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     

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.     

锈蚀产物在钢筋混凝土界面处的分布状态分析

通过对钢筋锈蚀破坏后混凝土样品进行宏观和微观分析,研究锈胀裂缝的扩展状态和锈蚀产物在混凝土内的分布状态.分析结果表明:即便是通电锈蚀,角部位置钢筋仍为不均匀锈蚀,保护层薄的一侧先出现胀裂裂缝,保护层厚的一侧胀裂裂缝扩展相对较慢,胀裂裂缝附近存在填有锈蚀物的短小裂缝.因受混凝土不同挤压作用,锈蚀物在各发展阶段形态有所不同,初始形成的锈蚀物在界面处的砂浆层自由填充,称为锈蚀物自由生长阶段,填充的径向尺寸约为20～50 μm;之后,混凝土的挤压作用在钢筋-混凝土界面处形成有一定宽度的特殊锈蚀物,这一锈蚀层产物形态及数量均与自由生长阶段有所不同,当其达到一定量时(厚度约10～20 μm),混凝土开始出现微裂缝,这一锈蚀层是决定锈胀力破坏的关键因素;锈胀微裂缝的存在提供了应力释放微区,此时锈蚀产物为半自由生长阶段,直至宏观裂缝出现并逐渐扩展至混凝土表面.     

钢筋混凝土保护层锈裂行为的细观有限元模拟

为了研究混凝土材料非均匀特性对保护层锈裂行为的影响,基于蒙特卡罗方法建立了随机骨料模型,采用Matlab软件编写了骨料生成和投放代码,并考虑了界面层的影响.通过改变锈蚀层厚度,对钢筋锈胀引发的混凝土保护层开裂行为进行了细观有限元模拟.结果表明,混凝土内钢筋锈蚀产物膨胀具有非均匀性,砂浆与骨料的界面是钢筋混凝土保护层锈胀过程中的最薄弱环节.当锈蚀层的最大厚度为1.24μm时,界面开始产生裂缝,随后钢筋周围砂浆产生裂缝;当锈蚀层的最大厚度为9.00μm时,混凝土保护层表面出现裂缝,此时钢筋的有效锈蚀率仅为0.186%;当锈蚀层的最大厚度达到18.00μm时,混凝土中钢筋之间裂缝贯通,此时裂缝分布图与实测锈胀开裂相似,表明细观模拟计算可靠.     

玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁斜截面受力性能

为了解决在恶劣环境下海港等工程钢筋锈蚀所引起的混凝土结构耐久性问题,研究了将玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋替代钢筋应用在混凝土结构中的技术,并以钢筋为对比,进行了16 mm的玻璃纤维增强塑料筋混凝土简支梁的三点抗弯、抗剪力学性能研究.结果表明:在裂缝开展之前,玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁的变形略大于钢筋混凝土梁;裂缝开展后,玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁的变形增长较快,呈现脆性破坏的特征.玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁的开裂荷载只有钢筋混凝土梁的72%左右,剪压破坏荷载为钢筋混凝土梁的77%左右.     

钢筋混凝土结构锈蚀损伤检测与评估

混凝土材料以其较强的适应性和低廉的造价而成为土木工程中不可缺少的材料。钢筋混凝土结构已经成为一种主要的结构形式，在土木工程中得到广泛的应用。钢筋的锈蚀是导致混凝土结构耐久性降低的主要原因；大量混凝土结构，由于钢筋的锈蚀不得不维修或拆除，甚至发生倒塌，造成巨大的经济损失。     

锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝研究

钢筋锈蚀是在当今世界引起混凝土结构耐久性损伤或破坏的首要因素,研究发现锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的退化对其裂缝特征有着显著的影响,随着粘结强度的降低,钢筋混凝土构件的裂缝宽度和平均裂缝间距都会增大。本文从钢筋锈蚀对混凝土构件的裂缝的影响出发,介绍了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝特征、形成原因以及现有的计算方法。     

影响钢筋混凝土结构桥梁耐久性的因素分析

由于钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料构成的,因此其耐久性破坏一般是从混凝土或钢筋的材料劣化开始的。从混凝土结构耐久性损伤的机理来看,可以将其材料耐久性损伤分为化学作用引起的损伤和物理作用引起的损伤两大类。由化学作用引起的材料损伤主要有：混凝土碳化、混凝土中的钢筋锈蚀、碱-集料反应及混凝土的化学侵蚀,由物理作用引起的材料损伤主要有：混凝土冻融破坏、磨损、碰撞等。在大气环境条件下,对于钢筋混凝土桥梁的材料损伤形式,主要是：混凝土碳化、混凝土冻融破坏和钢筋的锈蚀。     

锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪失效分析

为了研究锈蚀对钢筋混凝土构件抗剪性能的影响,设计并制作了7根配有箍筋和斜筋的钢筋混凝土矩形梁,其中1根为未锈蚀的对比梁,采用电化学快速锈蚀方法对其余6根钢筋混凝土梁进行加速锈蚀试验。开展相同剪跨比下钢筋混凝土梁的斜截面抗剪性能试验,讨论钢筋混凝土梁表面初始锈胀裂缝的分布特征,分析箍筋锈蚀、斜筋锈蚀和主筋锈蚀对钢筋混凝土梁斜裂缝的形成与发展、荷载-挠度曲线、剪压区混凝土压力传递过程以及钢筋的内力变化情况,研究不同锈蚀程度钢筋混凝土梁斜截面极限承载能力与失效特征。研究结果表明:弯剪斜裂缝的数量随着钢筋锈蚀水平的增长逐渐减少,斜裂缝的延伸长度变短,主拱传递压应力路径逐步由直线变为抛物线形;锈胀引起的剪压区混凝土截面损伤对钢筋混凝土构件的抗剪强度有很大影响;箍筋锈蚀和斜筋锈蚀对斜裂缝的发展影响较大,而对钢筋混凝土梁的破坏形态影响相对较小,但其截面面积的减小会导致箍筋和斜筋过早的发生断裂,进而降低钢筋混凝土梁的斜截面抗剪强度;随着主筋锈蚀程度的增长,临界斜裂缝的倾角变大,并且与仅箍筋锈蚀梁相比,其倾角增幅更为显著。该研究可为钢筋混凝土梁的抗剪强度预测模型的建立以及有限元分析提供试验基础。     

