水工建筑物钢筋锈蚀检测方法探讨

钢筋锈蚀是影响混凝土结构安全和寿命的主要因素。水工建筑物中钢筋锈蚀的原因是混凝土保护层碳化、产生裂缝、侵入氯离子以及氧和水的作用。检测钢筋锈蚀的方法有三类,即常规方法、电化学方法和物理方法。对这些方法的可行性和存在问题作了详细讨论,并展望了在水利工程现场检测应用的前景。     

混凝土保护层质量与钢筋锈蚀

防止钢筋锈蚀是提高水工钢筋混凝土结构耐久性一个重要因素．从结构设计角度探讨了混凝土碳化和钢筋锈蚀产生机理,并根据实测数据分析了钢筋锈蚀与保护层厚度之间的关系,认为钢筋的锈蚀在很大程度上取决于混凝土保护层的质量,并进而认为保护层密实性和必需厚度是保护混凝土保护层质量控制的关键．     

钢筋锈蚀导致混凝土结构失效的机理与检测技术

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素之一,特别是钢筋暴露在氯化物中(氯化物可能来自配料或来自周围氯化物环境)。酸性气体渗透引起混凝土碳酸化是钢筋锈蚀的另一原因,此外还有一些其他方面的因素,如混凝土的质量,混凝土结构的外部环境等。可用多种方法评估钢筋锈蚀的原因及程度,但检测结果的解释有时十分困难。讨论了钢筋锈蚀的机理,以及钢筋锈蚀的检测技术。     

一般大气环境下钢筋开始锈蚀时间的计算方法

在评估混凝土结构耐久性时,其关键是确定钢筋开始锈蚀条件.一般大气环境下混凝土中钢筋开始锈蚀的条件是混凝土碳化及钢筋脱钝.碳化残量是描述钢筋开始锈蚀的重要参数,其大小取决于部分碳化区长度、碳化速度及脱钝速度.以实际工程检测数据为主要依据,考虑不同环境条件,以碳化系数、保护层厚度和局部环境系数为主要参数,利用回归分析方法建立了碳化残量的计算公式,并由此计算钢筋开始锈蚀的时间.通过实际工程数据验证,表明本文给出的钢筋开始锈蚀时间计算方法,在工程应用上是可行的,从而为合理评定混凝土结构耐久性提供依据.     

混凝土状况对钢筋锈蚀的影响及原因

钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性等级下降的主要原因之一,本文根据工程调查,分析了混凝土状况对钢筋锈蚀程度的影响,认为垂直裂缝对钢筋锈蚀的影响程度远小于纵向裂缝、混凝土碱度、碳化等其它因素．文中从设计和施工两方面提出预防钢筋锈蚀的措施．     

混凝土结构锈胀开裂预测的路径概率模型

针对氯盐环境下服役混凝土结构钢筋锈蚀、锈蚀程度不易检测及混凝土锈致开裂的现状,基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出一种预测钢筋锈蚀、混凝土锈胀裂缝开展时变特性的概率模型,并编制了计算程序.该模型可以模拟混凝土中钢筋锈胀开裂发展进程的路径,有效评估氯盐侵蚀环境下混凝土结构中钢筋锈蚀状况和锈胀裂缝宽度不同时段的概率分布,同时能估计构件钢筋样本锈蚀百分比.通过对濒海环境下某混凝土桥下部结构的耐久性评估,验证了该模型的准确性.该模型实现了对服役混凝土结构耐久性能的有效预测,评估结果可为工程维修和加固提供理论依据.     

