带横向荷载裂缝钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀形态研究

对荷载作用下恒电流通电锈蚀的带荷载裂缝钢筋混凝土梁进行研究,绘制通电锈蚀前后横向裂缝和顺筋锈胀裂缝分布图,探究横向荷载裂缝对通电锈蚀过程及锈胀裂缝开展的影响。通过三维激光扫描对锈蚀钢筋表面特征进行分析,对比通电锈蚀和自然锈蚀条件下钢筋锈蚀的纵向不均匀性和锈胀裂缝发展。研究发现,通电锈蚀和自然锈蚀下,横向裂缝的存在都会加速该处钢筋的锈蚀截面损失,但通电锈蚀下横向裂缝处的钢筋会出现明显的"颈缩"现象。钢筋截面周长锈蚀率和截面锈蚀率的分布规律相同,截面周长锈蚀率同样可以较好地反映钢筋锈蚀程度。通电锈蚀和自然锈蚀钢筋的平均截面面积与最小截面面积的比值能反映钢筋锈蚀的不均匀性,其值满足Gumbel分布。     

带横向荷载裂缝钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀形态研究

对荷载作用下恒电流通电锈蚀的带荷载裂缝钢筋混凝土梁进行研究,绘制通电锈蚀前后横向裂缝和顺筋锈胀裂缝分布图,探究横向荷载裂缝对通电锈蚀过程及锈胀裂缝开展的影响。通过三维激光扫描对锈蚀钢筋表面特征进行分析,对比通电锈蚀和自然锈蚀条件下钢筋锈蚀的纵向不均匀性和锈胀裂缝发展。研究发现,通电锈蚀和自然锈蚀下,横向裂缝的存在都会加速该处钢筋的锈蚀截面损失,但通电锈蚀下横向裂缝处的钢筋会出现明显的“颈缩”现象。钢筋截面周长锈蚀率和截面锈蚀率的分布规律相同,截面周长锈蚀率同样可以较好地反映钢筋锈蚀程度。通电锈蚀和自然锈蚀钢筋的平均截面面积与最小截面面积的比值能反映钢筋锈蚀的不均匀性,其值满足Gumbel分布。     

带横向荷载裂缝钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀形态研究

对荷载作用下恒电流通电锈蚀的带荷载裂缝钢筋混凝土梁进行研究,绘制通电锈蚀前后横向裂缝和顺筋锈胀裂缝分布图,探究横向荷载裂缝对通电锈蚀过程及锈胀裂缝开展的影响。通过三维激光扫描对锈蚀钢筋表面特征进行分析,对比通电锈蚀和自然锈蚀条件下钢筋锈蚀的纵向不均匀性和锈胀裂缝发展。研究发现,通电锈蚀和自然锈蚀下,横向裂缝的存在都会加速该处钢筋的锈蚀截面损失,但通电锈蚀下横向裂缝处的钢筋会出现明显的“颈缩”现象。钢筋截面周长锈蚀率和截面锈蚀率的分布规律相同,截面周长锈蚀率同样可以较好地反映钢筋锈蚀程度。通电锈蚀和自然锈蚀钢筋的平均截面面积与最小截面面积的比值能反映钢筋锈蚀的不均匀性,其值满足Gumbel分布。     

锈损不锈钢钢筋混凝土梁受弯性能退化试验研究

为了得到海洋环境下不锈钢钢筋混凝土梁的服役性能演变规律,给结构性能评价和使用寿命评估提供可靠数据,采用加速锈蚀试验方法获取了不同锈蚀状态的不锈钢钢筋混凝土梁,开展了受弯性能试验研究,测试了纵筋的质量锈蚀率、主裂缝区域的纵筋锈蚀率和锈胀裂缝宽度,探讨了锈蚀对受弯梁破坏模式、裂缝开展和承载力的影响规律,并对不锈钢钢筋与普通钢筋混凝土梁的锈蚀特征与承载力的差异性及其主要原因加以分析。结果表明：相比普通碳素钢,不锈钢钢筋锈后形态更倾向于坑蚀,因而在相同的质量锈蚀率下,不锈钢钢筋混凝土梁承载力退化更为严重;不锈钢中铁元素含量较低,在相同的锈蚀时间下不锈钢锈蚀产物膨胀率较小,使得不锈钢钢筋混凝土构件的锈胀裂缝发展较为缓慢;由于锈胀裂缝的存在,受拉混凝土极易大块剥落,裂缝发展迅速;影响不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载力的最主要因素是主裂缝附近区域内的不锈钢钢筋局部锈蚀率。不考虑不锈钢钢筋的非线性强化,基于锈蚀钢筋名义强度和平截面假定得到了不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载能力计算模型,采用该模型得到的计算值与试验结果吻合较好,模型可以很好地反映锈损梁的受弯性能退化规律。     

