基于锈蚀开裂准则的砼结构寿命评估

钢筋锈蚀是一般大气环境混凝土构件耐久性损伤的主要原因。本文总结了我们在钢筋锈蚀量评估模型及开裂时的锈蚀量等方面的工作,在此基础上,分析了各模型的统计特征,在此基础上建立了混凝土结构基于锈蚀开裂准则的耐久极限状态方程,进一步概率方法分析了混凝土结构件的锈蚀开裂寿命。     

锈蚀钢筋混凝土梁动态抗弯性能细观数值研究EI北大核心CSCD

为研究锈蚀对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁动态力学性能的影响,考虑钢筋锈蚀和应变率效应及混凝土内部结构的非均质性,建立锈蚀钢筋混凝土梁两阶段三维细观尺度数值模型。钢筋的非均匀锈蚀膨胀以施加非均匀径向位移的方式模拟,并以保护层开裂“最终状态”作为之后混凝土梁动载模拟的“初始输入条件”,获得锈蚀后的动态力学行为。在验证了数值模型合理性的基础上,分析了钢筋锈蚀引起的保护层锈胀开裂行为及不同应变率下构件力学性能的变化。结果表明:钢筋锈蚀使混凝土梁产生了明显的纵向裂缝,梁的承载力随钢筋锈蚀率增加而降低;高应变率下,混凝土梁发生冲切破坏,梁的承载力显著提高;锈蚀混凝土梁承载力损失与锈蚀后梁频率降低系数(反映刚度损失)近似呈线性规律,且低应变率下的承载力对频率变化更加敏感。最后,基于模拟结果回归分析,发展建立了考虑锈蚀及应变率耦合影响的混凝土梁动态抗弯承载力预测公式。     

海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀机理及监测技术概述

2014年我国由于腐蚀产生的损失约为21 278亿元,占国家GDP的3.34%。海洋环境中氯离子渗透至混凝土内部导致钢筋锈蚀是海洋环境下混凝土结构损伤的重要原因。海洋不同腐蚀区域的离子浓度、氧气浓度及海水干湿循环作用时间各不相同,这使得海洋不同腐蚀区域中暴露混凝土的氯离子传输速度和分布规律、钢筋锈蚀产物及锈蚀模式、钢筋锈蚀速率存在显著差异。其中海洋浪溅区和高潮位区域因氧气充足、海水干湿循环作用剧烈及浪溅作用导致钢筋混凝土更易破坏。钢筋锈蚀产物体积是原始体积的2~6倍,持续增加的锈蚀产物将导致混凝土开裂、保护层剥落并进一步加速钢筋锈蚀;考虑钢筋非均匀锈蚀、锈蚀产物填充效应、钢筋及混凝土性能的钢筋混凝土锈胀开裂模型将更加精确。根据海洋不同腐蚀区带特点、钢筋混凝土性能及受荷情况,建立不同腐蚀区域中混凝土的氯离子传输模型,钢筋锈蚀速率模型和混凝土锈胀开裂模型有助于准确预测海洋环境下钢筋混凝土的服役寿命。 通过对混凝土中钢筋锈蚀的检测与监测有助于实时了解混凝土的服役状态。采用线性极化、电化学噪声和电化学阻抗谱等电化学方法可以较好地检测钢筋锈蚀状态、获得混凝土中钢筋的锈蚀速率。基于电化学原理开发的阳极梯和环形电极、基于钢筋锈胀应力测试的光纤监测技术以及基于数字图像技术获得混凝土中钢筋锈蚀应力应变场,有助于实现对混凝土中钢筋锈蚀的监测,并且部分已应用于海洋工程。相比于普通钢筋,锈蚀钢筋的导电率和导磁率均显著降低,采用电磁感应原理开发钢筋锈蚀装置实现了暴露在海水中的普通钢筋和耐蚀钢筋磁通量变化值与钢筋质量损失线性关系的建立。这也为更精确监测混凝土中钢筋锈蚀全过程、实现混凝土中钢筋锈蚀源定位及损伤程度识别提供可能。因此,综合利用氯离子、pH微电极等实现混凝土内部微环境监测,开发先进的钢筋锈蚀监测传感器实现混凝土中钢筋锈蚀源和锈蚀速率监测,通过图像监测技术实现钢筋锈蚀诱导混凝土开裂过程监测。综合上述措施将实现对钢筋混凝土结构腐蚀的全过程监测,并为海洋钢筋混凝土服役寿命预测模型的验证与修正提供依据,同时为海洋环境混凝土的耐久性评估系统提供预警机制。     

