预应力混凝土氯盐侵蚀模型及耐久性分析

针对氯盐环境下氯离子侵蚀预应力混凝土结构这一耐久性问题,介绍了国内外有关混凝土氯盐侵蚀模型的研究成果,分析评价了几种典型的扩散方程,并改进了预应力混凝土氯离子侵蚀模型.以氯离子扩散速度、表面氯离子浓度以及保护层厚度为分析变量建立了耐久性可靠度分析模型.应采取综合措施提高预应力混凝土耐久性.     

混凝土内钢绞线的蚀坑形状及分布特征

为研究预应力钢筋的锈蚀特性,在自然气候条件下,采用内掺盐的方式,进行了混凝土内钢绞线的锈蚀实验．实验结果表明：钢绞线的蚀坑形状可抽象为2种典型形状,即椭球形和马鞍形;随着锈蚀率增大,蚀坑总个数增大,椭球形蚀坑出现的概率呈先增后减趋势;马鞍形蚀坑出现概率呈先减后增趋势,但变化幅度都不大;蚀坑的长度、宽度、深度都较好地呈对数正态分布．     

氯盐外侵混凝土内钢筋的锈蚀特征及机理分析

通过大量的构件破型观测了混凝土中钢筋的表观锈蚀形态,基于电化学基本原理,对混凝土中钢筋的腐蚀电流分布进行了机理分析和试验验证.结果表明,混凝土内钢筋的锈蚀特征取决于钢筋内外表面的钝活化状态和他们之间形成的宏观腐蚀电流I_g.I_g的存在不仅加速了钢筋外表面的锈蚀,而且对钢筋内表面形成了阴极保护,从而使钢筋锈蚀呈现出靠近混凝土保护层的一侧锈蚀比较严重,而背向保护层的一侧则几乎没有发生锈蚀的特征.钢筋的腐蚀为微电池腐蚀和宏电池腐蚀并存,忽略其中任何一个都将使计算的腐蚀电流偏低.钢筋的总腐蚀电流等于活化区钢筋的微电池腐蚀电流I_(corr2)和I_g在活化区引起的阳极溶解电流的增大值(ΔI_(corrA))之和.     

不同侵蚀环境对混凝土内氯盐传输速率的影响

海洋环境导致钢筋腐蚀而使混凝土结构发生早期损坏是建筑工程中要考虑的重要问题.该研究模拟三种不同的侵蚀环境——海洋大气环境、海洋潮汐环境和海洋水下环境,采用硝酸银滴定法测定不同时期混凝土内部各个深度的氯离子含量,找出不同环境对氯离子在混凝土内部传输速率的影响原因.     

混凝土中钢筋锈蚀速率的预测模型

首先从机理上分析了影响钢筋锈蚀速率的关键因素，主要包括钢筋表面氯离子浓度与氢氧根离子浓度比值（cCl^-／cOH^-)、钢筋表面温度及钢筋至混凝土表面间混凝土电阻值等3个因素；然后针对以往锈蚀速率模型都没有考虑cCl^-／cOH^-这一重要影响因素的研究现状，对Liu T和Weyers R W所作模型进行修正，建立1个新的预测模型，试验证明具有较好的合理性。     

混凝土中钢筋腐蚀过程的研究现状及评述

阐述了混凝土中钢筋腐蚀过程的研究背景,从混凝土碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀过程等方面总结归纳了国内外混凝土中钢筋腐蚀过程的研究成果,并提出了目前混凝土中钢筋腐蚀过程研究急需解决的问题。     

