基于Wiener随机过程地下腐蚀环境中 钢筋混凝土耐久性寿命预测

根据兰州地铁沿线站台地下水和土壤中所含腐蚀离子配置含有SO24-、Cl-、Mg2+的4种复合盐溶液,将钢筋混凝土试件置于复合盐溶液中,每隔90 d通过电化学工作站及超声声速检测仪进行无损检测,利用非单调Wiener随机退化过程,以相对动弹性模量值达到0.4时作为混凝土失效破坏条件,以混凝土裂缝开展宽度达到0.2 mm时的腐蚀电流密度作为混凝土中钢筋的失效阈值,进而建立钢筋混凝土耐久性寿命预测模型.研究结果表明:复合盐溶液环境下,极化曲线整体向腐蚀电流密度增大和负电位方向移动,交流阻抗图谱呈现双容抗弧,初始时刻低频区阻抗弧半径大,斜率高,腐蚀周期增加,低频阻抗弧半径逐渐减小并向阻抗实部收缩,阻抗谱逐渐左移.裂缝宽度到达0.2 mm时腐蚀电流密度的失效阈值为7.6375μA/cm2,基于Wiener随机过程模型可以很好地反映钢筋混凝土在腐蚀环境中耐久性寿命变化.钢筋和混凝土寿命曲线均呈现出三阶段变化特点,钢筋寿命曲线第一阶段持续时间更长,第二阶段加速退化速率更快.通过Wiener随机过程得到钢筋的寿命小于混凝土寿命,在A、B、C、D四种溶液中的寿命分别约为7200 d、2900 d、4500 d及2000 d,而混凝土在4种溶液中的寿命分别约为10000 d、6500 d、5500 d及5000 d.且钢筋寿命对氯盐的敏感性大,而混凝土寿命对硫酸盐的敏感性大.     

基于氯离子时变扩散钢筋混凝土锈胀裂缝时变可靠度研究

基于氯离子Fick扩散定理和法拉第定律,通过研发的四电极传感器体系获得含氯离子混凝土模拟液中腐蚀电流密度规律以及混凝土中氯离子时变扩散系数,建立氯离子时变扩散钢筋腐蚀速率模型;在此基础上基于弹性断裂力学和坑蚀模型,建立坑蚀锈胀裂缝时变可靠度模型,采用Monte Carlo方法求得钢筋混凝土锈胀裂缝时变可靠度.研究表明,基于研发的MnO2参比电极四电极传感器体系平均腐蚀电流密度随氯离子浓度增加而线性增加,随时间增加趋于恒定.采用考虑氯离子时变扩散钢筋腐蚀电流在服役期间钢筋腐蚀电流密度减小.坑蚀锈胀裂缝开始时间在第10~15年;随保护层厚度和钢筋直径增加以及表面氯离子浓度减小,钢筋混凝土坑蚀裂缝宽度减小.研究结果对氯离子诱发的钢筋混凝土坑蚀腐蚀裂可靠度预测具有重要的参考价值.     

含水量对X70钢在大港滨海盐渍土壤中腐蚀行为的影响

采用极化曲线、电化学交流阻抗等技术对X70钢在含水量20%～34%(质量分数)的大港滨海盐渍土中的腐蚀行为进行研究.结果表明:土壤含水量对X70钢腐蚀行为影响显著;水质量分数为25%时X70钢发生局部腐蚀,水质量分数高于30%时发生均匀腐蚀;随着土壤中含水量的增加,腐蚀电流密度先增后减,在水质量分数为25%时腐蚀速率达到最大;含水量较低时,X70钢在大港滨海盐渍土中腐蚀的电化学阻抗谱会出现低频感抗弧,随着含水量的增加,低频感抗弧消失,表现为单一的容抗弧.     

基于Gamma随机过程的西部严酷环境下钢筋混凝土可靠性评估

针对西部盐渍土环境下钢筋混凝土结构服役寿命较短的问题,根据盐渍土地质环境设置由氯化钠和硫酸镁组成的复合溶液,制备不同强度等级的钢筋混凝土试件,将试件放置于溶液中进行长期浸泡,通过CS350电化学工作站对混凝土中钢筋进行长期跟踪研究,探究多因素腐蚀下钢筋混凝土腐蚀规律。根据实测的部分寿命数据建立Gamma随机过程模型并对剩余寿命进行预测。研究结果表明:钢筋混凝土抗腐蚀性能随强度等级的提高而提高。Gamma随机过程可以较为有效地描述混凝土中钢筋的腐蚀轨迹,采用该方法预测的钢筋混凝土剩余寿命是可行的。     

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.     

