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.     

钢筋非均匀锈蚀引起混凝土保护层内裂分析

根据自然环境下保护层锈胀开裂前的钢筋锈蚀形态,将锈蚀层简化为半椭圆状的非均匀分布,从而建立了钢筋非均匀锈蚀理论模型。经过求解得到了混凝土中锈胀应力理论解,并与有限元计算结果对比,验证了理论解的精确性。根据理论解可知最大周向应力在水平轴上,因此锈蚀层的发展会首先引起保护层内部水平裂纹的产生。增加钢筋直径可有效减低锈胀应力,提高结构抗锈裂的能力。与均匀锈蚀理论模型对比结果表明:均匀锈蚀要远小于非均匀锈蚀条件下的临界锈蚀层厚度,均匀锈蚀的计算结果偏于保守。因此,对锈胀问题进行理论分析时,应采用更接近真实锈蚀形态的非均匀锈蚀模型。     

碳纤维包裹条件下的钢筋锈蚀与混凝土保护层开裂

裂缝对钢筋混凝土构件在氯离子侵蚀条件下的耐久性影响较大,积极有效的控制构件裂缝可以提高构件的耐久性.通过理论分析探讨碳纤维约束条件下混凝土构件保护层纵向开裂时钢筋的锈蚀量、锈蚀率等之间的关系;讨论碳纤维约束下混凝土构件裂缝开展的形态.对混凝土保护层锈蚀胀裂破坏的弹性力学模型进行修正,建立碳纤维约束条件下混凝土保护层锈蚀胀裂时钢筋锈蚀量的计算模型,结果证明合理的碳纤维加固方式可以有效约束混凝土构件纵向裂缝的开展.     

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.     

混凝土结构中钢筋锈蚀不均匀性对其力学性能退化的影响

试验获取锈蚀钢筋试件,借助三维激光扫描建立其实体模型,并进行拉伸试验。通过实体模型精确获取试件残余横截面积分布,建立分段积分模型进行数值拉伸计算并与试验结果对比分析,研究锈蚀不均匀性对锈蚀钢筋力学性能退化的影响。结果发现,沿钢筋长度方向的不均匀性可用区段最大与最小残余横截面积比值μ作为量化参数。随锈蚀发展,不均匀锈蚀系数μ值逐渐增大。然而,剔除锈蚀不均匀性影响后,锈蚀钢筋的屈服强度、极限强度、弹性模量以及极限应变等材性参数没有随锈蚀发展而降低的趋势。基于残余截面积排序的线性简化,以μ为自变量,推导出锈蚀钢筋各个名义材性参数的解析计算公式。显示名义屈服强度、名义极限强度以及名义极限应变均随锈蚀不均匀性增大而显著降低,但严重坑蚀时不能忽略应力集中和周向不均匀锈蚀的不利影响。随锈蚀不均匀性发展,名义弹性模量与强化模量有轻微降低,拉伸曲线的屈服平台逐渐倾斜,并在μ达到约1.1的临界值时融入强化段,宏观屈服平台消失。     

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。     

混凝土碳化和钢筋锈蚀研究动态

概要介绍国内外混凝土碳化及钢筋锈蚀研究的现状，并对需要重点研究的问题提出建议     

混凝土结构保护层开裂时钢筋的临界锈蚀率模型

基于弹性理论与Bazant理论模型,引入拉伸损伤的概念,对混凝土保护层内环向应力进行修正,建立了混凝土保护层开裂时的临界锈胀力与钢筋临界锈蚀率模型.考虑钢筋混凝土界面间隙及锈蚀产物在裂缝中的填充效应,探讨了完全弹性、Bazant理论模型与拉伸损伤3种不同的环向应力下,钢筋直径、保护层厚度、锈胀系数对临界锈蚀率的影响.结果表明:临界锈蚀率随钢筋直径的增大而减小,随保护层厚度、锈胀系数的增大而增大.弹性下的临界锈蚀率大于Bazant理论模型与拉伸损伤下的临界锈蚀率.最后,与Morinaga的基于试验的临界锈蚀率模型比对,验证了模型的合理性.     

混凝土钢筋在不同锈蚀状态下的力学性能退化规律

通过一系列模拟加速锈蚀钢筋正交实验及相应的物理检测和电化学检测手段,系统地研究了混凝土钢筋在不同腐蚀环境条件下的锈蚀速率。实验结果表明,螺纹钢比光圆钢筋耐蚀性更差,在相同腐蚀环境下其抗拉强度及上下屈服强度,以及延伸率的下降程度均比圆钢筋显著。其中,伸长率的变化最为明显;在没有氯离子的环境下,钢筋前期基本以均匀锈蚀为主,后期才发展为局部锈蚀,这时的力学性能指标也呈现出与锈蚀情况对应的正相关性;在严重含氯离子的环境下,初期就表现出不均匀锈蚀状况,这时的力学性能指标与锈蚀情况不再具有线性关系,而出现急速下降的趋势。失重率检测结果印证了腐蚀程度与力学性能的相关性。研究结论为今后钢筋混凝土构件全寿命设计的理论研究奠定了一个实验预研工作基础。     

混凝土中几种无机相对钢筋腐蚀的影响

用CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3为原料,通过高温固相反应,分别制备了组成单一的无机相粉体C3-S2、C3-A1和C4-A1-F1,以此来模拟混凝土无机相的主要成分。这3种粉体被分别浸泡到含有氯离子的混凝土孔隙模拟溶液中。针对浸泡实验的固液共存体系,分别做了钢筋的极化曲线测试、溶液相的氯离子浓度测试以及过滤产物的XRD晶相分析。分析结果表明,无机相粉体对钢筋起到减缓腐蚀的作用;溶液相中氯离子浓度随时间的延长均呈下降趋势,其中C3-A1和C4-A1-F1粉体对自由氯离子都有很强的结合能力;C3-A1和C4-A1-F1粉体的过滤产物中均发现了Friedel盐相(Ca2Al(OH)6Cl.2H2O),而C3-S2粉体的过滤产物中没有发现含有氯离子的产物晶体相,表明C3-A1和C4-A1-F1粉体模拟的铝酸钙(C3A)通过离子交换结合氯离子,而C3-S2粉体模拟的C-S-H凝胶相则通过物理吸附结合氯离子。     

