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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

钢筋锈蚀与混凝土耐久性研究

0前言钢筋锈蚀是一个比较普遍、并且严重威胁结构安全的耐久性问题。钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土耐久性损伤的最主要和最直接因素,也是混凝土耐久性破坏的主要形式之一。钢筋锈蚀对混凝土结构的破坏分为三个时期:前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等;中期是钢筋整个表面锈蚀,并产生膨胀,与保护层脱离,发生层裂;后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀,混凝土本身发生破坏,出现顺筋胀裂,混凝土     

钢筋锈蚀作用下盾构隧道结构损伤劣化性能

在长期的水土荷载和侵蚀性物质联合作用下,盾构隧道钢筋混凝土衬砌结构会经历腐蚀-损伤-劣化过程而逐渐失效,导致服役性能大幅降低。本文引入内聚力模型（CZM）及混凝土塑性损伤模型（CDP）,建立考虑钢筋混凝土间粘结滑移的盾构隧道衬砌锈蚀三维数值模型。综合考虑钢筋锈蚀引起的自身力学劣化、混凝土有效截面损失及钢筋混凝土粘结性能退化等因素,分析了围岩水土荷载和钢筋锈蚀耦合作用下衬砌结构形变、损伤演变规律和整体结构劣化特征。研究表明：1）锈蚀作用导致衬砌结构刚度降低,大大加深了衬砌结构的变形程度。锈蚀造成衬砌结构不同部位的刚度损失不同,反映了锈蚀作用下衬砌结构损伤的差异性。2）衬砌结构的围岩侧与临空侧损伤差异较大。相同锈蚀率下,衬砌受压侧受到挤压作用,限制裂缝的发展,导致受压侧损伤很小。3）在锈蚀过程中隧道衬砌结构拱顶弯矩不断减小,拱顶损伤不断加深,损伤区域逐渐扩展,截面刚度损伤最显著。4）衬砌结构自身性能不断劣化,出现内力重分布。衬砌结构的裂缝多出现在围岩侧。研究成果可为隧道衬砌结构服役性能的评估提供参考。     

再生混凝土结构钢筋临界锈蚀率的预测模型

为预测再生混凝土保护层锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀率,根据目前再生混凝土钢筋锈蚀和锈裂行为的试验研究,借助一些合理的基本假定,采用弹性理论分析了钢筋锈蚀至保护层开裂的全过程,建立了再生混凝土结构钢筋临界锈蚀率的理论计算模型,模型中考虑了铁锈在锈胀裂缝中的填充行为和开裂混凝土的损伤。为验证模型的准确性,对15种不同配合比的再生混凝土试件进行了通电加速锈蚀试验。理论分析与试验结果对比表明,模型的预测结果是可靠的,满足工程计算精度,可用于再生混凝土结构钢筋均匀锈蚀条件下的临界锈蚀率计算和耐久性的影响因素分析。     

混凝土内锈蚀钢筋的漏磁信号分析

将漏磁检测技术应用于混凝土内部钢筋的锈蚀检测中,以磁偶极子模型为理论依据,在对锈蚀钢筋进行数值模拟的基础上,完成了对10个试件的加速锈蚀、磁信号采集及分析.提出了基于磁偶极子模型的钢筋锈蚀损伤漏磁场空间分布计算理论,计算了锈蚀钢筋的漏磁场的空间分布,分析得到沿试件纵向的磁感应强度B_x-x曲线图和磁感应强度梯度K_x-x曲线图.数值模拟和试验结果表明:根据磁感应强度B_x-x曲线的峰值可半定量评估钢筋的锈蚀程度,根据磁感应强度梯度K_x-x曲线的零点间距可定量判断钢筋的锈蚀区域,且箍筋及混凝土保护层厚度对于钢筋锈蚀损伤检测的影响较小,可以忽略不计.     

基于塑性损伤理论的钢筋混凝土锈胀裂纹模拟

基于混凝土的塑性损伤理论建立了钢筋混凝土保护层锈胀开裂的有限元模型.通过位移加载来模拟钢筋的锈胀作用,以最大应变作为混凝土损伤的判据,通过衰减混凝土弹性模量来实现混凝土损伤,研究了钢筋锈蚀引起的混凝土保护层内裂纹发生和扩展的轨迹.为了直观表示开裂轨迹,通过ABAQUS子程序USDFLD定义拉伸状态下的场变量f1,给出了内部裂纹、表面裂纹产生时对应的临界锈蚀率,探讨了钢筋直径、锈胀系数、保护层厚度对临界锈蚀率的影响.结果表明:侧向裂纹从混凝土内部钢筋表面开始扩展,竖向裂纹从混凝土保护层的外表面开始向内部扩展,且出现较晚;临界锈蚀率随着钢筋直径、锈胀系数的增大而减小,特别是锈胀系数的影响更显著,而...     

初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响

通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能,分析了不同初始损伤程度混凝土随腐蚀时间的增加,其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化,运用损伤力学对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合,基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程,借助环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化,揭示其损伤机理.试验结果表明,随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小,初始损伤程度增加会加速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化,其影响存在阈值,分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐蚀损伤劣化方程,并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系;相同腐蚀时间下,初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生明显的声发射的时间滞后;初始损伤下,基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发展阶段3个阶段;初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达,呈现龟裂状延伸和扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质.     