钢筋混凝土梁加速锈蚀试验研究

以钢筋混凝土梁为研究对象,采用电化学加速锈蚀试验,研究分析钢筋加速锈蚀后的混凝土锈胀开裂特征、钢筋锈蚀特征和钢筋锈蚀率.研究表明,试验梁顶部锈胀裂缝较梁底多,梁两侧裂缝分布较为均匀,部分锈蚀率较大的试验梁出现箍筋锈蚀造成的垂直裂缝,锈蚀严重的试验梁局部还有混凝土脱落;纵筋和箍筋坑蚀严重,采用贴面外加直流电加速钢筋锈蚀的效果与自然环境下的锈蚀状态较为接近;随着钢筋锈蚀率的增加,钢筋锈蚀产物增多,导致混凝土保护层开裂以及钢筋肋锈损,使得钢筋与混凝土黏结力下降.钢筋理论计算锈蚀率基本大于纵筋锈蚀率的实测值,箍筋锈蚀率大于纵筋锈蚀率.箍筋上边锈蚀率较下边高,左右两边锈蚀率基本相同.     

锈蚀钢筋混凝土无腹筋梁受剪承载力计算

锈蚀钢筋混凝土梁因钢筋锈蚀而造成钢筋截面积减小,并且由于锈蚀产物的锈胀力作用而使得混凝土产生裂缝。考虑到锈蚀钢筋混凝土梁的受剪承载力不仅与纵向钢筋的截面削弱有关,而且与裂缝之间的摩擦力以及构件在受压区未开裂部分的受剪能力有关,从这三个方面出发,建立了分析无腹筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力的一般方法。     

钢筋混凝土结构锈胀裂缝扩展分析

为了对钢筋混凝土结构的耐久性全寿命进行评估,研究了保护层混凝土锈胀裂缝的扩展及过程.基于保护层混凝土锈胀开裂前后的变形协调条件,并考虑箍筋对混凝土锈胀裂缝扩展的影响,建立了有箍筋和无箍筋条件下混凝土保护层锈胀裂缝宽度模型.试验结果表明,在锈蚀率介于0～10%条件下,所建模型可以很好地预测保护层混凝土锈胀裂缝的扩展.     

南海海域混凝土结构的钢筋锈蚀特征

为了探究热带海洋环境下混凝土结构的钢筋锈蚀现状,对中国南海岛礁珊瑚混凝土结构和普通混凝土进行现场调研与测试,研究了混凝土结构的钢筋锈蚀率、锈蚀钢筋强度与变形的规律以及钢筋锈蚀率与钢筋表面自由氯离子含量之间的关系.结果表明:在南海岛礁工程中,多风、高温、潮湿的海洋环境对钢筋混凝土结构具有很强的腐蚀破坏作用,钢筋锈蚀率较大,其主要破坏特征为混凝土保护层胀裂、剥落、垮塌、露筋、钢筋锈蚀等,钢筋锈蚀以坑蚀为主;随着钢筋锈蚀率的增大,锈蚀钢筋的屈服强度逐渐降低,锈蚀钢筋的屈强比也呈下降趋势.普通混凝土结构因氯离子扩散导致的钢筋起锈时间不足22~25a;不同暴露区域对钢筋锈蚀率的影响规律是浪溅区水下区大气区.     

关于混凝土结构的耐久性问题探讨

影响混凝土结构耐久性的因素很多,如混凝土裂缝、破碎、溶蚀,钢筋锈蚀、脆化、疲劳等,产生原因是混凝土的碳化、化学侵蚀、冻融破坏、温湿度影响、碱：骨料反应、机械作用和钢筋的碳化脱钝、氯离子腐蚀、荷载长期反复作用、严寒地区低温影响等。提高耐久性主要是混凝土的抗裂耐腐蚀及钢筋的不锈蚀。     

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.     

渡槽裂缝产生的原因及加固补强技术应用

通过对靖会灌区高排架钢筋混凝土结构渡槽裂缝产生的原因进行分析,指出了渡槽出现裂缝的主要原因是由于化学侵蚀、钢筋锈蚀、冻融破坏,造成混凝土表面保护层脱落、钢筋锈蚀、体积膨胀,导致顺筋及槽身环向裂缝,从而危及渡槽输水运行的安全性。针对这些原因,结合灌区自然条件和工程实际,采用环氧聚合物技术措施进行防渗加固补强,确保了渡槽输水运行的安全,节省了改造资金,提高了渡槽的使用寿命,为灌区安全运行和效益的正常发挥起到了非常重要的作用,取得了显著的工程效益和社会效益。     

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.     

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。     

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。     

混凝土结构中钢筋的腐蚀与防护

研究了目前我国钢筋混凝土耐久性失效的主要原因,分析了钢筋在未开裂和裂缝状态下的锈蚀机理以及影响钢筋锈蚀的主要因素,提出了混凝土结构中钢筋的抗腐蚀对策,为增强结构耐久性,延长使用寿命打下了基础。