基于损伤的钢筋混凝土锈胀开裂模型

基于混凝土的各向异性损伤,建立考虑钢筋、腐蚀产物、混凝土三者不同力学性能的钢筋锈胀导致保护层开裂的数学模型。模型考虑了腐蚀产物对钢筋混凝土界面区的孔隙和混凝土开裂裂缝的填充效应,采用非线性分析算法,预测了开裂过程中混凝土构件的应变与位移以及混凝土保护层开裂时间。最后将模型预测值与试验结果进行对比,结果表明:当混凝土出现裂缝之后,混凝土产生软化、腐蚀产物对裂缝进行填充,从而使混凝土环向拉应变的增长速率减缓;在选定钢筋的型号、直径以及混凝土强度之后,可通过增大保护层厚度来减小钢筋锈胀开裂的风险。     

混凝土特征拉应变随龄期发展规律研究

为了更好地预测混凝土抗开裂性能,研究了混凝土特征拉应变随时间的变化规律。通过弯拉试验方法,研究水泥强度等级与掺加纤维对混凝土1～180 d各龄期的初裂拉应变和极限拉应变的影响,分析初裂拉应变与弯拉强度和静力受压弹性模量比值的关系,建立了极限拉应变随龄期发展的关系式,提出最终极限拉应变与特征龄期的概念。试验结果表明,混凝土的初裂拉应变与混凝土弯拉强度和静力受压弹性模量的比值具有良好的线性关系,混凝土极限拉应变随时间成负指数增长,提高水泥强度等级与掺加纤维均可以提高混凝土最终极限拉应变,但提高幅度并不显著,相对而言,以特征龄期来评价混凝土抗裂性能更加重要。     

混凝土的尺寸效应

本文讨论了Bazant所提出的二种混凝土强度尺寸效应律基于能量释放的尺寸效应律和统一的尺寸效应律.通过比较分析得出结论,对混凝土结构而言,基于能量释放的尺寸效应律更为适用.     

混凝土中氯盐传输的三维细观模型

为研究真实混凝土中氯盐的传输过程,采用X-ray CT测试技术,原位重构了混凝土三维骨料分布与孔隙结构,建立了混凝土的三维细观数值模型;考虑界面过渡区(ITZ),并基于Fick第二定律,研究了氯离子在混凝土中的三维传输规律,同时通过电子探针技术验证了模型的准确性.研究表明:骨料表面的凸起及凹陷处对氯离子等值线的疏密、形状及扩散方向均有很大影响;不规则骨料增加了流线迂曲度,而ITZ的存在导致骨料周围形成快速传导路径,加快了氯离子的扩散速率.     

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.     

混凝土水分扩散表面因子理论模型与验证

针对混凝土湿度场对混凝土结构耐久性、混凝土表面干缩应力以及干缩裂缝等的影响,研究混凝土湿度场中水分扩散表面因子这一关键因素.引入混凝土表面孔隙面积和孔隙中的水分扩散系数2个参数,推导混凝土湿度场的第3类边界条件.将混凝土表面水分对流扩散简化为不可压缩流体一维平板壁面对流传质问题,根据质量守恒和平板壁面对流传质理论,建立混凝土干燥过程水分扩散表面因子的理论模型以及模型的近似解.结果表明,理论模型和试验检测结果之间具有良好的相关性.     

基于骨料信息的自密实混凝土配合比设计新方法

根据比表面积定义并考虑实际操作的简便性,提出一种表征骨料比表面积的简易计算方法.利用骨料比表面积反映骨料粗细程度以及各粒径分布,在砂填充石子空隙与净浆填充骨料空隙的过程中分别引入富余砂裹厚度以及净浆包裹骨料厚度概念,并结合自密实混凝土（SCC）各组分的体积相加性,推导SCC各组成用量的计算式,提出新的SCC配合比设计方法.此设计方法操作简便且方便实现电算.采用此方法配制C35和C50两个等级的SCC,试验检测结果表明,C35和C50的工作性能及强度均达到设计要求,其中C35在现场试验中效果良好.     

带横向荷载裂缝钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀形态研究

对荷载作用下恒电流通电锈蚀的带荷载裂缝钢筋混凝土梁进行研究,绘制通电锈蚀前后横向裂缝和顺筋锈胀裂缝分布图,探究横向荷载裂缝对通电锈蚀过程及锈胀裂缝开展的影响。通过三维激光扫描对锈蚀钢筋表面特征进行分析,对比通电锈蚀和自然锈蚀条件下钢筋锈蚀的纵向不均匀性和锈胀裂缝发展。研究发现,通电锈蚀和自然锈蚀下,横向裂缝的存在都会加速该处钢筋的锈蚀截面损失,但通电锈蚀下横向裂缝处的钢筋会出现明显的"颈缩"现象。钢筋截面周长锈蚀率和截面锈蚀率的分布规律相同,截面周长锈蚀率同样可以较好地反映钢筋锈蚀程度。通电锈蚀和自然锈蚀钢筋的平均截面面积与最小截面面积的比值能反映钢筋锈蚀的不均匀性,其值满足Gumbel分布。     

早龄期混凝土单轴拉伸试验的数值模拟

基于强度为C40,龄期分别为2d,7d,28d的混凝土单轴拉伸试验,通过编制用户子程序调用通用有限元软件ABAQUS中的损伤塑性模型,对试验进行了数值模拟。该模型将损伤和塑性作为材料的两个内变量,共同引起混凝土的强度变化及变形。混凝土试件宏观裂缝的出现及扩展（应变软化段）由耦合了损伤变量的弥散裂缝模型进行计算。将模拟出的应力一位移曲线与试验曲线进行对比,并将不同龄期的曲线之间进行了相互对比。结果均令人满意。通过对模拟出的塑性应变场、损伤场的分析,形象地再现了早龄期混凝土试件单轴拉伸破坏的全过程,为早龄期混凝土结构的拉伸损伤断裂过程分析提供了有力的数值工具。     

荷载作用对混凝土中氯盐传输的影响研究进展

服役过程中的混凝土结构都要承受荷载与环境的共同作用。针对海洋环境和除冰盐环境,从材料学角度和多尺度层次概述了目前关于荷载作用对混凝土中氯盐传输影响的研究。重点论述了荷载作用对混凝土中氯盐传输的影响机理、试验方法,以及轴压荷载、弯曲荷载和荷载裂缝对氯盐传输影响的研究进展,对存在的有关问题进行了讨论,并提出了进一步研究的相应建议。