混凝土中钢筋锈蚀速率的时变模型

为确定混凝土中钢筋锈蚀速率随时间的变化规律,根据法拉第定律建立了钢筋锈蚀产物随时间的变化关系,在此基础上分析了钢筋锈蚀产物对混凝土孔隙率及混凝土氧气扩散性能的影响关系;建立了混凝土中钢筋锈蚀速率的时变模型.在恒温恒湿条件下,对钢筋锈蚀速率随时间的变化关系进行试验研究.试验结果表明:在其他因素不变的情况下,混凝土中钢筋锈蚀速率随时间的增长而逐渐降低,直至混凝土保护层开裂;时变模型所计算的钢筋锈蚀速率随时间的总体变化规律和试验结果所测试的总体规律基本一致,模型可以用来预测钢筋锈蚀速率随时间的变化规律.     

混凝土中钢筋锈蚀过程非氧 扩散控制的试验研究

通过恒温干燥试验研究了钢筋锈蚀电流随混凝土孔隙饱和度PS的变化规律.通过未锈浸泡、锈蚀后浸泡、锈蚀后继续自然锈蚀的对比试验研究了3种不同条件下钢筋锈蚀速率变化过程,并进行了浸泡前后钢筋锈蚀产物物相变化的XRD分析.恒温干燥试验的研究结果表明,混凝土内钢筋的锈蚀速率随混凝土孔隙饱和度PS的增大而增大,和氧扩散速率的变化规律截然相反.对比试验研究表明,氯盐溶液长期浸泡下未锈试件即使活化也无法锈蚀,而锈蚀试件却可以继续高速锈蚀3个月以上,从而说明氧仅是混凝土内钢筋开始锈蚀的必备条件,而不是混凝土中钢筋锈蚀过程的控制因素.XRD分析表明,钢筋一旦已经开始锈蚀(即有锈蚀产物存在),锈蚀产物中FeOOH可以取代氧成为钢筋锈蚀过程阴极反应的新的去极化,即使在饱水条件下,钢筋的锈蚀仍然可以继续进行.     

基于钢筋锈蚀时变模型的氯氧镁水泥钢筋混凝土初裂时间

针对氯氧镁水泥混凝土中氯离子含量较高的问题,通过电化学试验研究了氯氧镁水泥混凝土中钢筋锈蚀速率的时变模型,并结合钢筋腐蚀电流密度以及理论模型,对氯氧镁水泥混凝土中钢筋的初始锈蚀时间和混凝土开裂时间进行预测.研究结果表明:裸露钢筋(S1)锈蚀速率符合幂函数型时变模型,BNC~水性涂层钢筋(S2)、Zintek涂层钢筋(S3)、Dacromet涂层钢筋(S4)和Geomet涂层钢筋(S5)锈蚀速率均符合对数型时变模型,Magni涂层钢筋(S6)锈蚀速率符合指数型时变模型.钢筋腐蚀电流密度限值可以作为氯氧镁水泥混凝土中钢筋初始锈蚀时间计算标准.S1,S2,S4和S6开始测试时已锈蚀,S3的初始锈蚀时间为1 115 d,S5的初始锈蚀时间为2 760 d;与S1相比,S2,S3,S4,S5和S6的混凝土开裂时间分别延迟了345,2 127,192,3 745和1 877 d,验证了氯氧镁水泥混凝土中涂层钢筋应用的可行性、长期稳定性和有效性.     

混凝土桥梁抗弯承载能力的退化分析

目的研究钢筋锈蚀对混凝土桥梁抗弯承载能力的影响,实现混凝土桥梁抗弯承载能力的时变分析,为混凝土桥梁的全寿命分析与设计奠定基础.方法在实桥设计分析中,将锈蚀率作为基本变量进行混凝土桥梁的抗弯承载能力的时变退化分析,分析过程考虑了普钢钢筋强度、预应力钢筋强度、钢筋与混凝土之间的粘结强度等随锈蚀率的特性变化,从而进一步分析不同锈蚀率、不同位置钢筋锈蚀工况下混凝土桥梁的时变抗弯承载能力.结果分析结果表明,对于预应力混凝土桥梁,预应力钢筋的锈蚀会引起桥梁承载能力的大幅下降,当预应力钢筋锈蚀率为4.2%时,算例T梁桥的抗弯承载能力下降高达16%.结论预应力混凝土桥梁中预应力钢筋的耐久性尤为重要,尤其是最外层预应力钢筋,必须采取措施避免预应力钢筋出现锈蚀情况,确保桥梁结构的安全性能.     

