关于人工气候环境下混凝土梁中氯离子侵蚀规律的研究

在设定的人工气候氯盐腐蚀的环境下,针对两种不同水灰比(质量比)的钢筋混凝土系列梁进行腐蚀试验,同时对同一水灰比的试验梁做腐蚀时间不同的对比研究.试验通过氯盐腐蚀后在钢筋混凝土梁中钻取不同位置的芯样,测定每个芯样不同深度处的自由氯离子质量分数值,并计算各试验梁的扩散系数,从而得出氯离子在混凝土试验梁中的侵蚀规律.结果表明,氯离子在试验梁中侵蚀可分为对流区和扩散区两部分,并且梁的氯离子质量分数和扩散系数都是随着混凝土水灰比增大而增加.     

预估混凝土氯离子分布的新方法

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀是沿海地区钢筋混凝土结构失效的一个主要原因.目前在应用Fick定律进行氯离子扩散分析时,一般不考虑混凝土对氯离子的固化作用以及扩散系数在服役期间的变化.本文基于Fick第一、第二扩散定律,提出了一种简单而可靠的推算氯离子质量分数的方法.该方法考虑了混凝土对氯离子的线性固化,以及扩散系数在服役期间的变化.根据一个自然环境中对混凝土试件现场氯离子质量分数试验的数值分析发现,混凝土中的氯离子质量分数随服役时间的增加而增加,随扩散深度的增加而减少.氯离子扩散系数是一个随时间、扩散深度和氯离子质量分数变化的变量.     

持续荷载与氯盐作用下钢筋混凝土梁力学性能试验

针对已有的研究以小尺度的试块实验而未能反映实际混凝土结构在荷载与氯盐耦合作用效应,自行设计大尺度钢筋混凝土梁的持续荷载施加装置,采用“电渗-恒电流-干湿循环”的方法对钢筋混凝土梁进行持续荷载作用下的加速锈蚀实验,并对试验后的混凝土梁的力学性能进行研究;同时,采用RCT方法研究试验梁混凝土保护层厚度范围内的氯离子分布规律,采用半电池电位法及称重法相结合来评价试验梁内纵向受拉钢筋锈蚀程度.结果表明:氯盐与持续荷载耦合作用下,随着持续荷载水平的提高,保护层厚度范围内的氯离子质量分数会增大,会在钢筋附近出现聚集现象;同时,也使纵向钢筋的锈蚀率增大,钢筋截面的锈蚀不均匀程度明显;导致混凝土梁的极限荷载减小,延性降低,截面曲率延性增高.     

GFRP筋轻骨料混凝土梁的试验研究

目的为彻底解决钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀问题.方法采用4点弯曲的加载方法分别对相同配筋的GFRP筋轻骨料混凝土梁和钢筋轻骨料混凝土梁进行了静力学试验研究.结果得到了钢筋轻骨料混凝土梁和GFRP筋轻骨料混凝土梁的荷载-挠度曲线以及梁承受荷载过程中受压区混凝土最外层纤维和受拉主筋的应变变化.结论钢筋轻骨料混凝土梁正截面强度的计算公式已不适用于GFRP筋轻骨料混凝土梁的正界面强度计算.在相同的荷载作用下,GFRP筋轻骨料混凝土梁的变形比钢筋轻骨料混凝土梁的变形大,同时GFRP筋轻骨料混凝土梁不具有普通钢筋混凝土梁所具有的塑性铰的性质.     

不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀试验

为研究不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀劣化规律,开展弯拉应力构件的氯离子浸泡侵蚀试验和无应力构件的盐雾侵蚀试验.基于氯离子质量分数、构件弯拉强度及弯拉应变等测试结果,研究了侵蚀时间、环境温度、应力水平、环境氯离子质量分数及侵蚀方式等因素对氯离子扩散特征和构件抗弯性能的影响.试验结果表明:浸泡环境中混凝土内部氯离子质量分数较盐雾环境高;试件内部氯离子质量分数随腐蚀时间、环境温度、环境氯离子质量分数及应力水平的增大而增大;氯离子扩散系数随应力水平和环境温度的提高而增大;在较低应力水平、较低环境温度和较短的侵蚀时间内,混凝土构件极限弯拉强度有小幅度上升趋势,然后随侵蚀时间的增长而衰减;混凝土构件的极限弯拉应变随各影响因素的增大而降低.研究结果可为钢筋混凝土构件在氯盐侵蚀环境下的耐久性评估及设计提供依据,具有一定工程实际意义.     