混凝土保护层胀裂时刻钢筋锈蚀深度的理论模型

钢筋锈蚀产物产生的膨胀力往往会引起钢筋混凝土结构中混凝土保护层的开裂,为了研究混凝土保护层胀裂时刻钢筋的锈蚀深度,在假设钢筋为均匀锈蚀的前提下,以c/d0(c为混凝土保护层厚度,d0为钢筋的原始直径)作为控制指标,分别基于弹塑性力学和断裂力学的基本理论,建立了混凝土保护层开裂时刻钢筋临界锈蚀深度的理论计算模型。通过已有文献的多组试验数据对计算模型进行了验证,结果表明理论模型计算结果与试验结果能够较好地吻合。     

海工结构服役寿命及保护层开裂模式细观数值模拟

通过在钢筋与混凝土交界面处施加时变边界位移建立非均匀锈蚀钢筋锈胀模型,其中混凝土损伤本构采用指数应力软化模型,时变边界位移采用Faraday定律对氯离子浓度积分计算得到.参数化分析保护层厚度、钢筋位置、钢筋直径等因素对服役寿命及保护层开裂模式的影响.研究结果表明,服役寿命随保护层厚度增加而增长,而且增加幅度逐步增大,而钢筋直径变化对服役寿命影响较小,角部钢筋锈蚀则导致结构服役寿命缩短;中部钢筋的锈蚀使得保护层出现三条主裂缝,当保护层较小,保护层破坏模式为凸起式破坏,保护层较大时则将出现层裂;同时,角部钢筋锈蚀将在保护层内形成两条主裂纹,最终导致角部保护层脱落.     

钢筋截面积模糊随机时变概率模型

当前信息的有限性和未来信息的未确知性,使得钢筋截面积时变概率模型存在不确定性.将钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀影响因素的不确定性归结为模糊性和随机性,针对氯离子环境下均匀锈蚀和局部锈蚀两种状态,采用Mont Carlo区间数值模拟技术,分析了锈蚀初始时间模糊概率特征,建立了钢筋截面积均值和标准差关于服役时间和阈值的函数,以局...     

考虑钢筋锈蚀的复合受扭混凝土箱梁时变承载力研究

对考虑钢筋锈蚀的复合受扭钢筋混凝土箱梁时变承载力进行研究。针对复合受扭混凝土箱梁中混凝土开裂面与钢筋斜交的情况,推导了综合考虑钢筋混凝土粘结滑移效应及正交配筋效应的钢筋修正本构模型。引入钢筋和混凝土材料的时变劣化模型,结合复合受扭钢筋混凝土箱梁的修正板-桁架模型,编制了复合受扭钢筋混凝土箱梁时变承载力的计算程序。与纯扭锈蚀构件和复合受扭构件的试验对比,验证了所提出钢筋修正本构模型的适用性较好。算例结果表明:在假定的一般大气环境和受力条件下,考虑钢筋锈蚀的复合受扭钢筋混凝土箱梁构件100年后抗扭强度降低约15%。     

混凝土表面硅烷处理对冻融、氯离子侵蚀后钢筋锈蚀的影响

为研究冻融损伤环境下硅烷表面防护处理对钢筋混凝土内部钢筋锈蚀的影响,并为硅烷防护技术在恶劣环境下的应用提供参考,对带钢筋普通混凝土试件进行硅烷表面防护处理,通过冻融循环试验、氯离子侵蚀试验,在不同氯离子腐蚀龄期,利用半电池电位法测定钢筋半电池电位、利用线性极化法测定腐蚀电流密度,定量分析了不同冻融损伤下,不同硅烷表面涂覆量对混凝土内部钢筋锈蚀的影响。结果表明:冻融损伤后对混凝土进行硅烷防护处理可有效降低钢筋的半电池电位值和腐蚀电流密度,减小钢筋锈蚀概率,对混凝土有较好的防护作用。     