锈蚀RC框架柱性能劣化的模拟与评估

为研究钢筋的不均匀锈蚀对RC框架柱性能的影响。推导了钢筋锈蚀过程中混凝土裂缝扩展规律以及锈蚀产物沿钢筋环向的分布规律,建立了基于表观裂缝宽度的纵筋锈蚀程度评估模型。通过引入锈蚀影响系数提出了考虑不均匀锈蚀分布的锈蚀纵筋等效强度模型。基于已有试验结果分析了纵筋锈蚀和箍筋锈蚀的关系,建立了箍筋和纵筋锈蚀程度的关联模型。基于Mander的约束混凝土模型建立了锈蚀箍筋约束的混凝土模型。模型计算结果表明:钢筋锈蚀导致混凝土、钢筋强度显著降低,钢筋的不均匀锈蚀会对钢筋力学性能产生影响。基于OPENSEES平台和所提出的材料模型,建立了锈蚀RC框架柱的数值模型。根据已有试验资料,先后对本文所提出的纵筋锈蚀程度评估模型,箍筋和纵筋锈蚀程度关系模型,锈蚀箍筋约束混凝土模型,以及锈蚀RC柱的数值模型进行了验证。结果表明,本文模型具有较好的精度,锈蚀程度评估模型能够体现主要因素的影响,研究结果可用于既有混凝土结构的性能评估。     

混凝土锈胀时刻钢筋锈蚀率的数值分析方法

基于通用有限元大型程序建立非线性有限元模型,对混凝土构件受钢筋锈胀力作用的情况进行模拟,并在此基础上提出了基于有限元数值分析的混凝土锈胀时刻钢筋锈蚀率的计算方法.对受均匀钢筋锈胀力的混凝土构件进行了数值分析计算,包括混凝土构件角部钢筋锈蚀和中部钢筋锈蚀的情况;基于已有的非均匀钢筋锈蚀模型,对于工程实际情况中更为常见的非均匀钢筋锈胀情况,进行混凝土构件角部和中部钢筋锈蚀的数值模拟;在以往钢筋锈蚀分布情况理论分析结果的基础上,结合锈胀力数值分析的结果,提出了混凝土保护层胀裂时刻非均匀钢筋锈蚀率的计算方法,并给出了计算实例,说明该方法在混凝土结构环境条件和侵蚀状况已知的情况下,可估算混凝土保护层胀裂时刻的钢筋锈蚀率.     

钢筋在混凝土模拟孔溶液中的腐蚀研究

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素.研究了模拟孔溶液pH值、Cl-浓度、SO42-浓度以及空气等对钢筋锈蚀的影响.试验结果表明：随溶液pH值降低,钢筋锈蚀程度增加.随孔溶液中Cl-浓度增加,锈蚀钢筋增重率线性增加.依据钢筋增重率判断,Cl-导致钢筋锈蚀临界值为0.065%.氯盐溶液中SO42-存在使钢筋锈蚀速度变为原来的2~3倍.将腐蚀溶液中钢筋与空气隔绝将延缓钢筋锈蚀.     

金清挡潮闸混凝土工程病害成因分析及处理措施

通过对金清挡潮闸混凝土工程病害检测及分析,得出了沿海挡潮闸的钢筋混凝土结构病害成因主要是混凝土结构的盐污染、混凝土的碳化、钢筋保护层厚度严重不足等因素的综合作用的结果.提出了针对水闸结构的作用特点,根据混凝土构件病害形式及程度,分别采用DL470乳胶配制的水泥砂浆进行修复,采用外帖碳纤维布进行补强加固处理,对存在严重安全隐患的混凝土构件,应进行更换处理.为沿海水工混凝土结构的病害处理提供了科学依据.     

应力作用下混凝土胀裂前钢筋锈蚀率预测模型

假设混凝土保护层完全碳化时钢筋开始锈蚀,利用应力状态下混凝土碳化模型,获得应力状态下混凝土中钢筋开始锈蚀时间的计算模型。根据应力状态下混凝土中CO2有效扩散系数得到相应的O2有效扩散系数,并通过外加电流加速锈蚀试验研究了应力状态对钢筋锈蚀速率的影响。最终基于法拉第定律建立了应力状态下混凝土中钢筋锈蚀率的预测模型,并用预测模型计算工程实例。计算结果与实测结果符合较好,同时证明随着应力水平的提高,钢筋开始锈蚀时间提前,锈蚀率加快,最终导致高应力区域锈蚀率明显高于低应力区域。     