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.     

不同加速锈蚀方法下钢筋砼结构性能试验研究

通过采用人工气候和通电快速锈蚀模拟方法,对锈蚀钢筋混凝土梁进行试验,以对比研究结构性能退化机理,结果发现锈蚀后钢筋混凝土梁的强度、延性和破坏形态发生了急剧变化,而且人工气候环境下的混凝土内钢筋锈蚀比通电条件能更好的贴近实际情况。     

普通大气环境下混凝土桥梁时变抗弯性能

目的研究混凝土桥梁在碳化、钢筋锈蚀等环境因素影响下的时变抗弯性能,促进全寿命设计方法在桥梁设计实践中的应用.方法通过实验研究结构受力状态对混凝土碳化的影响,根据已有研究成果分析钢筋锈蚀、钢筋强度退化、粘结强度退化等影响因素,并进一步对混凝土保护层锈胀剥落破坏进行数值仿真研究,在此基础上提出普通大气环境下混凝土桥梁时变抗弯性能的分析方法.结果利用提出的分析方法对实桥进行了计算分析,结果表明在各种退化因素影响下,桥梁的性能逐年退化,预应力钢筋开始锈蚀后,退化速率明显加快.结论各种退化因素对桥梁性能的影响不容忽视,在桥梁的设计实践中引入时变性能分析更为科学合理.     

混凝土结构中钢筋锈蚀物体积膨胀率研究

采用通电加速锈蚀法对氯盐环境下钢筋混凝土结构保护层锈胀开裂时钢筋铁锈的体积膨胀率进行了研究.结果表明:采用低电流密度进行通电锈蚀时,钢筋铁锈的主要成分为Fe2O3,Fe3O4和FeO(OH),与自然锈蚀情况相似;通过推导分析得到了铁锈体积膨胀率的理论计算公式及其变化范围,表明铁锈的体积膨胀率仅与其所含各锈蚀产物的密度、膨胀率和质量分数有关.利用所建立公式对本研究及不同学者的试验数据进一步分析表明:混凝土中钢筋锈蚀后,生成铁锈的体积膨胀率在2.26~3.00之间;保护层锈胀开裂前后,钢筋铁锈的体积膨胀率对锈蚀方式不敏感,不同加速锈蚀法对混凝土试件内钢筋铁锈的体积膨胀率的影响不显著.     

氯盐环境下混凝土中钢筋锈蚀性能试验

采用施加阳极电流的加速锈蚀方法,对分别单掺、复掺粉煤灰和Na NO2制成的4种钢筋混凝土小梁进行试验,测试暴露10,d后混凝土保护层的裂缝宽度和钢筋质量损失率,并利用Djxs-05钢筋锈蚀仪测锈蚀后各小梁的电位.结果表明,掺入粉煤灰或Na NO2对低碳冷拔钢筋、不锈钢钢筋起到一定的阻锈作用,但在高强调质钢筋混凝土中,粉煤灰并无明显阻锈效果,Na NO2则明显加速了其锈蚀速率;对于同种混凝土,含碳量越高的钢筋抗锈蚀能力越弱.分析认为,碳可作为钢筋锈蚀过程中原电池反应的电极,其含量越高,原电池反应越活跃,钢筋锈蚀速率越快.粉煤灰改善了混凝土的空隙结构,减缓了氯离子渗入混凝土中的速率,具有一定的阻锈效果.Na NO2一方面能提高钢筋开始锈蚀所需要的临界氯离子浓度,减缓钢筋开始锈蚀的时间,另一方面又作为导电离子增加钢筋中的电流密度,加速钢筋的锈蚀速率.在含碳量低的钢筋中,Na NO2的阻锈作用比较明显;在含碳量较高钢筋中,原电池反应活跃,NO2-加速锈蚀速率作用更大.     

