考虑地方气候时氯盐侵蚀混凝土结构寿命研究

针对在气候环境和氯盐侵蚀共同作用下沿海混凝土结构诱导期寿命进行研究。基于现有混凝土结构氯盐寿命模型,同时考虑气候环境温度、相对湿度影响,分析了我国东南沿海部分城市混凝土结构诱导期寿命;并利用简单可靠度理论计算我国东南沿海部分城市混凝土结构诱导期寿命的概率分布。研究结果表明:1地方气候相对湿度对诱导期寿命影响不容忽视;2对诱导期寿命影响较明显的因素有:相对湿度影响系数f(h)、氯离子扩散延迟系数m、氯离子参考扩散系数Dref和混凝土保护层厚度X。研究成果对混凝土结构加固、维护、剩余寿命预测具有参考作用。     

基于扩孔理论的混凝土钢筋锈胀开裂分析

采用圆孔扩张理论对钢筋混凝土保护层锈胀开裂过程进行分析,推导不同锈蚀率下的混凝土塑性区边界应力及塑性区半径计算公式,建立保护层锈胀开裂扩孔模型。依据扩孔模型导出与保护层开裂时刻对应的临界钢筋锈蚀率表达式ρ(t),并对临界钢筋锈蚀率模型影响因素进行分析。研究结果表明:临界钢筋锈蚀率ρ(t)与混凝土强度等级、相对保护层厚度、钢筋锈蚀速率和铁锈膨胀率相关;随着混凝土相对保护层厚度增大,锈胀开裂临界锈蚀率ρ(t)快速增大;随着铁锈膨胀率增大,临界锈蚀率ρ(t)快速下降;随着混凝土强度等级增大,临界锈蚀率ρ(t)增加不明显。该模型为进一步研究碳化或者氯离子侵蚀的钢筋锈胀开裂寿命预测提供了理论基础。     

考虑钢筋阻滞效应的近海环境中混凝土内钢筋初锈时间预测

为探讨氯离子扩散进程中钢筋的阻滞效应,利用交替隐式有限差分方法实现了钢筋混凝土中氯离子二维浓度场的求解,研究了钢筋直径、保护层厚度、混凝土表面氯离子浓度等因素对混凝土内部自由氯离子扩散进程的影响,探讨了钢筋阻滞效应对腐蚀速率、钢筋脱钝时间和混凝土保护层开裂时间的影响.结果表明:受钢筋阻滞效应的影响,氯离子更多地聚集于靠近氯离子自由边界一侧的钢筋表面附近,且这种聚集效应随着钢筋直径和保护层厚度的增大越发显著,但随着扩散时间的延长,氯离子的聚集现象逐渐减弱;钢筋的阻滞效应对其锈蚀速率影响显著,同等条件下钢筋阻滞效应将使钢筋脱钝时间缩短28%,混凝土保护层开裂时间缩短22%.     

氯离子侵蚀钢筋混凝土管桩的使用寿命预测

基于氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀机理,将钢筋混凝土管桩的使用寿命分为2个阶段,锈蚀初始阶段和裂缝扩展阶段.依据Fick第二定律和Faraday定律,分别建立了氯离子在钢筋混凝土管桩中的扩散方程和氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀模型,通过确定临界氯离子浓度和钢筋临界锈蚀深度,分别对锈蚀初始阶段时间和裂缝扩展阶段时间进行了预测.并在此基础上,进一步分析了表面氯离子浓度、扩散系数、保护层厚度、钢筋直径、体积膨胀率以及抗拉强度与弹性模量的比值等因素对钢筋混凝土管桩使用寿命的影响.分析结果表明,随着表面氯离子浓度、扩散系数、钢筋直径和体积膨胀率的增大,管桩的使用寿命减小;随着保护层厚度和抗拉强度与弹性模量的比值的增大,管桩的使用寿命增大.     

