非均匀锈蚀钢筋-混凝土黏结性能试验

为探究非均匀锈蚀对钢筋与混凝土黏结性能的劣化规律,浇筑了8榀钢筋混凝土梁试件,首先通过外加电流引入钢筋锈蚀;钢筋达到设计质量损失率后停止通电,记录混凝土表面锈胀裂缝开展情况;然后对梁试件施加三点弯曲荷载以测试其黏结性能;最后梁试件黏结破坏后,将黏结区锈蚀钢筋取出进行三维扫描测试。试验结果表明:钢筋锈蚀产物体积膨胀引起混凝土保护层产生沿纵向受拉钢筋轴线方向的锈胀裂缝,且混凝土表面最大锈胀裂缝宽度与钢筋质量损失率呈对数关系;锈蚀钢筋表面存在锈坑,随着钢筋质量损失率增加到10.3%,锈坑总长度、总宽度和总深度分别显著增加了68.27、40.21、9.98 mm,即锈坑总长度随钢筋质量损失率的增加变化最为显著。基于试验结果,建立了考虑非均匀锈蚀影响的钢筋与混凝土相对黏结强度退化模型以及质量损失率与混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相关关系模型;并据此提出了基于混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相对黏结强度计算模型,且验证了模型的有效性。     

锈蚀钢筋与混凝土间黏结性能试验

为研究锈蚀对钢筋与混凝土间黏结性能的影响,制作20个中心拉拔试件.通过电化学加速锈蚀得到理论锈蚀率为0%、0.5%、1%、2%、5%的拉拔试件,完成了不同锈蚀率下钢筋与混凝土的拉拔试验.从钢筋几何外形特征与混凝土强度在锈蚀过程中变化的角度分析了锈蚀率对极限黏结强度的影响,以割线刚度的方法定量研究了锈蚀率对黏结刚度的影响.阐述了锈胀裂纹、黏结刚度及试件破坏模式随锈蚀率变化的规律.试验结果表明:随着锈蚀率增大,钢筋与混凝土间的黏结强度、黏结刚度呈现先增大后减小趋势.黏结刚度的退化与锈胀裂纹的出现具有一定相关性.通过整理国内外学者黏结强度退化数据,得到了两段式黏结强度退化试验模型及一定程度上可供工程参考的黏结强度退化保守模型.最后,基于两段式黏结-滑移模型得到了不同锈蚀率下钢筋与混凝土间黏结-滑移本构模型.     

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.     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土的抗腐蚀性能和黏结性能

碳纤维复合材料(CFRP)具有不透水和不透气的性质,是一种阻锈材料;同时具有高强度和优异的耐腐蚀能力,可用于加固维护处于腐蚀环境的钢筋混凝土结构.本文试验研究了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土试件再次受到腐蚀作用时的抗腐蚀能力和黏结性能,并与传统的防腐维护材料(硅烷和聚合砂浆)进行了对比.试验研究表明:CFRP不仅能阻止混凝土中钢筋的进一步锈蚀,并且能提高锈蚀钢筋与混凝土之间的黏结强度.     

锈蚀钢筋与高强再生混凝土的黏结性能试验

为研究锈蚀钢筋与高强再生混凝土之间的黏结滑移性能,采用通电加速锈蚀法获得36个中心拉拔钢筋被锈蚀的试件并进行中心拉拔试验.试件设计参数有5个:再生粗骨料取代率、钢筋外形、钢筋直径、锚固长度和钢筋锈蚀率.依据试验结果,对试件的黏结破坏形态和每个设计参数对锈蚀钢筋与高强再生混凝土间黏结性能的影响进行分析.结果表明:锈蚀钢筋与高强再生混凝土间的黏结破坏形式有3种,即钢筋拔断、钢筋拔出和混凝土劈裂;高强再生混凝土与锈蚀后螺纹钢筋间的黏结强度要明显高于锈蚀后光圆钢筋;锈蚀钢筋与高强再生混凝土间的黏结强度,随着再生粗骨料取代率的增加整体呈减小趋势,随着钢筋直径的增大而减小,随着锚固长度的增大而减小,随着钢筋锈蚀率的增大而减小,但当钢筋锈蚀率达到某一界限后这种减小便不明显.     