细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析

为研究配置了细晶粒高强钢筋混凝土梁的受弯性能,制作了HRBF400、HRBF500级钢筋混凝土矩形截面梁各4根进行静力抗弯试验.研究表明HRBF筋混凝土梁在短期荷载作用下的最大裂缝宽度实测值满足规范要求,但计算值不满足.HRBF400级钢筋混凝土梁在正常使用条件下的挠度能满足规范要求,HRBF500级钢筋混凝土梁不能够满足规范要求.推导了HRBF筋混凝土梁在裂缝/挠度控制条件下的承载力计算公式,提出了构件承载力利用系数的概念,分析了钢筋强度、钢筋直径、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度、高跨比对构件承载力利用系数的影响.在经济配筋率范围内,HRBF筋混凝土梁的延性基本满足要求.HRBF筋混凝土梁的耗能能力在较低配筋率时与普通钢筋混凝土梁相近,但随着配筋率的提高,其耗能能力较普通钢筋混凝土梁降低的快.同配筋率下,HRBF筋混凝土梁在弹性阶段的耗能能力较普通钢筋混凝土梁要高,且随着配筋率的增大而提高.     

海洋大气区氯离子在混凝土中的沉积与传输行为研究综述

海洋大气区氯离子对钢筋混凝土的侵蚀行为可分为两个阶段,首先,氯离子在风力作用下附着在混凝土表面,其次,从混凝土表面向混凝土内部侵蚀。基于海洋大气区氯离子对混凝土侵蚀的全过程,对已有研究进行归纳总结,阐述了各影响因素对沉积过程的影响规律。其中,海水含盐量、风速、暴露时间与混凝土氯离子沉积量呈正相关关系,距海岸距离与混凝土氯离子沉积量呈负相关关系;论述了各影响因素对传输过程的影响规律,水灰比越大、暴露时间越长、温度越高、内外湿度梯度越大、碳化越严重越容易形成对流区。目前,针对海洋大气区氯离子在混凝土中沉积和传输行为开展研究多基于单因素,多因素耦合作用下的沉积和传输行为尚需进一步研究。     

混凝土梁腐蚀疲劳刚度衰减规律

为研究腐蚀环境下钢筋混凝土梁的刚度衰减规律,对空气环境、淡水环境、盐水环境中的试验梁在循环荷载作用下的混凝土模量和试验梁的刚度进行了分析.根据钢筋混凝土梁在腐蚀疲劳下钢筋与混凝土的应变、残余应变、挠度等试验结果,得到了受弯构件正截面混凝土腐蚀疲劳模量降低率和构件腐蚀疲劳刚度的衰减规律.结果表明,虽然试验过程中混凝土并没有遭受明显腐蚀,但其疲劳模量却有所降低,降低的速率依试验环境的不同而不同.主要是钢筋腐蚀疲劳发展,截面协同工作的结果.试验梁的腐蚀疲劳刚度降低速率亦较快,在不同的腐蚀环境中疲劳刚度降低的速率也不同,以盐水环境中刚度衰减的最快.主要原因是构件中钢筋腐蚀疲劳裂纹的不断扩展导致构件刚度的降低.     

S304不锈钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

为解决恶劣环境下传统钢筋混凝土构件易锈蚀的问题,提出采用S304不锈钢筋替代普通碳素钢筋,提高混凝土构件耐久性.分别对2根HRB400钢筋混凝土梁试件和2根S304不锈钢筋混凝土梁试件进行正截面抗弯试验,探讨其开裂荷载、极限荷载和挠度变形的计算方法.研究表明,S304不锈钢筋屈服强度、抗拉强度低于HRB400钢筋,断后伸长率高于普通钢筋;与传统钢筋混凝土梁相比,S304不锈钢筋混凝土梁具有更高的变形能力,但两者开裂荷载和极限荷载较为接近.采用现行混凝土规范方法确定S304不锈钢筋混凝土梁的极限荷载及挠度变形时偏保守,而开裂荷载则吻合较好.     