氯盐环境下混凝土氯离子传输和钢筋锈蚀研究

通过对16组带裂缝100×100×400mm的短梁进行在氯盐溶液的干湿循环试验,以裂缝宽度、混凝土保护层厚度和钢筋直径为变量,研究不同裂缝宽度的钢筋混凝土裂缝周围和沿裂缝深度的氯离子含量,以及裂缝底端钢筋锈蚀长度,探讨氯离子传输规律;钢筋锈蚀长度的影响因素;并提出钢筋锈蚀长度预测模型。结果表明:氯离子在带裂缝混凝土中以二维扩散的方式扩散,氯离子在裂缝周围40～60mm区域的二维扩散效应表现得更加显著;混凝土深度为10mm范围内氯离子浓度随裂缝增大的趋势相对平缓,当深度10mm后,其趋势变大;裂缝宽度对钢筋锈蚀长度影响最大,当裂缝宽度w0.3mm时,钢筋锈蚀长度的预测值与试验值符合程度较好,钢筋锈蚀长度预测模型具有一定合理性。     

寿命期内混凝土桥梁性能演变分析

为了定量分析寿命期内混凝土桥梁整体力学性能的演变过程,在重点解决退化过程中材料力学性能劣化、截面面积削弱和结构整体力学性能演变等力学问题数值模拟方法的基础上,建立基于有限元的混凝土桥梁性能演变分析方法,利用Fortran 95编写相应的分析程序.以一座3 m×25 m预应力混凝土连续梁为对象,研究模型梁在氯离子侵蚀环境中结构整体力学性能的演变规律.结果表明,混凝土截面开始削弱后考虑和不考虑环境作用的结构响应差异逐渐明显,成桥60 a后考虑环境作用的混凝土正应力不满足规范要求.对于预应力混凝土桥梁,当预应力钢筋不发生锈蚀时混凝土截面的削弱是引起结构整体力学性能演变的主要原因,预应力混凝土桥梁的正常使用极限状态有可能出现耐久性不足的问题.     

钢筋蚀坑模型及其对应力分布的影响

通过试验观测,对蚀坑深度、沿钢筋纵向的长度和钢筋横向的宽度3个参数进行定义,建立了钢筋蚀坑的三维模型,并在此模型的基础上进行有限元模拟,得到了蚀坑参数对钢筋应力集中分布的影响．     

锈蚀疲劳后混凝土中钢筋力学性能试验

为研究锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的力学性能退化规律,对锈蚀钢筋混凝土梁疲劳破坏后取出的梁内主筋进行轴向拉伸试验,结合试验得到的锈蚀疲劳钢筋的应力-应变曲线,定量化地提出了锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的本构关系模型,并对模型计算值与试验实测值进行对比验证.试验结果表明,未锈蚀钢筋在疲劳循环200万次后表现出与原状钢筋相同较好的延性破坏特征,疲劳作用对未锈蚀钢筋的力学性能没有实质影响;锈蚀疲劳后钢筋的应力-应变曲线发生了显著变化:屈服台阶特征改变、延伸率减小、屈服强度降低,变化幅度的大小与锈蚀疲劳程度有关,软钢不同程度地硬化;疲劳裂纹的出现使得钢筋在极低的延伸率下即突然拉断破坏,强度大幅降低,延性几乎完全丧失.     

含氧量对临界氯离子浓度及钢筋锈蚀速率影响

为了明确氧气含量对钢筋锈蚀的影响,通过对直接反应钢筋钝化膜状态信息的物理量-钢筋极化电阻的测试,研究了不同氧气含量的混凝土模拟孔隙溶液中钢筋钝化膜破坏的临界氯离子浓度及氧气含量对钢筋锈蚀速率的影响.试验结果表明:当钢筋极化电阻值小于270 kΩ.cm2并持续下降时,钢筋钝化膜开始破坏;在氧气质量浓度为10.5至8.7 mg/L的混凝土模拟孔隙溶液中,当pH值为12.5到13.4之间时,钢筋钝化膜破坏的临界氯离子浓度为Cl-与OH-浓度比值是0.1;当pH值为11.7时,钢筋钝化膜破坏临界氯离子浓度接近为零,钢筋钝化膜几乎不能保持完整.氧气含量的适当降低有效减缓了钢筋钝化膜的破坏速度,但对钝化膜破坏时的临界氯离子浓度未产生影响.     