16Mn(HIC)钢硫化物应力腐蚀开裂实验研究

采用恒应变和慢应变速率拉伸实验的方法,研究了16Mn(HIC)和16Mn钢母材、焊缝在H2S环境中应力腐蚀开裂.结果表明:两种材料在酸性H2S介质中均发生穿晶型硫化物应力腐蚀开裂(SSCC);与16Mn钢相比,16Mn(HIC)钢有更好的抗SSCC性能,钢中的C,Mn,P和S的含量降低有利于提高钢的抗SSCC性能.焊缝及热影响区在焊接过程中,产生的粗大魏氏组织、偏析、缩孔和夹杂等缺陷,降低了焊缝的抗SSCC能力.但是,通过焊后热处理可以适当提高焊缝的抗SSCC能力.     

用三要素综合评估混凝土中钢筋腐蚀状态

介绍了一种判断钢筋腐蚀状况的方法——EBR法．该方法采用钢筋自然腐蚀电位、腐蚀电流密度、混凝土电阻率三个电化学要素判断钢筋腐蚀状况，解决了美国ASTMC876—91标准等单一要素判别方法判断钢筋腐蚀的缺陷，并准确地对北京某一重点工程大楼部分区域混凝土中钢筋的腐蚀状态进行了评估．     

钢筋锈蚀引起混凝土结构锈裂综述

对钢筋锈蚀引发混凝土锈胀开裂的研究进行了综述,从试验分析、理论模型和数值模拟3个方面总结了相关研究的成果.采用试验观测混凝土锈裂过程是直观研究手段,但是仅根据有限试验数据拟合得到的经验公式的普遍适用性还存在问题.混凝土锈胀开裂力学模型可以较好地描述理想圆柱体钢筋混凝土试件在均匀钢筋锈胀力作用下的锈裂行为,但对于钢筋非均匀锈蚀、受荷载作用的情况,还尚未建立完善的理论预测模型.将获取的钢筋锈蚀非均匀分布的实际情况,作为有限元分析的位移荷载输入,可对非均匀锈蚀混凝土构件锈裂过程进行模拟.钢筋/混凝土界面铁锈填充区的定量研究、钢筋非均匀锈层分布模型、荷载与钢筋锈蚀对锈裂的共同作用情况以及箍筋对混凝土锈裂过程的影响等方面内容需要进一步研究.     

不锈钢钢筋混凝土的应用及发展

基于对不锈钢钢筋化学成分及物理力学性能的介绍,结合有关不锈钢钢筋混凝土的研究成果与工程应用实例,总结了不锈钢钢筋混凝土的特性,并对应用不锈钢钢筋混凝土的工程造价进行了分析,同时介绍了合理使用不锈钢钢筋的一些建议,最后提出了不锈钢钢筋混凝土研究中存在的问题及其发展方向。     

预应力筋应力腐蚀后预应力混凝土梁受力性能研究

为研究预应力筋应力腐蚀对预应力混凝土梁承载力和耐久性的影响,设计制作了7根用人工坑蚀模拟预应力筋受应力腐蚀的预应力混凝土梁,进行静力受力性能试验。试验结果表明:预应力筋坑蚀后的预应力混凝土梁的开裂荷载、极限荷载低于普通预应力混凝土梁,并随坑蚀深度的增大而下降;增大预应力度可提高应力腐蚀预应力筋混凝土梁的开裂荷载;增大非预应力钢筋的配筋率可提高预应力混凝土梁的开裂荷载、极限荷载;随着坑蚀的增大,构件抗弯刚度迅速下降;提高预应力度可减缓构件抗弯刚度的下降,而增大非预应力钢筋的配筋率对抗弯刚度的影响则较小。根据该文预应力筋坑蚀后的预应力混凝土梁极限承载力计算公式得到的理论值与实测值相吻合,可供工程实践参考。     

300M超高强度钢电化学性能及应力腐蚀开裂

采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸试验研究了超高强度钢300M在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,并利用扫描电镜观察了不同外加电位下的断口形貌.300M钢在3.5%NaCl溶液中开路电位下的应力腐蚀开裂机制为阳极溶解型,Cl-的存在明显地增加了材料的应力腐蚀开裂敏感性.阳极电位-600 mV下300M钢溶解速率加快,表现出较高的应力腐蚀开裂敏感性,断面收缩率损失由开路电路下的52.6%升高至99.5%,裂纹起源于表面点蚀坑处,应力腐蚀开裂为阳极溶解型机制.阴极电位-800 mV下材料处于阴极保护电位范围,表现出较低的应力腐蚀开裂敏感性,强度和韧度与空气中拉伸的数值相近,开裂机制为阳极溶解和氢致开裂协同作用.在更低电位(低于-950 mV)下,300M钢的应力腐蚀开裂机制为氢致开裂,在氢和拉应力的共同作用下表现出很大的应力腐蚀开裂敏感性.     

HK40裂解炉管内壁高温腐蚀的研究

对运行１８０００ ｈ ＨＫ４０裂解炉管内壁的腐蚀损伤进行了研究。结果表明，裂解 管组织性能正常，其内壁的损伤是由高温下硫化及氧化腐蚀造成的，硫化腐蚀是引起 损伤的主要原因。