混凝土结构中钢筋锈蚀的影响因素和检测评判方法的探讨

工程实践证明,在钢筋混凝土结构中,钢筋的锈蚀是影响结构耐久性的主要因素。文章根据混凝土中钢筋锈蚀机理,分析钢筋锈蚀主要影响因素,如钢筋锈蚀电位、氯离子含量、混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度、混凝土电阻率、混凝土的密实性、氧的影响机理,并对各影响因素的检测方法和推荐评判标准进行了探讨。     

钢筋锈胀时混凝土保护层损伤模型

假定钢筋产生均匀锈蚀时锈蚀层膨胀效应与"温度"膨胀具有相似性,采用锈蚀"温度环"模拟锈蚀层膨胀效应.假定钢筋锈蚀所产生的膨胀应力导致了混凝土中粗骨料与砂浆的界面应力,采用能量释放率描述界面裂纹开展的阻力梯度,从而基于粗骨料与砂浆界面效应的细观断裂性能建立了混凝土保护层的损伤模型,与氯离子侵蚀条件下的钢筋锈蚀预测模型相结合,实现了钢筋保护层损伤的时间序列分析方法.通过算例计算分析,实现了钢筋保护层混凝土初始损伤、损伤发展的影响因素、不同氯离子浓度水平时的保护层混凝土损伤时间过程的描述.     

角区钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂全过程研究

综合考虑氯离子的扩散过程、钢筋锈蚀的质量守恒以及钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂力学过程,以角区钢筋为研究对象,在钢筋周围施加随时间变化的非均匀径向位移,对氯离子侵蚀引起的混凝土保护层开裂全过程进行数值分析,得出了裂缝发展的分布规律、裂缝出现以及裂缝贯穿保护层所需的时间。并与实验结果进行对比,验证了模型的准确性。探讨了钢筋直径、混凝土保护层厚度以及混凝土强度的变化对混凝土保护层开裂行为及开裂时间的影响。结果表明,混凝土保护层厚度对开裂全过程影响最大,其次是钢筋直径,混凝土强度对其影响较小。     

复杂环境下钢筋混凝土桥梁损伤概率模型及可靠度分析

综合考虑氯离子的结合作用、水灰比、温度和湿度因素对钢筋锈蚀的初始时间的影响,对Fick第二定律进行改进,建立了初锈时间模型.并通过Monte Carlo数值模拟技术,对钢筋混凝土桥梁的保护层厚度、表面氯离子浓度、扩散系数和临界氯离子浓度进行随机抽样,进行了正常使用极限状态下的可靠度计算.研究结果表明,钢筋对锈蚀的敏感程度依次为:保护层厚度、临界氯离子浓度、扩散系数、表面氯离子浓度;随着锈蚀率的增加,桥梁在使用年限达到65年之后,失效概率达到1,同时使用年限下降27%.     

腐蚀环境下钢筋混凝土的轴向受压承载力研究

通过预测混凝土碳化深度,钢筋的氯离子侵蚀速率及钢筋起始锈蚀时间,建立了腐蚀环境下钢筋混凝土承载力与时间之间的关系.通过算例分析混凝土保护层对钢筋混凝土承载力的影响,得到保护层厚度对钢筋混凝土承载力的影响规律,即钢筋混凝土保护层厚度的增加可以提高腐蚀后钢筋混凝土的承载力,主要原因为保护层厚度的增加推迟了钢筋起始锈蚀时间.并分析了钢筋质量损失率与时间的关系以及钢筋直径对钢筋锈蚀率的影响,得到了钢筋直径对钢筋锈蚀率的影响规律,即直径大的钢筋对锈蚀的抵抗能力更强,钢筋直径越大锈蚀率越低.     

混凝土中钢筋锈胀过程的计算机仿真分析

基于混凝土中的钢筋锈胀损伤机理,提出一种采用温度膨胀环代替锈蚀产物的模拟方法,通过温度膨胀模拟锈蚀产物的体积膨胀作用,通过膨胀环厚度的增大模拟钢筋锈蚀的发展过程,通过变化温度膨胀环的温度膨胀系数,可以考虑不同锈蚀产物的影响,通过变化膨胀环的形状可以模拟混凝土中钢筋不均匀锈蚀,为混凝土中钢筋锈胀损伤机理的研究提供了一种有效方法,对保护层厚度、钢筋半径、钢筋位置、不同间距相邻钢筋对钢筋锈胀力的影响规律进行了计算分析,计算表明,保护层厚度和钢筋半径之比上影响混凝土中钢筋锈胀力的重要因素,且相邻钢筋锈蚀的附加影响不容忽视。     

