钢筋锈蚀层发展和锈蚀量分布模型比较研究

研究了各种加速试验条件和实际自然环境下混凝土中钢筋锈蚀量的分布规律.结果表明:氯盐外侵试件在锈胀开裂前锈蚀量分布在面向保护层一侧,呈半椭圆形分布.锈胀开裂后向内部发展,在背向保护层一侧的锈蚀量近似为均匀分布.在面向保护层一侧锈蚀程度相当的情况下,内掺氯盐试件背向保护层一侧的锈蚀量大于氯盐外侵试件.人工气候环境下钢筋锈蚀层的分布特征与自然环境下的相同,是一种比较理想的加速试验方法.外通直流电法的锈蚀比较均匀地分布在整个钢筋表面,与实际自然情况不符.     

电化学快速锈蚀与自然环境钢筋锈蚀的相似性分析

就电化学快速锈蚀与自然环境下钢筋锈蚀的相似性进行研究,深入分析了环境条件对钢筋锈蚀机理、钢筋表面特征与锈蚀产物的影响,通过对电化学快速锈蚀与自然环境下混凝土保护层锈胀开裂的比较,探讨了电化学快速锈蚀模拟自然环境钢筋锈蚀的适用性.根据自然环境条件下和快速锈蚀试验中钢筋混凝土中锈蚀产物不同,提出了对外加电流快速锈蚀条件下钢筋混凝土锈胀开裂试验结果进行修正的方法.     

锈蚀速率对混凝土中锈蚀产物渗透的影响

钢筋出现锈蚀后锈蚀产物会在保护层孔隙中扩散，延缓锈胀裂缝发展．为提高从保护层裂缝宽度推算钢筋锈蚀率的准确性，设计不同外加电流密度的通电加速锈蚀实验，使钢筋以不同锈蚀速率发生锈蚀，基于结合X射线计算机断层成像和有限元的逆向建模方法计算锈蚀产物体积修正系数，量化锈蚀产物渗透，分析锈蚀速率的影响．结果表明，随着钢筋锈蚀速率的增大，锈蚀产物渗透减少，锈蚀产物体积修正系数增大；随着钢筋锈蚀过程发展，锈蚀产物体积修正系数减小，但减小过程与锈蚀速率无关；锈蚀产物体积修正系数随着钢筋锈蚀率的增大呈指数减小．研究结果可为钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀评估提供依据．     

恒定气候混凝土内钢筋锈蚀速率的时变特征与机理

为了深入研究混凝土中钢筋腐蚀龄期对钢筋锈蚀速率的影响，通过加速腐蚀试验研究了不变环境条件下混凝土中钢筋腐蚀电流强度的经时变化过程，并通过微观测试技术对混凝土中钢筋锈蚀层发展过程进行了机理分析，全面解释了钢筋腐蚀速率的经时变化过程规律．结果表明：钢筋表面锈蚀层（水泥浆体与铁锈物混合层）的形成与发展是钢筋锈蚀速率发生变化的主要原因；在气候环境条件恒定条件下，混凝土内钢筋的锈蚀速率的时变过程可分为锈蚀初期的下降阶段、平稳发展阶段和混凝土开裂后的上升阶段．     

钢筋加速非均匀锈蚀试验方法和锈蚀形态研究

采用自主发明的通电加速钢筋非均匀锈蚀试验方法,以不锈钢丝作为辅助电极对混凝土试件进行通电加速锈蚀,利用三维激光扫描技术获得不同锈蚀率下锈蚀钢筋的三维几何模型,研究采用该方法时锈蚀钢筋的不均匀性. 研究发现,由此可以得到与实际自然锈蚀情况相似的不均匀锈蚀现象,即靠近不锈钢丝一侧锈蚀比较严重,远离不锈钢丝一侧锈蚀较少. 根据对锈蚀钢筋纵向截面积的分析,建立不均匀系数R的概率分布模型,其值满足Gumbel极值分布;将模型与实际自然锈蚀的钢筋不均匀系数R的概率分布进行比较,进一步验证该方法用于评估钢筋混凝土构件承载力的可行性.     

锈蚀钢筋与混凝土黏结机理试验研究

通过对混凝土试块中不同直径和保护层厚度的变形钢筋和光面钢筋进行拔出试验,得到了不同类型试件的平均黏结应力-平均滑移关系曲线.描述了各种试件的破坏过程,对锈蚀钢筋混凝土黏结性能退化机理进行了分析,阐述了不同加速锈蚀方法、锈蚀程度、钢筋直径、保护层厚度以及箍筋等因素对钢筋与混凝土的黏结性能的影响,发现随着锈蚀程度的增加,黏结性能先是略有提高,然后逐渐出现明显的退化;加速方法对锈蚀钢筋混凝土试件的黏结性能影响也较大,相同裂缝宽度下,恒电流加速试件的极限荷载比人工气候加速条件下要低很多.     

