基于锈胀开裂路径的混凝土构件耐久性能概率预测模型及应用

基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出了一种预测钢筋锈蚀程度、锈胀裂缝开展状况及承载力退化程度时变特性的路径概率模型,并编制了计算程序,能有效评估和预测氯离子侵蚀、混凝土碳化及两者耦合作用环境下钢筋锈蚀状况、锈胀裂缝宽度开展及构件承载力退化程度在不同时段的概率分布,实现了混凝土构件从有害物质侵蚀、钢筋锈蚀、混凝土开裂、钢筋锈蚀加剧、混凝土裂缝宽度增大到构件承载力下降的性能劣化全过程的数值模拟。可预测的性能特征参数包括钢筋样本锈蚀百分比,锈蚀率,混凝土开裂面积百分比,裂缝宽度及构件承载力退化百分比。预测结果与现场检测获得的统计结果吻合良好,验证了该模型的可靠性和有效性。图18表5参18     

二维钢筋混凝土氯离子作用锈胀开裂数值模拟方法

在环境氯离子作用下混凝土构件因钢筋锈胀产生开裂,导致结构耐久性退化。为模拟并研究这一过程,基于经典Fick定律建立了考虑温湿度、水灰比、氯离子浓度等的多因素氯离子扩散数值模拟方法。针对混凝土锈胀开裂,提出了基于二维格构式模型的钢筋混凝土锈胀开裂模拟方法,并建立了自由网格模型与格构式模型之间的钢筋表面锈胀节点力转换方法。基于上述方法针对某钢筋混凝土自然锈蚀试验进行数值模拟,与试验结果对比并验证本方法的可行性。最后,基于提出的方法研究钢筋位置、混凝土保护层厚度、钢筋直径对钢筋锈蚀及混凝土保护层锈胀裂缝宽度的影响。研究结果表明;角区钢筋锈蚀均大于边区钢筋;混凝土保护层厚度越大,钢筋锈蚀增长越缓慢;混凝土保护层裂缝宽度随钢筋直径增大而增加。     

氯离子侵蚀环境下基于可靠性的混凝土结构耐久寿命预测

对氯离子侵蚀作用下基于可靠性的混凝土结构耐久寿命预测进行了研究。首先,确定氯离子环境作用下对应的性能水准和结构耐久性极限状态,然后,选择氯离子侵蚀深度模型和钢筋锈胀模型,以极限状态模式建立失效概率方程,在满足规定的失效概率条件下,确定结构的耐久性寿命,并给出不同性能水准的计算实例。结果表明,基于可靠性的混凝土结构耐久寿命预测方法与工程实例调查结果相一致,该方法可以有效地用于氯离子侵蚀环境下结构耐久寿命预测。     

氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土材料本体强度退化规律研究

在钢筋混凝土中,钢筋表面的氧化膜在处于氯离子侵蚀环境下时极易破坏并导致钢筋锈蚀,由此引发钢筋混凝土膨胀开裂,使结构强度下降。目前已有相关研究针对钢筋混凝土锈蚀问题进行了探讨,但得出的结论并不统一,原因在于氯离子侵蚀对素混凝土和钢筋这2类主要组成成分的影响规律不明确。为解决该问题,分别针对素混凝土和钢筋开展了素混凝土氯盐浸泡试验和电化学加速钢筋锈蚀试验,并得出如下结论：氯离子侵蚀使素混凝土抗压强度和锈蚀钢筋屈服强度小幅降低,这表明钢筋混凝土的破坏主要是由于并锈胀开裂而非材料本身的强度腐蚀。同时,分析了钢筋锈蚀的变异系数,并建立了锈蚀钢筋屈服强度计算模型。     

基于弹性力学理论的钢筋混凝土结构保护层锈胀开裂时间预测模型研究

基于弹性力学理论与钢筋锈胀机理,推导了钢筋混凝土保护层锈胀开裂时的钢筋临界锈蚀量。基于Faraday定律,建立了钢筋混凝土保护层锈胀开裂时间预测模型。通过将模型预测的保护层锈胀开裂时间与试验结果进行对比,对所建立预测模型进行了验证。在此基础上,对影响混凝土保护层锈胀开裂时间的相关因素进行了分析。分析结果表明：随着保护层厚度与混凝土弹性模量的增大,混凝土保护层锈胀开裂时间逐渐增大;而随着锈蚀产物体积膨胀率、钢筋锈蚀速率和混凝土抗拉强度的增大,混凝土保护层锈胀开裂时间逐渐减小。     