锈蚀钢筋混凝土结构可靠度评估

钢筋锈蚀是混凝土结构破坏最主要的原因之一,目前钢筋混凝土结构可靠度研究大多数没有考虑锈蚀的影响。提出了锈蚀钢筋混凝土结构可靠度评估方法。首先分析大气环境下和氯离子环境下钢筋锈蚀的模型,然后考虑钢筋面积和粘结强度的降低,建立锈蚀钢筋混凝土结构抗力的随机模型,最后采用一次二阶矩实用分析法计算可靠度指标,以评估大气环境下和氯离子环境下混凝土结构可靠度。两个算例表明,该方法可用于锈蚀钢筋混凝土结构可靠度评估。     

混凝土设计参数对氯盐环境下钢筋锈蚀的影响研究

研究了混凝土设计参数包括水胶比、胶凝材料组成、保护层厚度和混凝土氯离子含量等对氯盐环境下混凝土中钢筋锈蚀的影响。通过模拟氯盐环境下混凝土中钢筋所处的锈蚀环境,并以一定的方法加速混凝土中钢筋的锈蚀,采用电化学测试手段(钢筋腐蚀电位和钢筋腐蚀电流密度)来评价各设计参数对钢筋锈蚀的影响。结果表明,水胶比越小、保护层厚度越大、混凝土氯离子含量越小、使用矿物掺合料能有效延缓钢筋开始锈蚀时间,并在不同程度上减小钢筋的锈蚀速率。试件在试验一段时间后被破损,将钢筋周围砂浆制样并进行SEM扫描电镜元素分析试验,进一步验证电化学测试方法的准确性及钢筋的锈蚀程度。     

304不锈钢在盐湖卤水中的腐蚀行为

用腐蚀挂片试验方法研究了304不锈钢在盐湖卤水中暴露2a的腐蚀行为,井运用室内电化学试验方法研究了其电化学行为。结果表明：盐湖卤水浸泡2a后,304不锈钢腐蚀速率为0．0003mm／a,主要表现为点蚀,试样侧面加工缺陷处存在较深的点蚀坑;在卤水中浸泡768h后,304不锈钢表面钝化膜局部被破坏,出现点蚀孔。     

Corrosion Behaviour and Chloride Attack of Reinforcing Steel in Presence of Concrete Admixtures

Corrosion and electrochemical behaviour of reinforcing steel embedded in cement pastes with and without concrete admixtures used in Egypt to modify concrete properties have been studied. The influence of the admixtures on the corrosion resistance of the steel against chloride attack has been studied using impressed current and impressed voltage techniques. The results indicate that the type and concentration of the admixture used have an important effed on the extent of chloride induced corrosion of the steel. The mechanism of corrosion of steel due to chloride attack is discussed.     

柔性石墨接地体与金属接地体的耐腐蚀性对比

传统金属接地体受到土壤的电化学腐蚀严重,为此,选择一种新型接地材料——柔性石墨接地体,与钢、铜等常用金属接地体的耐腐蚀性进行对比。根据5种常见土壤的腐蚀特性,采用室内腐蚀模拟试验,通过制备土壤模拟液和细砂模拟我国几种典型土质,对几种接地材料的腐蚀特性进行了研究。同时,针对接地材料腐蚀对接地电阻的影响,分别对相同长度及直径的铜、钢和石墨复合接地体3种接地材料腐蚀前后的接地电阻进行了对比测试。研究表明:石墨复合接地材料不受土壤条件的限制,其防腐蚀特性优于现行的钢、铜等金属接地材料;石墨复合接地材料腐蚀前后,其接地电阻基本无变化。     

交流杂散电流对埋地Q235钢腐蚀行为的影响

土壤腐蚀中的交流杂散电流对管线钢腐蚀严重,为了弄清其影响规律,在室内模拟埋地Q235管线钢所处环境及受交流杂散电流腐蚀状况,通过调节交流电压改变交流信号的强度,利用失重试验和电化学技术研究了交流杂散电流强度对Q235钢腐蚀行为的影响。结果表明:Q235钢在土壤中的腐蚀同时存在交流杂散电流腐蚀和电化学腐蚀,其中交流杂散电流腐蚀可加剧电化学腐蚀过程;随着杂散电流强度的增大,腐蚀程度大大增加;在交流杂散电流存在的情况下,随着所施加交流电压的增大,Q235钢腐蚀电位负移,腐蚀电流密度增大,塔菲尔斜率r(βa/βc)相应减小,易发生阳极反应;随着埋地时间的增加,Q235钢在土壤中的腐蚀速率先增大后减小,逐渐趋于稳定。     