开裂混凝土中钢筋加速锈蚀方法适用性

采用4种不同的外加电流加速锈蚀方法对荷载作用下混凝土中钢筋的锈蚀过程进行模拟,分析锈蚀后钢筋表面形态特征及锈蚀产物的形貌和成分.试验结果表明:预设辅助电极外加电流加速锈蚀方法,几乎不存在溢锈现象,锈胀力发展快,因此锈胀裂缝发展迅速;采用半浸泡外加电流加速锈蚀方法,锈胀裂缝发展速度次之,存在溢锈现象,如不及时清除会影响氧气的扩散性能,从而影响锈胀力的发展速度;采用贴面外加电流加速锈蚀方法,锈胀力发展速度较慢;全浸泡外加电流加速锈蚀方法,由于锈蚀过程中锈蚀产物不断被水带走,导致锈胀力发展最慢,通电时间最长,锈胀裂缝发展最慢,无法达到预期裂缝宽度.加速锈蚀方法的理论锈蚀质量高于实际试验锈蚀质量.     

考虑时变效应的砼内钢筋锈蚀速率预计模型

在钢筋锈蚀速率基本预计模型的基础上,建立考虑时变效应的钢筋锈蚀速率预计模型,通过试验确定了模型中参数阳阴极反应的Tafel斜率βa和βc随混凝土孔隙水饱和度θs及锈蚀时间t的变化规律,并通过人工加速气候环境试验对模型进行了验证.结果表明:当混凝土孔隙水饱和度小于95%时,人工气候环境下,模型计算值和试验实测值的经时变化规律相同,数值接近,误差不超过10%.     

荷载与氯化物耦合作用下高性能混凝土中钢筋锈蚀试验

为研究高性能混凝土(HPC)在通电加速锈蚀环境下,氯离子侵蚀和荷载耦合作用对其中钢筋锈蚀影响的规律和机理,以粉煤灰单掺、粉煤灰与矿渣复掺、阻锈剂以及应力水平为变量因素,设计了12组HPC配合比并分别制作内置两根钢筋的小梁试件.采用PARSTAT 4000电化学工作站对混凝土内钢筋进行腐蚀速度测试,并通过观测腐蚀产物更直观掌握钢筋的锈蚀情况.试验结果表明,荷载明显地增加了试件中钢筋的锈蚀程度;掺入不同矿物掺和料和阻锈剂可以明显改善HPC中钢筋的锈蚀情况,降低钢筋的失重率,其保护层最大开裂宽度也得到明显控制.在试验基础上提出了具有高抗锈蚀性能的高性能混凝土配合比建议,为工程应用提供技术支持.     

再生集料混凝土钢筋锈蚀速率时变规律研究

在相同人工气候条件下,研究再生集料混凝土（取代率为50%）与普通混凝土内部钢筋锈蚀速率的时变情况,得出再生混凝土钢筋锈蚀速率时变规律,分析其机理.并探讨了掺加粉煤灰对于再生混凝土和普通混凝土内钢筋锈蚀速率时变规律的影响.     

钢筋混凝土人工气候加速腐蚀的试验研究

在分析了含有氯离子的混凝土内钢筋锈蚀机理的基础上，介绍了利用人工气候实验室进行混凝土内钢筋加速锈蚀的试验，并对试验结果进行了分析。试验表明，温度和相对湿度对受氯离子侵蚀的混凝土内钢筋的锈蚀速度有很大影响，随着温度或相对湿度的提高，钢筋的锈蚀速度也会加快。试验还表明钢筋的保护层厚度及直径大小也明显影响它的锈蚀速度。     

Corrosion risk assessment of chloride-contaminated concrete structures using embeddable multi-cell sensor system

Monitoring the service condition of concrete structures requires the quantitative assessment of properties and corrosion rate of structural steels surrounded by concrete. A multi-cell sensor system that included a reference electrode, a chloride content sensor, a macrocell current unit and an electrical resistance measurement unit was developed. This system provided the following important electrochemical data in the cover-zone concrete on site: open circuit potential, macrocell current from anodes to cathode, chloride profile, concrete resistance and corrosion rate of built-in anodes. The experimental results show that the macrocell current increases when the chloride content in concrete is higher. Thus, monitoring the chloride content is a good method for monitoring the corrosion state. The chloride ion content and cover depth are the key factors that affect the electrical resistance of concrete. Without considering the temperature and time, a simplified model of the instantaneous corrosion rate of steel rebar in a concrete structure based on the measured chloride contents and concrete resistance was proposed. The test results further prove the reliability of this simplified predicting model.     