钢筋非均匀锈蚀与混凝土开裂试验及数值模拟

采用恒电位驱动氯离子渗透并加速钢筋锈蚀来模拟海洋钢筋混凝土锈蚀,研究了水胶比、保护层厚度和钢筋直径对试件锈胀开裂的影响;利用COMSOL Multiphysics软件建立了真实骨料混凝土模型并进行数值模拟.结果表明：本试验制备的混凝土试件在恒电位加速锈蚀下钢筋发生非均匀锈蚀并导致混凝土产生3条主裂缝,钢筋临界锈胀应力为2.85～3.51 MPa,开裂时间为190～311 h,降低水胶比及增大保护层厚度均可延缓锈胀开裂时间;数值模拟可以很好地再现钢筋混凝土非均匀锈蚀过程,其获得的锈胀应力演变及混凝土开裂模式与试验结果吻合.     

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。     

侵蚀性环境下混凝土结构耐久寿命预测方法探讨

侵蚀性环境下的混凝土结构的耐久寿命以混凝土因锈胀裂作为终结的标志,是一随机变量。在讨论氯离子侵蚀环境下混凝土中钢筋锈蚀特点的基础上,假设坑蚀数服从泊松过程及凹坑深度服从截尾指数分布,依随机变量极小值的统计分布理论,提出了一种侵蚀性环境下混凝土结构耐久寿命的预测方法。     

钢筋保护层对混凝土结构耐久性的影响

分析了混凝土保护层之于混凝土结构中钢筋的物理和化学作用,探讨了在氯离子侵蚀、中性化、冻融循环等条件下,适当增大混凝土保护层厚度和控制保护层混凝土质量(密实度和碱度)与钢筋初锈时间、锈蚀速率、保护层开裂时间之间的关系,提出了旨在解决当前混凝土结构设计和施工中存在的有关混凝土保护层方面主要问题的建议。     

基于规定可靠指标的混凝土结构氯离子侵蚀耐久寿命预测

目前氯离子侵蚀环境下的混凝土结构耐久寿命的概率研究还很少。分析了影响混凝土结构氯离子侵蚀寿命的因素的概率分布特征,提出了基于F ick第二定律的氯离子侵蚀耐久寿命的概率计算方法。依据耐久可靠性理论,针对目前确定性参数方法预测结构寿命的不足,提出了基于规定可靠指标的氯离子侵蚀耐久寿命预测方法,该方法通过建立耐久可靠指标和侵蚀时间之间的关系,确定结构耐久可靠性低于规定可靠指标时的时间,并以此作为氯离子侵蚀耐久寿命终结的时间。分析完善了氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久寿命的预测方法。     

自然扩散法预测感潮环境下混凝土氯离子侵蚀

通过对自然感潮环境下混凝土的自由氯离子浓度分布的分析,研究了既有混凝土氯离子侵蚀的特征及扩散特性,采用室内自然扩散法进行了模拟扩散试验,并根据Fick第二定律和Monte Carlo法分析了既有混凝土和试验混凝土的扩散参数及钢筋初始锈蚀时间.结果表明:自然环境下混凝土的氯离子侵蚀存在明显的对流区,自然扩散法的氯离子扩散系数大于自然环境下2个数量级,模拟混凝土中钢筋表面的自由氯离子浓度是自然环境下实际浓度的2倍,钢筋初始锈蚀时间是实际的240倍.     

氯盐环境钢筋混凝土构件服役寿命计算

根据混凝土构件承载力的耐久性退化作用,建立了腐蚀环境作用下混凝土结构的3阶段服役寿命理论模型:诱导期、退化期和破坏期;即钢筋表面的自由氯离子浓度达到锈蚀临界值的时间、混凝土结构的主要材料(混凝土和钢筋)达到其材料耐久性破坏的限值、混凝土结构的承载力降低到安全使用极限状态作为各阶段的时间节点.基于氯离子扩散计算模型、钢筋...     

混凝土耐氯离子侵蚀研究进展

氯离子的侵蚀造成混凝土中钢筋锈蚀,结构的耐久性能逐渐衰退。通过对氯离子的来源以及侵入混凝土的方式进行了分析,了解氯离子侵蚀的机理。介绍了基于Fick第二扩散定律的氯离子扩散理论修正模型,总结了对混入型氯离子腐蚀和渗入型氯离子腐蚀防护的方法,可供氯离子侵蚀环境中的混凝土耐久性研究参考。     

某滨海工业建筑钢筋腐蚀现象与原因分析

某滨海工业建筑建成投入使用15年以后,临海泵房以及部分厂房出现混凝土开裂以及钢筋腐蚀现象.经现场结构检测与环境分析,发现混凝土保护层的施工质量及偏差是引起目前钢筋腐蚀的主要原因.但由于结构设计中对滨海氯离子环境作用考虑不足,混凝土保护层设计厚度偏低,将来可能引起钢筋大面积腐蚀,进而使该钢筋混凝土结构安全性失效.     