计及地方气候的混凝土结构钢筋锈蚀寿命研究

通过拟Monte-Carlo抽样法,计及地方温度和相对湿度影响,研究混凝土结构钢筋锈蚀寿命,并以上海、广州、莆田等沿海城市的混凝土结构为例,分析钢筋锈蚀寿命的概率分布、概率密度,以及混凝土结构保护层厚度C_(cov)、表面氯离子浓度C_s、氯离子扩散系数D_(ref)和钢筋锈蚀时氯离子临界浓度C_(th)等对钢筋锈蚀寿命的影响。研究结果显示:地方气候温度、相对湿度对钢筋锈蚀寿命有一定影响;增加C_(cov)和C_(th),可以提高混凝土结构抗氯离子腐蚀、延长其使用寿命;C_s和D_(ref)的增大会降低钢筋锈蚀寿命。建议在混凝土结构及耐久性设计时,考虑地方气候环境的影响,并采取适当增大混凝土保护层厚度等措施,以提高钢筋锈蚀寿命。     

一种混凝土结构钢筋腐蚀的光纤传感监测装置

钢筋的腐蚀逐渐成为影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素.腐蚀后的钢筋体积膨胀,保护层逐渐开裂,进而降低结构的使用性能、影响结构的耐久性.基于钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀膨胀原理与光纤光栅应变传感技术原理,提出一种新型钢筋腐蚀监测装置.根据推导出的FBG波长与钢筋锈蚀率的关系,制作钢筋混凝土试件并进行加速试验.最后利用ABAQUS有限元软件结合试验结果进行数值模拟,模拟结果与试验结果相吻合.试验结果表明,设计出的新型钢筋腐蚀传感装置能有效的监测钢筋的腐蚀程度,可实现混凝土保护层开裂过程的全程监测.     

钢筋混凝土结构锈胀开裂及裂缝扩展试验研究

采用加速腐蚀试验,系统地研究了钢筋直径、混凝土强度、腐蚀电流密度、保护层厚度、钢筋位置和类型等因素影响下钢筋混凝土锈胀开裂及裂缝扩展的规律.试验结果表明:腐蚀电流密度对锈胀开裂时间的影响最为显著,其他依次为钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度;锈胀裂缝随时间增长呈线性增大趋势;各种因素对锈胀裂缝扩展的影响程度依次为腐蚀电流密度、保护层厚度、混凝土强度和钢筋直径;腐蚀电流密度越大、保护层厚度越小,锈胀裂缝扩展越快;混凝土强度等级越高、钢筋直径越小,锈胀裂缝扩展越缓慢.对比分析发现,钢筋位于上部和相同腐蚀电流下采用变形钢筋时,锈胀开裂晚且裂缝扩展更缓慢;钢筋位于角部时开裂早且裂缝扩展快.分析了各种因素影响机理并提出了提高耐久寿命的措施.     

阻锈剂改善碳化混凝土再碱化效果研究

采用电化学测试技术和仪器分析方法研究了2种阻锈剂在混凝土中的迁移,利用电化学测试方法评估阻锈剂在模拟体系中的缓蚀效果,结合阻锈剂的缓蚀作用,研究了阻锈剂改善再碱化修复碳化钢筋混凝土结构效果的可行性．结果表明：在3A／m^2恒电流密度形成的电场作用下阻锈剂通过30mm厚的混凝土速率明显高于未通电情况下的,说明电场作用对阻锈剂的迁移扩散过程起到了促进作用;在模拟体系中,随着乙醇胺及二乙醇胺浓度的增大,其缓蚀效果也逐步提高,相同浓度下二乙醇胺缓蚀效果更好,在二乙醇胺浓度为0．08mol／L时对Q235钢筋缓蚀率为93．24％;再碱化后在相同的弛豫时间内,采用添加二乙醇胺的碳酸钠电解液进行再碱化的样品腐蚀电位明显正移,腐蚀电流密度变小,阻锈剂能够改善再碱化的修复效果．     

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.     