既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态可靠度分析

分析了既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态可靠度分析的特点;研究和讨论了模糊失效界限和荷载等级提高对既有桥梁正常使用极限状态可靠度影响;以钢筋混凝土最大裂缝宽度作为构件正常使用状态的分析对象,建立了混凝土构件在正常使用状态下的极限状态方程,并根据一座实际桥梁的检测资料进行了可靠度计算,讨论了正常使用情况下各个因素对混凝土构件可靠指标的影响.     

锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝研究

裂缝特征是反映钢筋混凝土构件正常使用极限状态的一个重要指标.制作了37片不同钢筋类型和配筋率的钢筋混凝土梁,通过外加电流的方法使其加速锈蚀,并通过电流强度、通电时间控制其锈蚀率.讨论了试件在静载试验中的裂缝开展过程及特点.通过与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)和《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)相关公式进行对比分析,建立了钢筋锈蚀率与平均裂缝间距、裂缝宽度的关系.试验研究结果表明,锈蚀率较小时,钢筋混凝土受弯构件的裂缝特征与普通钢筋混凝土构件相同;而锈蚀率较大时,裂缝间距变大,宽度增加.该结果可用于锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力的评估.     

保护层对锈蚀钢筋混凝土梁裂缝的影响

沿海老旧建筑长期受高浓度氯离子侵蚀,破坏钢筋与混凝土间的黏结,严重影响构件的承载能力。为探索沿海建筑合理的保护层厚度,本文应用电化学原理,对11根前期浸泡在浓度为5%Na Cl溶液中的钢筋混凝土梁进行通电加速腐蚀。通过加载试验测量了裂缝宽度与开裂荷载,并与理论计算值对比分析,其结果比较吻合。结果表明:保护层厚度对试验梁裂缝开展起决定性作用,保护层越小裂缝开展越严重。     

纳米化对Ag-50Ni在H3PO4介质中腐蚀电化学行为影响

通过电化学极化曲线方法和电化学交流阻抗谱(EIS)技术对比研究了不同晶粒尺寸的Ag-50Ni合金在不同浓度的H3PO4介质中的耐腐蚀性能。结果表明:2种尺寸的Ag-50Ni合金在不同浓度的H3PO4介质中主要呈单容抗弧特征,其中纳米尺寸的Ag-50Ni合金在H3PO4浓度分别为0.0,0.1及0.5 mol/L中呈双容抗弧特征,表明电极表面腐蚀受电化学反应控制。随着H3PO4浓度的增加,合金的自腐蚀电位向负方向移动,传递电阻逐渐减小,腐蚀电流密度逐渐增大,表明腐蚀速度加快。在同一种浓度腐蚀介质中,常规尺寸Ag-50Ni合金的腐蚀电流密度低于纳米尺寸Ag-50Ni合金,表明晶粒细化后抗腐蚀性能降低。     

典型砂土盐渍土的电化学特性及其腐蚀性研究

为了研究砂土盐渍土的电化学特性及其腐蚀性评价应用,通过正交助手和SPSS设计典型含易溶盐阴离子(Cl~-,SO_4~(2-)和HCO_3~-)砂土盐渍土的正交试验组,对砂土盐渍土的电化学阻抗特性及X80钢的电化学极化进行了测试。根据砂土盐渍土中电子、离子运动分布规律,建立了基本等效电路模型。砂土的阻抗谱高频端对应电极表面双电层电容和法拉第过程电阻,低频端对应于砂层的电容和电阻。砂土盐渍土的Nyquist图均呈现高频区容抗弧和低频区不同程度的扩散斜线。统计学极差分析显示,各种阴离子对等效电路参数的影响机理呈现一定的规律;砂土盐渍土对X80钢的腐蚀属于轻微的局部腐蚀,生成了铁的氧化物。三种阴离子共存的砂土盐渍土中,SO_4~(2-)对砂土电化学腐蚀行为影响较大;对腐蚀速率影响大小排序为SO_4~(2-)HCO_3~-Cl~-。实际应用中根据电化学阻抗谱和极化电阻的测量值可以综合判断砂土的腐蚀性。     

