钢筋混凝土的锈蚀与防护措施

文章提出钢筋混凝土发生腐蚀是主要是钢筋发生锈蚀,分析并阐述了在腐蚀环境条件下,混凝土中钢筋腐蚀发生和发展的原因,进而对钢筋混凝土中钢筋的锈蚀提出一些防护措施。     

混凝土内钢筋锈胀力发展及钢筋锈蚀速率的时变性

为了研究混凝土内钢筋的锈蚀过程及其内在机理,通过对不同锈蚀阶段钢筋与混凝土界面的细观观测,描述了锈蚀层的形成与发展过程,给出了钢筋锈胀力的分布形态,揭示了混凝土锈胀开裂过程和钢筋锈蚀速率的时变过程.结果表明:钢筋锈蚀产物的膨胀性以及钢筋-混凝土界面区的多孔性,为铁锈物向界面区孔隙内的扩散提供了条件,随着锈蚀的进行,原有的界面区逐渐演变为混凝土与铁锈物混合的锈蚀层.锈蚀层的进一步发展,不仅会导致钢筋表面界面区逐渐密实,阻碍混凝土保护层中氧气和水分向锈蚀界面的输送,使混凝土内钢筋锈蚀速率下降,而且会使锈蚀物在钢筋表面产生对混凝土的膨胀力,最后导致混凝土开裂.     

通电加速与氯盐干湿条件下钢筋锈蚀的时间相似关系试验

为了研究氯盐侵蚀环境下混凝土内钢筋的锈蚀发展规律,以环境-时间相似理论模型为指导,开展恒电流通电加速试验与自然环境氯盐干湿循环试验,利用法拉第定律计算钢筋锈蚀率,以两种侵蚀条件下的钢筋锈蚀率接近为条件建立两者间的时间相似关系模型。试验结果表明:以自然氯盐侵蚀环境下钢筋锈蚀率实测值为4. 04%的试件为例,达到相同锈蚀率,恒电流通电加速锈蚀试验所需时间为160 h,由时间相似关系模型计算得到两种侵蚀环境条件下的时间相似系数为0. 025,从而求得自然氯盐环境条件下的钢筋锈蚀时间预测值为4. 0 a,与试验值3. 836 a间的误差为4. 28%,验证了本文所建立的基于钢筋锈蚀率的时间相似模型的可行性,为预测氯盐环境下混凝土结构钢筋锈蚀提供一定的理论参考。     

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.     

钢筋腐蚀及其对桥梁结构性能影响分析

本文阐述了混凝土中钢筋锈蚀的原因及产生机理，分析了钢筋锈蚀对桥梁结构性能的影响，提出了在桥梁建设过程中，应在设计施工及选材等方面对钢筋腐蚀采取必要的防护措施。从而保证桥梁的耐久性和使用年限。     

海洋浪溅环境下功能梯度混凝土的防护性能分析

为了研究功能梯度混凝土(FGC)的耐久性防护效能,成型3种不同面层厚度的FGC复合体系和2种单层体系试件,并采用加速试验进行抗氯离子侵蚀性及抗钢筋锈蚀的对比分析.研究结果表明:FGC复合体系表层处的Cl-含量明显低于OPC单层体系,并与MIF单层体系的相差不大.FGC复合体系可降低Cl-侵入深度及侵入量,且其抗氯离子侵蚀性能力随面层厚度增大而增大,当面层厚度大于10mm时,其抗侵蚀性与MIF单层体系相差不大.FGC复合体系抗钢筋锈蚀性好于OPC体系;研究还发现除FGC-20外,FGC复合体系的抗钢筋锈蚀性随面层厚度增大而增大.其原因是FGC-20中钢筋正好布置于两层结合处,两层材料的电化学\渗透性存在差异,导致内部钢筋锈蚀程度严重于其他厚度的FGC复合体系.可见合适的FGC复合体系可以经济而有效的提高混凝土结构的耐久性.     

基于半椭圆锈蚀模型的混凝土保护层锈胀开裂分析

钢筋锈蚀时锈蚀层的分布规律会因钢筋所处的位置不同具有差异性,为了分析非均匀锈蚀层分布的差异对混凝土保护层开裂的影响,基于钢筋锈蚀层半椭圆分布模型,对钢筋非均匀锈蚀情况下的混凝土保护层开裂过程进行了有限元分析,并与均匀锈蚀假定下的保护层开裂理论进行了对比.研究显示按照均匀锈蚀假定的计算结果与非均匀锈蚀假定具有较大误差,尤其是在边角区误差更为明显,考虑钢筋锈蚀的非均匀性更加符合实际.对影响保护层锈胀开裂的因素进行分析后发现,钢筋直径和保护层厚度对保护层锈胀开裂的影响较大,混凝土抗拉强度对保护层锈胀开裂的影响较小.     

混凝土内钢筋锈蚀速率时变的全过程模式

讨论恒定气候环境下,混凝土内钢筋锈蚀速率的变化。在恒定气候环境和氯盐侵蚀条件下,对混凝土中钢筋的锈蚀电流密度进行测量。测量结果表明,在钢筋锈蚀过程中,锈蚀速率(锈蚀电流密度）具有时变特性,并且其时变过程可以划分为6个阶段。试验结果也显示了混凝土强度及混凝土电阻率对钢筋锈蚀速率变化的影响。基于不同锈蚀水平下钢筋与混凝土交界面过渡区(ITZ）的细观结构,开展了试验结果的机理分析,发现锈蚀层的发展和锈胀开裂是影响锈蚀过程的主要因素。最后,建立了钢筋锈蚀速率时变的全过程模式。     

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.     

氯离子诱发混凝土中钢筋锈蚀的锈蚀层分析

通过X线衍射、扫描电镜和电子探针等微观测试技术研究混凝土中钢筋锈蚀产物的物相组成和微观结构.研究结果表明:混凝土中钢筋的锈蚀层是铁锈和水泥凝胶体的混合物,钢筋的锈蚀产物由针铁矿α-FeO(OH)、四方纤铁矿-FeO(OH)、纤铁矿γ-FeO(OH)、赤铁矿α-Fe2O3、磁赤铁矿γ-Fe2O3、磁铁矿Fe3O4、和方铁矿FeO等相组成;锈蚀钢筋表面有较多的锈蚀凹坑和密集的锈蚀麻点,是由大面积的均匀腐蚀与稀疏的局部点蚀共同组成的全面锈蚀;钢筋的锈层结构分为内外两层,外锈层结构疏松,而内层结构致密,与钢筋基体紧密相连.