方钢管钢骨混凝土中钢骨锈蚀量计算

针对混凝土中的钢骨锈蚀后,钢骨的周围产生锈胀力,随着锈蚀程度的增加,钢骨锈胀力将导致混凝土保护层开裂,影响钢骨混凝土结构耐久性的问题,应用弹性力学的方法建立了混凝土锈胀开裂时方钢管锈蚀量的计算模型,得到了钢骨锈蚀量的计算公式,并对影响钢骨锈蚀量的因素进行了分析.分析结果表明,钢骨锈蚀量随着混凝土保护层厚度、钢管内径的增加和混凝土强度等级的提高而加大,随着钢管外径和铁锈膨胀率的增加而减小.     

外包钢加固SRC框架结构地震损伤演化分析

基于外包钢加固震损型钢混凝土框架结构在低周往复荷载作用下的破坏性试验,采用材料性能折减的方法考虑震损影响,对外包钢加固损伤的型钢混凝土框架结构进行有限元建模分析,利用改进的双参数地震损伤模型计算其主要构件和整体结构的损伤指数,并利用多项式函数对其构件及整体结构的损伤演化曲线进行拟合,探讨外包钢加固震损型钢混凝土框架结构在低周往复荷载作用下的损伤演化规律。结果表明,通过折减材料性能来模拟预震损的方法是合理的;改进的地震损伤模型能定量计算结构在各个循环阶段的损伤指数;外包钢加固型钢混凝土框架结构的方法能有效降低型钢混凝土框架结构地震损伤程度,与未加固的震损型钢混凝土框架结构相比,外包钢加固震损型钢混凝土框架结构的抗震性能明显增强。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,通过混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0 m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

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ABAQ...     

基于Weibull分布的冻融循环下纤维混凝土损伤模型

对聚丙烯纤维混凝土（PFRC）、钢纤维混凝土（SFRC）、普通混凝土（PC）进行冻融循环试验,经过冻融循环后,得到PFRC、SFRC、PC的相对动弹性模量、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度,分析冻融循环过程中PFRC、SFRC、PC的冻融损伤率、强度衰减率的演化规律和冻融损伤机理,提出基于Weibull分布的纤维混凝土冻融损伤演化模型,并与推导出的力学性能衰减模型联立得到PFRC、SFRC、PC的相对抗压强度、相对抗拉强度与冻融损伤度的演化模型。结果表明:纤维的掺入能有效减小混凝土的强度衰减和冻融损伤,基于Weibull分布建立的两种冻融损伤模型,可以分别通过冻融循环次数、相对强度预测PFRC、SFRC、PC的冻融损伤度。     

钢纤维增强聚合物改性混凝土的疲劳损伤行为

对钢纤维增强聚合物改性混凝土这种新材料的弯曲疲劳损伤特性进行了试验和理论研究,并且和钢纤维增强混凝土进行了对比.通过合理定义损伤变量,由试验测定了新材料和钢纤维增强混凝土的疲劳损伤及其演化规律;根据疲劳累积损伤理论,提出了新形式的疲劳损伤演化方程,与试验结果对比,该方程能较好地反映新材料的损伤演化规律.对两种混凝土材料在相同加载应力水平下的疲劳损伤演化行为进行了比较,结果表明钢纤维增强聚合物改性混凝土比钢纤维增强混凝土具有更好的抗疲劳性能.     

若干无机缓蚀剂对混凝土中钢筋的阻锈作用

通过含NaCl介质溶液的浸泡实验,利用电化学实验检测技术,观测和比较了NaNO2等8种无机缓蚀剂添加于混凝土中对钢筋的阻锈作用,结果表明,在本实验条件下,NaNO2等缓蚀剂对钢筋明显的阻锈作用,在pH=9.50％,含10％NaCl的混凝土模拟液中,外加NaNO2后,混凝土中钢筋的腐蚀电位正移,腐蚀电流可下降至未加缓蚀剂的1／6,缓蚀剂的加入不同程度地提高了钢筋耐点蚀的性能。     

基于XFEM的混凝土保护层锈胀裂纹分析

采用扩展有限元法(XFEM)和过盈装配的方式,建立了混凝土保护层非均匀锈胀开裂有限元模型。计算结果表明:首先在与钢筋接触的左右两侧10°~30°范围内形成包含数条微裂纹的裂纹带,对称于钢筋的中轴线背向发展,随着锈蚀程度的加深,在裂纹带形成一条斜向的主裂纹,从而导致保护层产生"楔形"破坏。通过对ABAQUS进行二次开发,提取了锈胀裂纹长度,发现裂纹长度与钢筋锈蚀率之间呈指数关系,指出裂纹发展可分为3个阶段(萌生区、扩展区和平缓区),应以裂纹进入平缓区的钢筋锈蚀率对结构进行评估,并给出了界限判据。与广惠高速公路沿线桥梁保护层剥落病害对比分析,验证了计算结果的精确性。