通电锈蚀钢筋砼梁结构性能退化的试验研究

通过采用外加恒电流快速锈蚀模拟方法,对锈蚀钢筋混凝土梁进行试验,研究了结构性能退化机理。由试验结果看出,随着顺筋裂缝宽度和锈蚀率的增大,钢筋与混凝土之间的粘结作用逐渐退化,梁的屈服荷载、极限荷载和延性都有所降低,而锈蚀钢筋的力学性能退化以及锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化,是导致钢筋混凝土锈蚀梁的结构性能退化的主要因素。     

临海滩涂环境下混凝土中氯离子侵蚀破坏试验研究

混凝土的材料组成、工作环境等因素对其耐久性有很大的影响。通过对不同配合比、不同保护层厚度长期暴露于临海滩涂环境的钢筋混凝土试件表面裂缝规律、钢筋锈蚀程度、力学性能等方面的试验研究,表明:直接暴露于临海环境中的钢筋锈蚀最为严重;钢筋锈蚀越明显,其强度下降趋势越显著,锈蚀率越大,延性越低;混凝土保护层的厚度、裂缝宽度跟钢筋锈蚀之间是相互影响的,保护层厚度越小,裂缝宽度越大,钢筋锈蚀率越高,当裂缝宽度为小于或等于0.2mm的细微裂缝时,钢筋锈蚀率≤2%,当裂缝宽度0.5 mm时,钢筋锈蚀率与裂缝之间可能存在线性正向关系。     

混凝土内修正的氯离子运移模型及耐久性分析

基于Fick第二定律,建立了混凝土内综合考虑扩散、电场迁移与结合作用的氯离子运移耦合模型,并通过已有试验数据对模型进行验证。以南通盐渍土环境为例,运用Comsol Multiphysics软件分析盐渍土内混凝土中氯离子的运移机制以及混凝土内氯离子随时间和空间的分布,研究不同强度等级的普通硅酸盐水泥混凝土和粉煤灰混凝土抗氯盐侵蚀的能力。结果表明:盐渍土腐蚀环境下,普通硅酸盐水泥混凝土结构仅靠提高混凝土强度和保护层厚度不能满足高耐久性要求,采用粉煤灰混凝土能延长结构使用年限;在保证使用年限为100 a的前提下,建议南通盐渍土环境中的钢筋混凝土结构采用粉煤灰混凝土,强度等级为C30、C40、C50和C60的混凝土结构保护层厚度分别为55 mm、50 mm、45 mm和40 mm。     

复合超细粉混凝土护筋性能实验

结合某近海地区桥梁工程实例,采用人工加速锈蚀实验方法,对复合超细粉混凝土护筋性能进行研究.结果表明复合超细粉混凝土含筋试件锈蚀电流、最大裂缝宽度均低于普通混凝土试件,具有密实性高、护筋性能强特点,是解决近海地区钢筋盐腐蚀经济有效的措施之一.     

受力状态下混凝土试件碳化试验研究

为了研究混凝土桥梁的碳化规律,采用加速碳化试验方法,进行了碳化环境下受力状态混凝土试件的耐久性试验,分析了碳化混凝土的退化机理和规律.结果表明:拉、压应力分别加快和减缓了混凝土碳化的速率,且应力变化越大,碳化速率的改变就越大;桥梁常用C50强度混凝土的碳化深度远小于低强度混凝土,但C50强度混凝土受拉时的相对碳化深度大于低强度混凝土.根据试验结果修正了现有混凝土碳化深度预测模型中的工作应力影响系数.当混凝土桥梁的裂缝宽度满足规范要求时,裂缝对混凝土碳化的影响很小;预应力混凝土桥梁的耐久性能优于钢筋混凝土桥梁.     

再碳化后再碱化钢筋混凝土（水泥砂浆）的电化学研究

为模拟再碱化钢筋混凝土结构的耐久性,对再碱化后的钢筋-砂浆试件进行加速碳化试验,碳化的时间采用试件进行再碱化前第1次碳化所用的时间.采用交流阻抗谱、极化曲线和pH测试等测试方法研究再碳化过程中钢筋电化学和水泥砂浆碱性的变化.试验结果表明:在本试验条件下,再碳化后试件的pH值仍然大于10.00;再碳化后钢筋的腐蚀电流虽然有所增大,但仍小于再碱化前的腐蚀电流密度,钢筋的腐蚀电位负移,但仍大于再碱化前的腐蚀电位.研究结果表明:再碱化后的混凝土结构对CO2具有较好的抵抗侵蚀的作用.     