钢筋混凝土简支深梁拓扑优化设计方法试验研究

运用拓扑优化辅助完成工程设计是近年的一种新方法。利用钢筋分离模型GBESO获取基于应力均匀化分布的最优钢筋拓扑,为解决钢筋混凝土深梁等二维构件的工程配筋设计难题提供新思路。分别参照该优化算法的解和按中国规范推荐的深受弯构件经验设计方法完成了一组钢筋混凝土简支深梁配筋设计,并进行静力对比试验。结果表明：钢筋分离模型GBESO设计的构件钢筋消耗量较低,极限承载能力较高,裂缝开展能力较强,且在破坏过程中表现出更佳的耗能能力,由此证明以斜钢筋补强斜截面的配筋设计方式更符合构件的受力机理和特性。钢筋分离模型GBESO在深梁配筋设计方面的能力得到一定的验证。     

A new two-staged model to predict corrosion degree of steel bars in cracked concrete area

In order to quantitatively describe the local corrosion process of steel bars in cracked concrete area, a new two-staged utility model is established, and the effect of transverse cracks on the reinforcement corrosion is analyzed from the angle of long-term service performance evaluation for reinforced concrete structure. Moreover, based on the principle of spectral analysis for environmental action of concrete, an equivalent relationship is established between the corrosion rate in the natural environment and that under the standard temperature and relative humidity condition according to the principle of equivalent annual corrosion depth. Comparison between the inspection results from some references and the calculated values by the twostaged utility model validates the feasibility of the proposed model. The model was applied to Chinese Railway Track System(CRTS)Ⅱ ballastless track slab with transverse dummy joints, from which satisfactory results of corrosion degree of steel bars were obtained.     

钢筋直径与活性粉末混凝土粘结性能的关系

钢筋与混凝土的粘结性能的好坏对实际工程中有着重要的作用.影响钢筋与混凝土粘结性能的因素有很多,比如钢筋直径,钢筋锚固长度,钢筋保护层厚度以及钢筋的锈蚀情况等.在普通的混凝土与钢筋粘结性能的研究中,已总结出了很多成熟的规律.但是对钢筋和活性粉末混凝土的粘结性能的研究相对比较少,缺乏具体的规范.现主要通过握裹力实验,研究钢筋直径与粘结性能的关系.通过实验得出一些结论:钢筋和活性粉末混凝土的粘结强度比普通混凝土和钢筋的粘结强度大很多,滑移曲线也有更好的延性.此外研究发现粉末混凝土相比普通混凝土有着更好的抗裂性能.这些结论为以后相关设计提供参考.     

FRP筋耐久性试验方法研究进展

纤维增强聚合物筋(FRP筋)是一种具有高强、轻质、耐腐蚀、耐疲劳等特点的新型复合材料,用其代替钢筋是解决钢筋锈蚀问题的新途径之一。本文对FRP筋耐久性试验方法研究现状进行了分析,并重点介绍了碱环境下FRP筋耐久性试验方法。     

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。     

Corrosion control in underground concrete structures using double waterproofing shield system (DWS)

High level of structural and waterproofing stability leads to long-term service life in underground infrastructures. Interaction between aggressive groundwater with tunnel causes corrosion and damage in concrete structure due to steel reinforcement corrosion and concrete cracks. This study introduces a double waterproofing shield system (DWS) as an innovative solution to waterproofing and structural failures in underground concrete structures. In this method, ordinary shotcrete mixture replaces by an organic polymer concrete (OPC) to construct a water-resistant temporary support right after each partial excavation. Two groups of specimens including reference concrete and OPC specimens were provided and tested in accordance with ASTM C 642. Waterproofing parameters including porosity, pore volume, permeability and hydraulic conductivity have been determined. Results show a remarkable reduction in mentioned parameters for OPC compared with ordinary concrete. Improvement in waterproofing performance of temporary support corresponds to a healthy final lining and increase in service life of the structure.