不同措施对热带海洋砼结构服役寿命的影响

海工钢筋混凝土结构由于长期受到海洋盐雾大气、浪溅与潮汐、高温等环境因素作用,大量氯离子侵入混凝土中,致使结构中的钢筋严重锈蚀,从而使混凝土结构难以达到50年的设计寿命要求.本文基于修正的氯离子扩散理论与可靠度理论,通过南海实际工程来探讨一些结构措施和附加措施对海工混凝土服役寿命的影响.结果表明:增大结构的保护层厚度能有效延长结构的服役寿命.对混凝土结构施加一定的附加防护措施,也能够有效地延长混凝土结构在热带海洋环境下的服役时间.最有效的附加防护措施是采用不锈钢钢筋,但是价格太高而应用受限,比较适用的是硅烷外涂或者使用阻锈剂,但对于一维结构而言仅仅使用其中一种并不能保证结构50年的设计寿命.     

海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析

为了实现海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析的目标,首先给出了海洋环境混凝土桥梁耐久性退化过程中三个关键时刻的计算数学模型和截面削弱过程的模拟方法.以一座预应力混凝土连续梁为对象,利用笔者自行编写的分析程序分析了保护层厚度、大气温度、钢筋锈蚀临界氯离子浓度、混凝土表面氯离子浓度和混凝土强度等设计参数对混凝土桥梁耐久性...     

广州地区城市地下混凝土结构临界氯离子含量研究

主要针对广州地下混凝土结构侵蚀环境特点,进行氯离子侵蚀的快速腐蚀模拟实验.实验研究表明:较小的水与灰质量比和适量粉煤灰的掺入增加混凝土氯离子吸附能力,较大的保护层厚度、较小的水与灰质量比和掺粉煤灰降低混凝土的电流强度和延长电流稳定时间.同时微观结构分析显示氯盐腐蚀造成钢筋表层混凝土膨胀,结构出现膨胀劣化.通过氯离子侵蚀下锈蚀模拟实验与工程调查验证分析,推荐广州地区城市地下混凝土结构受氯离子侵蚀钢筋表面临界氯离子含量为0.04％～0.05％(质量分数),该值考虑混凝土对氯离子的结合及吸附的影响,为地区地下混凝土结构氯离子侵蚀寿命预测提供了参考.     

混凝土结构耐久性寿命评估影响因素敏感性分析

保护层厚度、CO2浓度影响系数、环境湿度、混凝土立方体强度等因素都影响了结构的耐久性寿命。本文运用灰色关联理论分析了单因素对结构预测寿命的影响，并分析了各影响因素对结构碳化寿命的敏感性。结果表明：保护层厚度、混凝土立方体强度、环境湿度增大可以使结构的寿命增加；构件所处年平均温度、CO2浓度升高、工作应力增大时其寿命成近似线性下降趋势；在各因素中保护层厚度、混凝土立方体强度对结构寿命的影响最大，因此在一定程度上可以通过增加保护层厚度及混凝土的强度来提高结构寿命。     

南海海域混凝土结构的钢筋锈蚀特征

为了探究热带海洋环境下混凝土结构的钢筋锈蚀现状,对中国南海岛礁珊瑚混凝土结构和普通混凝土进行现场调研与测试,研究了混凝土结构的钢筋锈蚀率、锈蚀钢筋强度与变形的规律以及钢筋锈蚀率与钢筋表面自由氯离子含量之间的关系.结果表明:在南海岛礁工程中,多风、高温、潮湿的海洋环境对钢筋混凝土结构具有很强的腐蚀破坏作用,钢筋锈蚀率较大,其主要破坏特征为混凝土保护层胀裂、剥落、垮塌、露筋、钢筋锈蚀等,钢筋锈蚀以坑蚀为主;随着钢筋锈蚀率的增大,锈蚀钢筋的屈服强度逐渐降低,锈蚀钢筋的屈强比也呈下降趋势.普通混凝土结构因氯离子扩散导致的钢筋起锈时间不足22~25a;不同暴露区域对钢筋锈蚀率的影响规律是浪溅区水下区大气区.     