Fractal Characteristic of Pits Distribution on 304 Stainless Steel Corroded Surface and Its Application in Corrosion Diagnosis

Electrochemical techniques and fractal theory were employed to study the corrosion behaviors and pits distribution characteristics on the corroded surfaces of 304 stainless steel exposed in FeCl3 solution. Fractal features of pits distribution over the corroded surfaces were observed and described by the fractal dimension. A 5-8-2 back-propagation （BP） artificial neural network model for the diagnoses of the pitting corrosion rate and pits deepness of 304 stainless steel under various conditions was developed by considering the fractal dimension as a key parameter for describing the pitting corrosion characteristics. The predicted results are well in agreement with the experimental data of pitting corrosion rate and pit deepness. The max relative errors between their experimental and simulation data are 6.69% and 4.62%, respectively.     

砂浆内钢筋锈胀应力监测与数值模拟研究

钢筋锈蚀是导致海洋混凝土结构失效破坏的最主要原因,探明钢筋锈胀应力发展及其诱导混凝土开裂的过程对于钢筋混凝土服役寿命预测有重要意义。采用内掺盐与恒电位加速砂浆内钢筋锈蚀,通过砂浆外不锈钢圆环环贴应变片实现钢筋锈蚀过程的应变监测,并计算锈胀应力,利用COMSOL软件分析混凝土中钢筋锈胀应力发展及混凝土锈胀开裂历程。结果表明：利用有限元与钢筋锈胀时变径向位移加载,实现钢筋混凝土锈胀开裂过程的模拟,模拟结果与试验结果基本一致;不考虑砂浆、钢筋的非均匀性及锈蚀产物对开裂砂浆的充填效应,模拟结果不能真实反映锈胀应力的波动性及锈胀应力释放与缓慢增加的过程;提高砂浆强度、减小钢筋直径可以有效延缓钢筋锈胀导致混凝土开裂的时间。     

锈蚀不锈钢筋与混凝土黏结性能退化

通过不同锈蚀率下不锈钢筋混凝土试件的中心拉拔试验,分析锈蚀率、锈胀裂缝宽度对不锈钢筋/混凝土黏结性能退化的影响规律,分别基于质量锈蚀率和表面裂缝宽度建立不锈钢筋与混凝土黏结强度的预测公式,并与普通钢筋混凝土黏结性能进行对比分析. 研究结果表明：类似普通钢筋混凝土黏结退化规律,锈蚀不锈钢筋黏结强度随锈蚀率增大呈先增后减趋势,但拐点锈蚀率较普通钢筋更大;不锈钢局部坑蚀具有较强的随机性,使得锈胀裂缝宽度与锈蚀率的关系较为离散,与基于锈蚀率的黏结退化模型相比,基于表面锈胀裂缝宽度的模型可以更好地预测不锈钢筋与混凝土黏结强度的退化规律,工程实用性更强;在相同锈蚀程度下,不锈钢筋黏结强度退化程度较普通钢筋小,现有的普通钢筋黏结退化模型可以用于不锈钢黏结强度的预测,具有一定的安全保证.     

Characterization of the reinforcing steel corrosion by potentialdynamic scan approach

Reinforcement corrosion is the major cause of damage and early failure of reinforced concrete structures worldwide with subsequent enormous costs for maintenance, restoration and replacement. Many methods used today for assessment of reinforcement corrosion are based on electrochemical techniques that determine the free corrosion potential or polarization resistance. Most of these methods always consider the B value in Stern-Geary equation as constant. However, B changes with different condition. In this paper, potentialdynamic method is used to characterize the corrosion of reinforcing steel. The corrosion rate of Q235 carbon steel is measured with concrete environment. B is calculated real-time. By this way, the error of reinforcement corrosion rate is minimized.     