碳化环境下多元胶凝体系钢筋混凝土电化学特性

为研究不同矿物掺合料钢筋混凝土碳化后的电化学特性,利用电化学工作站定期进行无损检测,通过极化曲线、交流阻抗图谱等电化学参数对碳化循环过程中钢筋混凝土微结构的变化进行分析. 采用Kramers-Kronig转换对交流阻抗数据进行验证,选用合适的等效电路进行电化学参数拟合, 并采用卡方检验验证参数拟合的吻合度. 研究结果表明：等效电路R（QR）（QR）可以有效地对碳化环境下钢筋混凝土的电化学阻抗谱进行拟合,等效电路拟合卡方值建议不大于10-4数量级. 碳化腐蚀环境下,随着碳化周期的增加,混凝土的电阻值呈现波动增加的趋势,钢筋电阻呈现波动减小趋势;极化曲线随着碳化周期的增加整体向腐蚀电流密度增大和负电位方向移动,在49 d时钢筋锈蚀程度从大到小依次为双掺体系、单掺体系、基准体系、三掺体系,且单掺和双掺体系混凝土接近中等腐蚀状态,基准和三掺体系混凝土还处于低等腐蚀状态. 不同凝胶体系下,单掺和双掺体系钢筋混凝土对碳化腐蚀环境更加敏感,三掺体系则具有最佳的抗碳化性能.     

后浇混凝土的强度等级不同对裂缝形态的影响分析

在加大截面法加固钢筋混凝土结构中,规范要求后浇混凝土强度等级应比原结构、构件提高一级,且不低于C20。这只是一种经验下的总结,缺乏理论或试验依据。本文通过控制后浇混凝土的强度等级不同,对3根钢筋混凝土梁的斜截面受力性能进行试验研究,分析在整个加载过程中新旧混凝土强度等级对试件裂缝形态的影响。     

环氧酚醛／镀锡薄钢板体系在功能饮料中的腐蚀行为

利用电化学阻抗谱（EIS）和电化学噪声技术,并结合扫描电镜、能量散射x射线谱等表面分析技术,研究了环氧酚醛／镀锡薄钢板体系在功能饮料中的腐蚀过程并探讨了腐蚀机制．实验结果表明,浸泡前3dEIS图呈现单容抗弧特征,涂层防护性能良好;浸泡28d后EIS图呈现双容抗弧特征,电解质溶液已经渗透通过有机涂层;220d后EIS图呈现3个时间常数的特征,镀锡层与基体金属发生了腐蚀;364d后EIS图又呈现单容抗弧特征,涂层基本失去防护性能．随浸泡时间的增加,电流噪声的幅值逐渐增加,表明腐蚀程度越来越严重．环氧酚醛／镀锡薄钢板体系在功能饮料中的腐蚀过程,大致分为3个阶段：①涂层的润湿过程;②腐蚀性离子的传输并引发腐蚀;⑧腐蚀加剧．其腐蚀机制首先是涂层发生破损形成微孔,接着是涂层下的镀锡层在功能饮料的有机酸中发生腐蚀;镀锡层遭到腐蚀破坏后,由于基体金属碳钢具有更高的电化学活性,腐蚀过程转化为碳钢基体的溶解．     

高温后高强混凝土剪切裂缝与拉剪箍筋销栓作用

为研究高温后高强混凝土的剪切裂缝和拉剪箍筋销栓作用,浇筑了两种强度高强混凝土Z形试件.分别对试件进行了200,400,800°C的高温试验,通过高温后试件的直剪试验,研究了温度和混凝土强度对剪切裂缝的影响.基于弹性地基梁理论建立了箍筋销栓作用模型,结合实测的剪切裂缝宽度和裂缝滑移,计算得到高温后高强混凝土与箍筋之间的销栓剪应力.研究结果表明:除200°C以外,高强混凝土的裂缝峰值位移(裂缝峰值宽度和裂缝峰值滑移)随温度的升高而增大;无论经历多高的温度,混凝土的强度越高,裂缝峰值位移越小;箍筋的销栓剪切应力与裂缝滑移呈线性关系,销栓剪切刚度随温度的升高而降低,随混凝土强度的增大而增大;销栓剪切应力随温度的升高而增大,随混凝土强度增大而减小.