钢筋锈蚀的微观影响因素、宏观表现及力学性能之间的关系研究

要评定构件的耐久性首先应从影响钢筋锈蚀的各种因素出发。混凝土结构中的钢筋锈蚀受到多种因素的影响,其中内部因素有钢筋所处的位置、钢筋的直径和形状、水泥品种、混凝土的强度和密实度、保护层厚度及完好程度(裂缝宽度及长度)、混凝土的液相组成(pH值及Cl-含量)等;外部因素有温度、湿度、周围介质的腐蚀性(如SO2等腐蚀性气体)及周期性的冷热交替等。     

钢筋非均匀锈蚀试验研究

设计了一种新的钢筋快速锈蚀试验方案,研究了钢筋非均匀锈蚀引起的混凝土保护层胀裂问题.试验现象表明,锈后试件的钢筋表面呈现明显坑蚀特点,且近保护层一侧的钢筋锈蚀更为严重;根据试验数据,利用统计回归分析的方法,给出了混凝土保护层出现可见裂缝时的钢筋锈蚀率与混凝土强度、钢筋直径及保护层厚度间的经验公式;数据分析表明,相对保护层厚度是决定混凝土开裂时钢筋锈蚀率的主要因素,而混凝土等级和钢筋直径对它的影响较小.     

氯离子侵蚀环境下的RC梁退化概率模型

基于现有规范的抗力计算公式,采用Monte Carlo数值模拟方法建立了由氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀下的RC梁抗力时变退化概率模型.模型考虑了混凝土、箍筋、斜筋和主筋对结构抗力的贡献,以及钢筋锈蚀过程对结构性能的影响,其对分析和评定服役混凝土结构的可靠性提供了一定借鉴意义.研究表明：保护层厚度对钢筋锈蚀初始时间影响显著,构件在65年以前受剪抗力退化更快,而在65年之后受弯抗力退化更快.     

裂缝非贯通条件下混凝土结构中氯离子扩散解析

考虑混凝土裂缝的非贯通条件,根据裂缝深度将带裂缝混凝土结构分为裂缝区和无裂缝区.依据Fick第二定律,建立氯离子在带裂缝混凝土结构中的扩散方程,结合初始条件和边界条件,采用Laplace变换法得到带裂缝混凝土结构中氯离子扩散方程的解析解,并分析裂缝宽度和深度对氯离子分布规律及钢筋混凝土结构耐久寿命影响.结果表明,裂缝的深度越小、宽度越大,则裂缝非贯通条件下的氯离子浓度与裂缝贯通条件下的氯离子浓度差异越大.随着裂缝深度与保护层厚度之比d_(cr)/d_c增大,钢筋混凝土结构耐久寿命呈现先减小后增大的变化趋势;当d_(cr)/d_c=1.0时,结构耐久寿命取得最小值;当d_(cr)/d_c1.6时,结构耐久寿命可近似按裂缝贯通时的情况计算.     

杂散电流与氯离子耦合作用下钢筋锈蚀

目的研究钢筋混凝土结构在杂散电流和氯离子耦合作用下钢筋锈蚀的演变规律,从而揭示钢筋的损伤机理,为此类结构的耐久性设计提供理论依据.方法试验共设计20组砂浆试件,采用电化学测试技术对杂散电流以及其与氯离子耦合作用下钢筋的锈蚀变化规律进行分析研究,试验采用直流电模拟杂散电流.结果两种腐蚀环境下钢筋的自腐蚀电位随着侵蚀时间、杂散电流强度以及氯离子质量浓度的增大而减小;杂散电流单独作用对钢筋锈蚀影响相对较轻,而在二者耦合作用下钢筋的锈蚀速率明显增大;另外,在耦合腐蚀环境下杂散电流强度对钢筋锈蚀速率的影响程度比氯离子含量影响要大.结论根据试验的测试结果,杂散电流与氯离子的耦合作用会加速钢筋的锈蚀,降低结构的服役寿命.