试件尺寸对锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能的影响

为研究试件尺寸(立方体试件边长为10D,钢筋直径D=14、20、25 mm)对锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能的影响,通过电化学加速锈蚀方法,获得了7组不同钢筋锈蚀率(0%、0.5%、1.0%、2.0%、5.0%、8.0%、10.0%)的中心拉拔试件.分析了试件尺寸、锈蚀率等影响因子作用下钢筋与混凝土间黏结性能的变化规律.结果表明:随着锈蚀率的增加,试件尺寸越大其锈胀裂纹出现越早且最大锈胀裂纹越宽;各试件的黏结强度、黏结刚度均随混凝土的恶化及锈蚀率的增加呈现出先增长后逐渐削减的趋势,黏结能量则随锈蚀率的增加而逐渐下降,且较大尺寸试件(D=25 mm)的黏结性能受锈蚀率的影响更为显著;锈胀裂纹出现前,试件自由端峰值滑移、黏结能量下降较为缓慢;当锈胀裂纹出现后,其自由端峰值滑移、黏结能量急剧下降,而后随着锈胀裂纹的加宽,其下降速率趋于平缓.基于试验结果,建立了不同锈蚀率下残余黏结应力与试件尺寸的关系式.     

锈蚀钢筋横截面积分布规律统计分析

检测确定钢筋的锈蚀特征参数是进行锈蚀钢筋混凝土结构性能评定的基础。通过电化学加速锈蚀试验获得不同锈蚀程度的钢筋,采用三维激光扫描技术建立锈蚀钢筋的三维几何模型,并提取相关的锈蚀特征参数。然后基于概率理论统计分析锈蚀钢筋平均截面锈蚀率与最大截面锈蚀率、锈蚀不均匀系数之间的相关性,建立了锈蚀不均匀系数的概率分布模型。研究表明:随着锈蚀程度的增大,最大截面锈蚀率和锈蚀不均匀系数均呈幂函数增长,并与锈蚀钢筋的直径有关;锈蚀不均匀系数服从广义极值分布,其概率分布的形状参数、尺度参数和位置参数均随锈蚀程度的增大而线性增大,并与锈蚀钢筋的直径和单元长度有关。     

钢材表面多重分形随锈蚀龄期的变化规律

为研究钢材的表面形貌随锈蚀龄期的变化规律,通过中性盐雾环境下的快速锈蚀试验得到9组不同锈蚀龄期的钢板试件,采用PS50三维非接触式表面形貌扫描仪对试件的上、下表面进行扫描,得到表面形貌和粗糙度S_q.根据多重分形理论对表面进行分析,计算其多重分形谱,得到特征参数Δα和Δf的变化规律,并根据这一规律研究试件表面形貌与锈蚀龄期之间的关系.结果表明,随着锈蚀龄期的增加,试件表面的平均Δα呈现出“增大（424.34%）—减小（26.5%）—增大（29.7%）”的变化趋势,该趋势符合四次幂函数曲线;平均Δf则呈现出符合二次曲线的下降（53.2%）趋势.随着锈蚀龄期的增加,1）试件表面的蚀坑形态由深窄型过渡到浅宽型,并进一步演化出了二级蚀坑; 2）试件表面的高度差异经历了“显著增大—增速减缓—渐趋稳定”的变化规律;3）表面不同高度区域之间的过渡越来越平缓.     

钢筋混凝土梁中锈蚀钢筋粘结性能的试验研究

采用梁式粘结试件研究了钢筋锈蚀对钢筋与混凝土之间粘结性能的影响.通过干湿交替来模拟海洋环境的潮汐和浪溅区,对钢筋施加外部直流电加速钢筋腐蚀,从极限粘结强度、自由端滑移、锈胀开裂前后的破坏形态以及锈胀裂缝对粘结强度的影响等方面研究了锈蚀钢筋与混凝土的粘结特性.结果表明,当腐蚀水平低时,钢筋与混凝土之间的粘结有一定程度的提高,极限粘结强度增加,而在极限粘结强度时的滑移随腐蚀程度增加而降低;锈胀开裂后,随着腐蚀水平的增加,钢筋与混凝土的粘结逐渐退化,粘结强度减小,破坏脆性特征明显.