持续荷载和环境耦合作用下钢筋混凝土抗氯盐侵蚀试验研究

沿海混凝土结构长期处于持续荷载和侵蚀环境的耦合作用中。试验设计可持续施加拉/压应力的加载装置,对13根混凝土梁施加不同等级的荷载;同时对受力状态下的混凝土梁进行模拟海水干湿循环的侵蚀。通过试验,研究不同等级荷载和氯盐侵蚀耦合作用下混凝土梁抗氯盐侵蚀性能的变化规律。试验结果表明:(1)通过在梁的受压、受拉侵蚀面浇筑水池,以取水注水的方式来模拟干湿循环可以有效防止盐水对持荷装置的侵蚀,可使试验梁受力更稳定;(2)以施加荷载的大小占极限荷载的比例记做荷载水平λ。当λ=0.3时,受拉区混凝土开裂,各条裂缝最大宽度为0.04 mm,此时裂缝处氯离子浓度与不受力无裂缝混凝土内部氯离子浓度相近;当裂缝最大宽度为0.08 mm时,同深度处氯离子浓度较小幅度增加,影响氯离子传输速率的临界荷载裂缝宽度为0.04 mm。随着λ的增加,受拉区各位置氯离子浓度呈非线性增大,且距离裂缝越近,同深度处氯离子浓度越大;(3)λ<0.45时,混凝土梁受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而减小,当λ>0.45时,受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而增大;在压应力作用下,影响氯离子传输速率的临界λ=0.45。研究表明,荷载和氯盐侵蚀耦合作用对钢筋混凝土结构耐久性能具有巨大的危害,尤其是荷载裂缝处的氯盐侵蚀,实际工程中应采取相关措施加以防范。     

氯盐环境下开裂混凝土耐久性研究进展

为了明确裂缝对氯盐环境下钢筋混凝土结构耐久性的影响,结合已有文献分析了荷载裂缝、非荷载裂缝及预制裂缝下混凝土结构在氯盐环境下的耐久性变化规律,指出了裂缝形式（人工裂缝、自然裂缝）、宽度、深度、间距等参数对混凝土渗透性及氯离子传输、内部钢筋锈蚀的影响规律,介绍了已有的饱和与非饱和状态下开裂混凝土内氯离子传输过程的模型,指出了氯盐环境下开裂混凝土耐久性研究已得出的基本结论及需要深入研究的方面。所得结论可为氯盐环境下开裂混凝土的后期研究提供借鉴。     

缓黏结预应力混凝土梁耐久性能试验研究#br#

为研究缓黏结预应力混凝土梁在长期荷载与腐蚀共同作用下的耐久性能,文章进行了14根缓黏结预应力混凝土梁及普通混凝土梁在荷载与氯盐干湿循环共同作用下的侵蚀试验,总结了荷载比、预应力度、干湿循环时间对不同受力部位的氯离子浓度沿深度分布和钢筋锈蚀的影响规律,以及荷载比和干湿循环时间对氯离子输运速度的影响规律。结果表明：在混凝土梁中施加预应力能有效减缓氯离子的渗透速度,增强构件的抗氯盐腐蚀能力;相同深度处的氯离子浓度随荷载比的增大而增大、干湿循环时间的增加而增大、与跨中距离的减小而增大;缓黏结预应力混凝土氯离子扩散系数与荷载比之间呈指数函数关系;荷载作用加速了钢筋锈蚀的进程;在裂缝控制等级相同的情况下,承担更大荷载比的缓黏结预应力混凝土梁的钢筋锈蚀程度与无预应力梁相当,体现出更佳的耐久性能。     

Analysis of crack propagation and crackinitiation due to corrosion of reinforcement

Stress analysis in concrete due to corrosion of reinforcement was carried out, based on the concept ofthe linear elastic fracture mechanics (LEFM) and the boundary element method (BEM). Initiation and propagation of five patterns of cracks which propagate from the reinforcement are in focus. Hydrostatic pressure distribution and vertical pressure to the surface crack were taken into consideration to simulate the expansion of corrosion products. From the theory of elasticity, under hydrostatic pressure it was concluded that other cracks than the surface crack could be nucleated either by following the surface crack or in the case of the surface crack being arrested by aggregate. During the propagation of either a surface crack or an internal crack, it was found in the BEM analysis that a spalling crack and/or a diagonal crack could be initiated. Under only vertical pressure, the stress distribution suggested a possible initiation of the internal crack only. In the case that the internal crack propagated after the surface crack was completed, a high tensile region suggested the initiation of a vertical crack.