钢筋混凝土锈胀参数构件计算模型建立与应用

在对混凝土锈胀开裂破坏过程进行阶段划分的基础上,从锈蚀参数概念出发,利用变形协调原理导出了锈蚀物填充范围、锈蚀钢筋直径膨胀增量、锈胀作用临界锈蚀率、铁锈物膨胀系数、混凝土开口空隙率及锈蚀钢筋初始直径等各参数之间的关系,建立了计算锈蚀自由膨胀阶段铁锈物质渗入混凝土层的填充范围相对值的数学模型,并推导了锈胀连续作用阶段计算锈胀主压应力的理论模型.利用室内锈胀试验成果与锈胀二维数值模拟结果进行对比的方法,验证了所建立理论模型的可靠性与适用性.模型将为混凝土耐久性设计及寿命评估提供理论参考.     

钢筋在碱激发矿渣模拟孔溶液中的钝化及腐蚀性能

采取自腐蚀电位,Mott-Schottky曲线测试技术,研究了钢筋在不同掺量氢氧化钠激发矿渣的模拟孔溶液中钝化膜的生成、钝化膜的半导体性能、氯离子对钝化膜半导体性能的影响、钢筋锈蚀时的临界氯离子浓度。研究结果表明：钢筋在矿渣模拟孔溶液中能生成稳定的钝化膜,但钝化膜的生成时间较长,在18d～26d之间;氢氧化钠激发剂掺量（矿渣质量分数）较低时（2%和4%）,钝化膜具有双极性（n-p型）半导体结构特征;氢氧化钠激发剂掺量较高时（6%、8%和10%）,钝化膜具有三极性（p-n-p型）半导体结构特征;钝化膜的耐氯离子腐蚀能力随着氢氧化钠激发剂掺量的增加而增强,当氢氧化钠掺量≥6%时,钢筋耐氯离子腐蚀能力好于硅酸盐水泥对比组。其中氢氧化钠掺量为10%时,临界氯离子浓度为0.11 mol/L,而硅酸盐水泥对比组的临界氯离子浓度仅为0.03 mol/L。     

温度、湿度对钢筋锈蚀速度的影响

研究混凝土结构耐久性时，钢筋镑蚀速度是一个重要参数，其受很多因素影响，其中温度和湿度是两个重要的因素。通过试验对不同温度、湿度环境下钢筋镑蚀速度的变化情况进行了研究，分析了影响机理，并得出钢筋镑蚀电流密度与温度、湿度之间的定量关系，从而为进一步建立钢筋镑蚀速度模型打下基础。同时还对钢筋锈蚀速度的测定方法(线性极化法)进行了实际运用。     

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。     

混凝土中钢筋腐蚀过程的温湿度综合效应

环境的温度和相对湿度是影响混凝土中钢筋锈蚀速度的重要因素,这2个因素对混凝土中钢筋的腐蚀电流强度的影响并不是孤立的,而是互相交织在一起彼此产生影响的。通过试验研究了温湿度共同作用下混凝土中钢筋腐蚀速度的变化规律。研究表明,温度愈高,钢筋的腐蚀电流强度达到最大峰值时所对应的相对湿度愈大;相对湿度不同,温度升高对钢筋的腐蚀电流强度提高的幅度也不同。     

光纤光栅监测混凝土中钢筋锈蚀的可行性研究

基于混凝土中钢筋腐蚀后体积变化的事实,提出一种用于测量混凝土中钢筋腐蚀的新型传感器的设想。将光纤光栅拉伸后固定在圆形钢筋的表面,放入腐蚀溶液中加速钢筋的腐蚀。在钢筋被腐蚀后,光纤光栅所受到的拉伸应变将被释放,光纤光栅的反射光波长发生变化,通过测量光纤光栅的波长可以测得钢筋腐蚀程度。试验表明,光纤光栅可以用来测量混凝土中钢筋的腐蚀,测量精度优于±0.1 μm,测量范围约12 μm,非常适用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测。     

滨海非饱和钢混结构中氯离子传输的数值模拟

为探究非饱和状态下钢混结构中氯离子质量分数的分布情况,定义容量矩阵、传递矩阵和氯离子通过率向量,并与瞬态热平衡方程中的各参量进行等效,给出了基于ANSYS热分析模块模拟非饱和混凝土中氯离子传输的数值方法,在验证方法有效性的同时,探究钢筋混凝土梁遭受单向、双向、三向侵蚀后梁内的氯离子质量分数分布规律.研究结果表明:数值模拟程序所得氯离子质量分数值与试验结果非常接近,非饱和混凝土氯离子传输的数值模拟方法有效;钢筋混凝土梁遭受单向侵蚀时混凝土中氯离子质量分数衰减的最快,双向侵蚀其次,三向侵蚀时氯离子质量分数衰减最慢;在遭受多向氯离子侵蚀时,箍筋及纵筋表面氯离子质量分数比单向侵蚀时大;受侵蚀的相邻截面越多,钢筋越容易锈蚀,且距离越近的截面对其影响越大;氯离子从3个方向侵蚀的计算结果略大于从两个方向侵蚀的计算结果,左侧氯离子在10年侵蚀时间内有部分通过梁宽方向传输至右侧,因此,在长时间的侵蚀作用下,受到多向侵蚀的钢混梁内钢筋的腐蚀情况更为严重.