带肋钢筋与套筒约束灌浆料黏结性能试验

为套筒约束灌浆料在预制装配式结构中应用提供理论依据,进行了45个带肋钢筋锚入套筒约束灌浆料中的拉拔试验,研究了试件破坏形态和黏结强度的变化规律,拟合钢筋与套筒约束灌浆料间黏结滑移本构关系,并给出本构关系中各特征点的黏结强度和滑移值计算公式,计算了钢筋在套筒约束灌浆料中达屈服强度和极限强度的临界锚固长度.试验结果表明:随着钢筋直径增大,试件极限承载力增大,黏结强度总体呈增大趋势;随着锚固长度增大,试件极限承载力增大,但黏结强度降低;当套筒含钢率为13.78%~18.51%时,含钢率的增加对钢筋与灌浆料的黏结强度提高作用较小;由于灌浆料不含粗骨料,使钢筋在灌浆料中达黏结强度对应的滑移值大于钢筋在各种混凝土中达黏结强度对应的滑移值.试件黏结滑移曲线能量分析表明:钢筋直径、锚固长度增大,试件脆性系数总体呈降低趋势,表明试件延性提高;由于套筒的约束,灌浆料与钢筋的锚固长度大大减小.     

钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂细观数值研究

混凝土保护层锈裂严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。为了研究混凝土保护层的锈裂行为,考虑到混凝土细观结构的非均质性以及钢筋锈蚀的非均匀性,将完好混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了细观随机骨料模型。在模型中,钢筋的非均匀锈蚀行为以施加非均匀径向位移的方式模拟,骨料的力学行为假定为弹性,砂浆和界面过渡区的力学特性采用塑性损伤模型来描述。在此基础上进行了中部钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为的细观数值模拟;分析结果与已有文献中的试验结果吻合良好。另外,对比了均质模型和非均质模型中钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀导致的保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式、钢筋锈胀压力及保护层开裂时钢筋锈蚀率的影响。     

带肋钢筋与灌浆料黏结性能试验

为灌浆料在预制装配式结构及加固改造领域提供理论依据,进行了27个带肋钢筋-灌浆料拉拔试验,研究了试件的破坏模式和黏结强度随变量的变化规律,分析了灌浆料开裂、压碎过程及与过程相对应的典型黏结-滑移曲线各阶段.基于试验数据,拟合了灌浆料黏结锚固强度公式、黏结强度对应的滑移值公式和黏结应力-滑移关系式,提出了钢筋在灌浆料中的锚固长度经验值.结果表明:随着保护层厚度增大,试件平均黏结强度不断增大,相比于混凝土,保护层厚度增大相同幅度,灌浆料黏结强度增长慢;随着钢筋直径增大,平均黏结强度减小;随着钢筋锚固长度增加,试件平均黏结强度降低,相比于自密实混凝土,锚固长度增加相同幅度,灌浆料黏结强度增长快;强度等级相同时,灌浆料黏结强度高于普通混凝土;钢筋与灌浆料间黏结性能和钢筋与混凝土间黏结性能有差异.     

高温后不同冷却方式下的混凝土-钢筋黏结性能

为研究高温后不同冷却方式下混凝土-钢筋的黏结滑移性能,对39个高温后混凝土试件进行了中心拉拔试验,并完成了自然冷却方式下试件的劈裂抗拉强度试验,分析了温度和冷却方式对试件峰值黏结应力和峰值滑移的影响,建立了不同冷却方式下峰值黏结应力、峰值滑移与温度的关系式,提出了考虑初始温度损伤的黏结滑移全曲线方程,并基于黏结强度理论模型计算了自然冷却方式下的黏结强度理论值。结果表明：随着温度的升高,峰值黏结应力线性下降,500 ℃时黏结强度损失达80.5%,峰值滑移随温度升高呈现先减小后增大的趋势,不同冷却方式对峰值黏结应力和峰值滑移的影响不明显;考虑损伤的理论黏结滑移全曲线与试验曲线拟合度较好;采用理论模型计算的黏结强度与试验值较吻合。     

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.     