钢筋混凝土梁的斜截面强度

本文根据复杂应力状态下混凝土类材料的强度理论,利用平衡条件建立了钢筋混凝土梁斜截面强度的理论计算公式。从理论角度查明了剪跨比,纵向钢筋配筋百分率,混凝土标号,腹筋量等因素对钢筋混凝土梁斜截面强度的影响。最后,将本文公式的计算结果同有腹筋梁的实验资料以及经验公式比较,结果是令人满意的。     

Modeling the Synergetic Effect of Various Factors on Chloride Transport in Nonsaturated Concrete

Diffusion has been systematically described as the main mechanism of chloride transport in reinforced concrete(RC) structure, especially when the concrete is in a saturated state. However, the single mechanism of diffusion is not able to describe the actual chloride ingress in the nonsaturated concrete. Instead, it is dominated by the interaction of diffusion and convection. With the synergetic effects of various factors taken into account, this study aimed to modify and develop an analytical convection- diffusion coupling model for chloride transport in nonsaturated concrete. The model was verified by simulation of laboratory tests and field measurement. The results of comparison study demonstrate that the analytical model developed in this study is efficient and accurate in predicting the chloride profiles in the nonsaturated concrete.     

钢筋锈蚀导致混凝土结构失效的机理与检测技术

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素之一,特别是钢筋暴露在氯化物中(氯化物可能来自配料或来自周围氯化物环境)。酸性气体渗透引起混凝土碳酸化是钢筋锈蚀的另一原因,此外还有一些其他方面的因素,如混凝土的质量,混凝土结构的外部环境等。可用多种方法评估钢筋锈蚀的原因及程度,但检测结果的解释有时十分困难。讨论了钢筋锈蚀的机理,以及钢筋锈蚀的检测技术。     

相邻钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂的细观数值模拟

对2根相邻钢筋非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层破坏行为进行了细观数值模拟研究;考虑到混凝土细观结构非均质性的影响,将混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,以施加强制位移的方式模拟钢筋的非均匀锈胀作用,建立了混凝土保护层开裂分析的细观尺度数值模型,并进行了影响参数分析。结果表明：细观数值模拟结果与已有文献中的试验结果吻合良好;相邻钢筋非均匀锈蚀时会发生内部裂纹相互贯通先于和落后于外部开裂2种破坏模式;钢筋直径不是影响混凝土保护层破坏的主要参数;混凝土保护层厚度主要影响外部开裂的发展;钢筋间距则主要控制内部裂纹的相互贯通。     

钢筋混凝土人工气候加速腐蚀的试验研究

在分析了含有氯离子的混凝土内钢筋锈蚀机理的基础上，介绍了利用人工气候实验室进行混凝土内钢筋加速锈蚀的试验，并对试验结果进行了分析。试验表明，温度和相对湿度对受氯离子侵蚀的混凝土内钢筋的锈蚀速度有很大影响，随着温度或相对湿度的提高，钢筋的锈蚀速度也会加快。试验还表明钢筋的保护层厚度及直径大小也明显影响它的锈蚀速度。     

再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究

为了探究再生混凝土结构的耐久性能,对5组不同钢筋锈蚀率(0~9%)的再生混凝土梁式试件进行加载试验。分析不同钢筋锈蚀率对再生混凝土梁式试件的钢筋应变、局部粘结应力、粘结滑移和极限粘结应力的影响。结果表明:钢筋锈蚀率大于3%时试件底部开始有细微锈胀裂缝出现;锈蚀率越大,荷载作用下钢筋应变沿锚固位置的变化曲线越平缓;局部粘结应力沿锚固段呈现出双峰分布,峰值主要集中在加载端和自由端附近;加载端附近位置滑移现象最先发生,远离加载端滑移现象延后;随着钢筋锈蚀率的增大,极限粘结强度先增加后降低,极限荷载下的滑移值增大。     

不同锈蚀条件下混凝土内钢筋锈蚀物膨胀性能比较和机理分析

不同条件下混凝土中钢筋锈蚀产物的成分不同,膨胀倍数不同,胀力也不同.本文利用X射线衍射技术分析了不同锈蚀条件(人工气候环境、实际自然环境、恒电流通电)、不同锈蚀程度(开裂前后)钢筋锈蚀产物的物质组成和相对含量,推导了钢筋锈蚀层的体积膨胀系数的计算方法,并根据各锈蚀产物的相对含量,确定了在不同条件下混凝土中钢筋锈蚀层的体积膨胀倍数.研究表明,虽然不同锈蚀条件下,混凝土内钢筋锈蚀层中的各锈蚀产物相对含量不同,但不同侵蚀条件下锈蚀产物膨胀倍数却较为接近,约为2.20～2.45,通电加速锈蚀试样中钢筋锈蚀产物的体积膨胀倍数略小于人工气候加速环境和实际自然环境条件下钢筋锈蚀产物的体积膨胀倍数,气候条件对锈蚀产物的体积膨胀倍数没有明显的影响.     