基于EIS研究镁水泥混凝土中涂层钢筋的耐腐蚀性

通过模拟室内自然状态、氯化镁溶液和水三种工作环境,采用CS350电化学工作站,结合理论与试验分析,对镁水泥混凝土涂层钢筋的交流阻抗谱进行研究。结果表明:通过对交流阻抗谱和涂层电阻的表征分析得出该涂层可以很好地保护镁水泥混凝土中的钢筋免受腐蚀。不同的混凝土保护层厚度对同时期的涂层电阻有一定的影响,涂层电阻的大小随保护层厚度增加而增加。从而得出该涂层对镁水泥钢筋混凝土中的钢筋起到很好的保护作用,进而解决镁水泥钢筋混凝土在盐渍土地区应用易受侵蚀的问题。     

Q235钢的污染海洋大气环境腐蚀寿命预测模型

采用周浸加速实验模拟Q235钢在我国青岛、万宁两种污染海洋大气环境的腐蚀行为,用失重法、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法分析Q235钢在室内模拟大气环境的腐蚀形貌、腐蚀产物、腐蚀动力学。研究室内加速实验与室外暴晒实验的相关性。结果表明:周浸加速实验后Q235钢与实际污染海洋大气环境暴晒实验结果相关性较好。结合灰色关联法建立Q235钢在两种污染海洋大气环境下的腐蚀寿命预测模型:T_(QD)=137.002t~(1.093),T_(WN)=102.398t~(0.952)。     

碳钢与镀锌钢在不同气氛混凝土与模拟液中的腐蚀行为

热镀锌被广泛用于钢筋防锈蚀,为探求不同气体氛围以及不同介质环境中镀锌层对钢基体的电化学保护作用的差异,在N_2、饱和CO_2、空气3种气氛下,运用pH值、电位监测、X射线衍射(XRD)等方法分析碳钢和镀锌钢在普通混凝土及模拟混凝土孔隙液中的腐蚀行为。结果表明:在N_2、饱和CO_2、空气3种气氛下混凝土的pH值最终分别为12.50、7.41、10.06,模拟液的pH值最终分别为12.50、6.05、8.05;在N_2气氛下,介质对最终电位影响不大,碳钢和镀锌钢都表现为较稳定的钝化状态;在CO_2气氛下,碳钢和镀锌钢的电位都剧烈下降,模拟液介质中的碳化情况比混凝土中的严重,其中模拟液中碳钢的电位稳定,而镀锌钢的电位在第9~13 d有一段上升,此时镀锌钢的腐蚀产物主要为碳酸锌;在空气气氛下,镀锌钢在2种介质中电位都呈现上升趋势,与碳钢的电位差值逐渐减少,其在混凝土中波动更为剧烈,表面生成的锌酸钙随着溶液pH值的降低同时存在溶解与生成现象。     

室内空气品质与空调新风

本文简要介绍了家用分体空调的使用过程中对室内环境的不良影响，特别是对室内空气品质的影响，同时提出了提高室内空气品质与使用家用分体空调的矛盾，并指出其本质实际上是改善室内空气品质与节约能源的矛盾，进而提出了一些解决这一矛盾的办法，着重强调了在引入新风改善室内空气品质过程中的能量回收和提高家用分体空调的能效。其中提出了一些新的想法，有待于进一步的研究论证。     

Effect of tin addition on corrosion behavior of a low-alloy steel in simulated costal-industrial atmosphere

The effect of tin addition on the atmospheric corrosion behavior of a low-alloy steel in simulated coastal-industrial atmosphere has been investigated by indoor wet/dry cyclic corrosion test (CCT). The results indicate that tin addition can obviously make the steel substrate more resistant to atmospheric corrosion by suppressing the cathodic H⁺ reduction reaction, and but tin addition is not of obvious beneficial effect when the steel is covered with a thicker rust layer during long-term corrosion process. The reason lies in the fact that the presence of un-reduced H⁺ can lower the electrolyte pH value and lead to a loose and porous rust layer on tin-containing steel sample than that on tin-free steel sample. In addition, the 120 CCT cycles corrosion process of the two steels can be divided into three stages. Both the tin-free and tin-containing steels show an increasing corrosion rate during the initial corrosion stage and then exhibit a decreasing corrosion rate during the second and third corrosion stages. Moreover, tin addition makes the tin-containing steel rust layer have a higher amount of α-FeOOH and lower amount of γ-FeOOH and Fe₃O₄ than the tin-free steel rust layer.