不锈钢钢筋等截面替代RC梁撞击力学性能试验研究

利用不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋混凝土梁中的受力钢筋解决海洋环境中钢筋腐蚀等问题,采用国内先进的超高重型落锤冲击试验机系统对六根钢筋混凝土梁进行竖向抗冲击试验,采集撞击过程中的冲击作用力、试件测点的位移和应变,并进行分析.结果表明:(1)配筋率较小时(0.21%～0.58%),不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋后能有效提高梁整体刚度及弹性恢复能力,降低结构变形,可采用不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋解决钢筋腐蚀问题;(2)配筋率较大时(1.04%～2.20%),不锈钢钢筋等截面替代普通钢筋后延性较差,特别是冲击能量较高时,脆性性质更加明显.     

混凝土中钢筋腐蚀速率的基本理论模型

根据金属腐蚀极化理论推导了电化学极化控制和氧浓差极化控制2种条件下混凝土中钢筋腐蚀速率的基本理论模型。模型显示,电化学极化控制下,稳定腐蚀状态下能斯特扩散层以外孔隙液中Fe2+和OH- 的浓度对腐蚀速率的影响呈正指数关系,且影响随浓度降低而渐趋剧烈;温度对腐蚀速率有较大影响,约呈指数关系,在自然温度范围内,温度每升高10度,腐蚀速率约升高1倍;应力对腐蚀速率的影响接近正线性关系,对应力较低的普通钢筋影响较小,但对应力较高的预应力钢筋影响可观;氧浓差极化控制下,腐蚀速率与氧气在整个混凝土保护层内的等效扩散系数成正比,与混凝土保护层厚度及钢筋表面温度成反比。最终腐蚀速率取2个模型计算结果中的较小者。     

钢筋腐蚀对预应力混凝土结构耐久性的影响

分析了预应力混凝土结构的受力钢筋腐蚀机理 ,阐述了钢筋腐蚀对预应力混凝土结构耐久性的影响 ,及受力钢筋防腐耐久的措施     

锈蚀钢筋混凝土粘结强度试验

通过对配筋混凝土试块的实验室快速锈蚀,研究了锈蚀钢筋混凝土粘结强度的变化规律,并采用ICT技术观测了混凝土锈蚀裂缝。研究表明,混凝土保护层锈蚀裂缝沿钢筋径向的发展具有明确的方向性,且随着锈蚀率的增大,锈蚀试块呈现显著的脆性劈裂破坏特征,粘结强度与极限滑移量的衰减受锈蚀量、混凝土保护层厚度以及混凝土抗拉强度等影响,建立了以锈蚀产物厚度、混凝土相对保护层厚度与抗拉强度为独立参数的锈蚀钢筋混凝土粘结强度经验公式,与国内外实验结果的对比验证了模型的合理性。     

水泥基材料裂缝对钢筋锈蚀过程的影响

裂缝的存在对混凝土中钢筋的锈蚀过程有重大影响,目前关于裂缝对钢筋锈蚀过程的影响程度有很多不同的观点.针对该问题,在实验室条件下利用模拟的海水氯盐环境对带裂缝的圆饼试验中铁丝的锈蚀过程进行了研究.研究首先将铁丝预埋入圆饼形砂浆试件,待试件具有一定强度后,利用机械方法在圆饼表面制造不同宽度的贯穿与非贯穿裂缝;然后通过比较裂缝底部暴露的铁丝表面和未暴露表面随时间的不同腐蚀程度来确定裂缝的存在对锈蚀过程的影响.研究表明:当贯穿裂纹的表面宽度为0.5mm时,锈蚀位置与裂缝位置的相关性大于60%;裂纹宽度为0.2mm时,两者的相关程度低于20%.