考虑均匀/非均匀锈蚀特征参数的钢筋力学与变形性能

开展了45个混凝土试件中135根加速锈蚀钢筋的单轴拉伸试验,分别建立了均匀/非均匀锈蚀特征参数与锈蚀钢筋的力学性能参数和变形性能参数之间的定量关系,进而提出了基于均匀/非均匀锈蚀特征参数的锈蚀钢筋应力应变关系模型。结果表明：锈蚀钢筋的力学和变形性能参数与锈蚀特征参数之间的相关性较大,随着质量锈蚀率、最大截面锈蚀率和最大锈蚀深度相对值的增加呈现线性减小趋势,而随着最小剩余截面积相对值和面积点蚀因子的增大呈现线性增大趋势;随着钢筋锈蚀程度的增加,锈蚀钢筋的屈服平台会出现明显退化现象,当质量锈蚀率、最大截面锈蚀率和最大锈蚀深度相对值分别大于20%、60%和40%左右或最小剩余截面积相对值和面积点蚀因子分别小于40%和60%左右时,屈服平台基本消失;轻度锈蚀钢筋可以利用均匀和非均匀锈蚀特征参数来描述应力应变关系曲线,而重度锈蚀钢筋采用非均匀锈蚀特征参数来描述应力应变关系曲线更合理。     

复合钢筋与早龄期海工混凝土黏结性能研究

为研究复合钢筋与海水海砂混凝土的工程适用性,对海水海砂素混凝土以及含聚甲醛纤维（POM）的海水海砂混凝土进行同心拔出试验,考虑不同的混凝土龄期和混凝土保护层与钢筋直径比（c/d）,研究这两个变量对黏结性能的影响,以量化黏结-滑移关系。试验结果表明:复合钢筋因其良好的性能适用于海水海砂混凝土加固;早龄期混凝土与钢筋之间的峰值黏结应力τ_u受龄期影响明显,加入POM纤维的海水海砂混凝土表现为更好的延性和黏结性能;混凝土龄期对峰值黏结应力对应的滑移值s_u和上升段形状参数α的影响整体表现为龄期越大,滑移值s_u越小,上升参数α越小;混凝土龄期越大,下降段形状参数k越大;基于试验结果提出了考虑混凝土龄期影响的复合钢筋海水海砂混凝土黏结-滑移模型,该模型与试验结果具有较好的一致性。研究表明复合钢筋和纯海水海砂混凝土可以进行工程应用,且加入聚甲醛（POM）纤维改善后的混凝土具有更好的性能。     

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.     

基于非均匀B样条插值的EMD算法

经验模态分解(EMD)是一种非平稳信号分析方法,存在分解不完全的问题.采用非均匀B样条插值生成包络线,得到了一种新的EMD算法,以实现准确的经验模态分解.针对同一信号给出的对比仿真,表明了算法的有效性.区别于传统算法的非均匀参数化方法具有精度高、实用性强的特点,利于多元推广.     

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.     

Analytic model of non-uniform corrosion induced cracking of reinforced concrete structure

In order to perfectly reflect the dynamic corrosion of reinforced concrete (RC) cover in practical engineering,an analytic model of non-uniform corrosion induced cracking was presented based on the elastic-plastic fracture mechanics theory.Comparisons with the published experimental data show that the predictions given by the present model are in good agreement with the results both for natural exposed experiments and short-time indoor tests (the best difference is about 2.7%).Also it obviously provides muc...     

带肋钢筋与超高延性水泥基复合材料的黏结性能

超高延性水泥基复合材料(UHDCC)是新型纤维增强混凝土,受拉时表现出超高的延性和应变硬化能力.为提供UHDCC应用于受力构件的界面黏结理论依据,进行了45个钢筋在UHDCC中锚固的拉拔试验,考察了锚固长度、浇筑方式、保护层厚度、90°弯钩等对黏结性能的影响.试验结果表明:由于纤维约束作用,试件未发生劈裂破坏;UHDC...     

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。     

基于低温液氮吸附实验的变形煤孔隙分布及其分形特征

选择平顶山十二矿和焦作中马村矿不同煤体结构的肥煤和无烟煤进行低温液氮吸附实验,分析研究变形煤的孔隙特征及其分形特征.研究表明,过渡孔和微孔是煤层气吸附发生的主要场所,其中微孔起着重要作用;分形维数反映了煤的煤化程度,即分形维数越大、煤化程度越深;分形维数表征孔容按孔径大小变化的分布特征,且分形维数与孔容含量有较好的相关关系.