采用试验方法对实验室中常用的获取锈蚀钢筋混凝土构件的电加速锈蚀技术进行对比研究.共设计了8块混凝土板试件,考虑钢筋直径和锈蚀电流密度不同,分别采用全浸入法、半浸入法和干湿交替法进行电加速锈蚀,通过激光扫描建模对锈蚀钢筋表面特征进行统计分析,对比不同方法下的锈蚀不均匀性和锈胀裂缝发展.结果发现,半浸入法和小电流干湿交替法中钢筋实际锈蚀程度明显小于法拉第定律的预测值.钢筋区段最大截面锈蚀率与平均锈蚀率的比值可用来量化锈蚀不均匀性,该比值服从广义极值分布,并受钢筋直径和截断长度的影响.全浸入法得到锈蚀钢筋的不均匀性较差,胀裂开展速率最低,不宜采用.半浸入法得到锈蚀钢筋不均匀性好,但胀裂开展速率较低,在针对锈蚀钢筋本身的研究中可采用.干湿交替法在两方面表现均较好,建议采用,但外加电流密度不宜大于50 μA/cm2.