海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析

为了实现海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析的目标,首先给出了海洋环境混凝土桥梁耐久性退化过程中三个关键时刻的计算数学模型和截面削弱过程的模拟方法.以一座预应力混凝土连续梁为对象,利用笔者自行编写的分析程序分析了保护层厚度、大气温度、钢筋锈蚀临界氯离子浓度、混凝土表面氯离子浓度和混凝土强度等设计参数对混凝土桥梁耐久性能的影响程度.结果表明：在整个退化过程中,保护层厚度对整个过程都有显著影响,钢筋锈蚀临界氯离子浓度和混凝土表面氯离子浓度对钢筋开始锈蚀时刻影响明显,大气温度和混凝土强度则对钢筋锈蚀速率有一定影响.增大保护层厚度和减小混凝土渗透性可明显改善海洋环境中混凝土桥梁的耐久性能.     

Probability calculation of rebars corrosion in reinforced concrete using css algorithms

Reinforcement inside the concrete is protected from corrosion and its damages until several years after the construction. After corrosion initiation, the cross section of reinforcement begins to reduce and often load bearing of the reinforced concrete structure will be reduced significantly. Corrosion of reinforcements in concrete in polluted and contaminated areas can occur in two ways: chloride and carbonation. In this work, meta-heuristic approach of charged system search(CSS) is used to calculate corrosion occurrence probability due to chloride ions penetration. The model efficiency is verified by comparing the available examples in technical literature and results of Monte Carlo analysis. According to the analyses performed, using different probabilistic distributions regardless of probabilistic moments based on real distribution leads to diverse results. In addition, influence of each effective parameter in corrosion occurrence varies by changing other parameters.     

考虑箍筋约束的预应力型钢高强砼梁延性分析

预应力型钢高强混凝土(PSRHC)梁具有承载力高、截面尺寸小等特点,适用于大跨度、重荷载的建筑结构.为掌握不同设计参数对PSRHC梁构件延性性能的影响,利用数值方法,进行了PSRHC梁静力性能的模拟及多参数分析.首先,基于截面纤维模型,建立了可考虑箍筋约束作用的PSRHC梁的静力全过程数值模拟方法,相关荷载-位移计算曲线与已有试验结果吻合良好.之后,研究了混凝土强度等级、受拉、受压钢筋用量、预应力筋用量、型钢翼缘及腹板厚度、箍筋间距及直径等因素对PSRHC梁延性的影响.结果表明:增大混凝土强度等级,增加受压钢筋及箍筋用量,可提高PSRHC梁的延性;增加受拉钢筋、预应力筋用量,增大腹板厚度,均使得延性降低;而翼缘厚度对延性的影响规律不明显.其中,箍筋间距由50 mm增加至200 mm时,延性系数降低约20.6%;箍筋直径由6 mm增大至10 mm,延性系数增大18%~34%.最后,结合数值试验结果,建立了包含体积配箍筋率及综合配筋指标两个参数的延性系数计算公式,利用此公式评估延性时以3.1作为界限值.     

An electrochemical and microstructural characterization of steel-mortar admixed with corrosion inhibitors

The present research brings new insights on the role of admixed corrosion inhibitors in the processes of cement hydration and rebar corrosion. The admixing of NaCl and the corrosion inhibitors in fresh mortar was found to alter the morphology and microstructure of the hardened mortar at the steel-mortar interfacial region. The admixing of the inhibitors increased the risk of carbonation of cement hydrates at the steel-mortar interfacial region, but partially displaced chloride ions. Chloride and the admixed inhibitors facilitated the formation of different cement hydrates and affected chloride binding at the steel-mortar interfacial region. The admixing of all three inhibitors was found to increase the polarization resistance of steel, indicating reduced corrosion rate of the steel over 48-day exposures to salt ponding.