基于锈胀裂缝的锈蚀梁钢筋锈蚀率计算

根据钢筋混凝土梁锈胀开裂的特点,考虑钢筋锈蚀不均匀性,对锈胀裂缝宽度实测值进行修正。结合对钢筋锈蚀开裂后锈蚀物体积膨胀的量化分析,得到了混凝土开裂后的钢筋锈蚀率基于锈胀裂缝宽度的计算模型,并通过电解液加速锈蚀方法对配筋混凝土试块进行加速腐蚀试验,拟合出了实用的锈蚀率计算式。采用7根钢筋混凝土梁的电解液加速腐蚀试验进行验证。结果表明：锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率近似呈线性变化;在钢筋不均匀锈蚀的情况下,采用间接法计算得到的钢筋最大锈蚀率与试验平均锈蚀率的比值在1.4~2.4之间,与实际情况符合较好。     

纵筋锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪性能影响

为深入了解纵筋锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响,对3根不同锈蚀程度和1根未锈蚀的钢筋混凝土梁进行跨中加载试验。首先,利用静电流加速试验,即将试件浸泡在3%Na Cl溶液中并外加直流电,通过控制通电时间,获取不同锈蚀程度的钢筋混凝土梁。然后,采用简支梁静力试验分析纵筋锈蚀程度、锈胀裂缝平均宽度和最大宽度对梁抗剪承载力的影响,并与其他相关研究进行对比分析。研究表明:试验梁的抗剪承载力随着锈蚀率、锈胀裂缝平均宽度或锈胀裂缝最大宽度的增大而减小。试验梁的破坏形态由剪跨比决定,纵筋锈蚀程度只影响试验梁抗剪承载力的大小,不对试验梁的破坏形态产生影响。     

混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型

通过对在自然环境下经历2 a干湿循环作用的锈蚀钢筋混凝土试件的试验研究,探讨了保护层锈胀开裂后钢筋的锈损程度及其影响因素.依据试验结果,运用数理统计相关知识,对试件的锈蚀特征进行分析,建立了与保护层厚度、表面裂缝宽度、钢筋直径、混凝土强度等级及箍筋间距相关的混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型;对模型进行参数敏感性分析表明,表面纵向锈胀裂缝宽度是影响钢筋锈蚀深度的最主要因素,除其他因素外,箍筋间距对纵向钢筋锈蚀深度也具有一定影响,且随箍筋间距减小影响程度逐渐显著;经试验验证,所建立模型具有较强的适用性.     

保护层胀裂后钢筋通电锈蚀效率研究

研究了混凝土保护层锈胀裂缝达一定宽度后,通电加速锈蚀钢筋的效率及其影响因素。试验结果表明:在相同条件下,氯盐浓度变化对钢筋锈蚀效率的影响并不明显,采用低电流密度比高电流密度的锈蚀效率更高;就材质而言HRB钢筋较HPB钢筋更易锈蚀,但相同电流强度条件下,名义直径、长度相同的光圆钢筋较变形钢筋通电锈蚀效率更高,原因是由于前者表面积更小;在相同的通电条件下,裸筋通电锈蚀量实际值与理论值具有很好的相关性,但前者更高。     

基于通电退化的再生混凝土中钢筋可靠性评估

为了评估阻锈剂对再生混凝土中钢筋的保护作用,设计了钢筋再生混凝土恒电流通电加速锈蚀试验,对再生混凝土中钢筋进行电化学试验,分析钢筋极化曲线及交流阻抗,计算钢筋腐蚀电流密度,并以腐蚀电流密度作为损伤变量,运用Weibull分布函数建立再生混凝土中钢筋的可靠度函数.钢筋通电加速试验后,对钢筋进行微观形貌观测.结果 表明:随着通电时间的增加,未掺阻锈剂的再生混凝土试件中钢筋表面出现颗粒状的锈蚀物;掺加阻锈剂的再生混凝土试件中钢筋表面出现大量的微裂纹;可靠度为60％时未掺和掺加阻锈剂试件中钢筋失效时间分别为880、2060 h,阻锈剂可以使再生混凝土使用寿命延长至原来的2.34倍.     

不同因素下钢筋混凝土裂缝宽度与锈蚀率的关系

锈胀开裂是钢筋混凝土桥梁在腐蚀环境下最常见的灾害。试验设计了12个钢筋混凝土构件,放入盐水中进行通电加速锈蚀,并测得锈胀裂缝宽度。文章研究了在保护层厚度不变的情况下,不同水灰比和钢筋直径对锈胀裂缝宽度与锈蚀率之间关系的影响,对钢筋混凝土结构耐久性设计提供一定的参考。     

考虑钢筋锈蚀的纳米SiO2强化再生骨料混凝土梁受力性能研究

采用纳米强化再生骨料表面的措施来改善再生骨料性能,分别考虑强化液中纳米SiO₂掺量、再生粗骨料取代率的影响,设计制作了1根普通混凝土基准梁和8根再生骨料混凝土矩形截面梁,采用内置近距离小阴极的方法对梁内受力钢筋进行通电非均匀加速锈蚀,待受拉主筋锈蚀到一定程度后进行四点受弯加载,对加载过程中的裂缝开展情况、荷载-挠度曲线以及极限承载力进行了记录及分析。考虑钢筋锈蚀率及再生骨料取代率等因素的影响,对锈胀开裂之后的再生骨料混凝土梁的承载力计算公式进行了修正,得出了可用于设计的受弯承载力计算公式。结果表明:相同锈蚀程度下,强化再生骨料混凝土梁的抗弯承载力比天然骨料混凝土有所降低,其中25%再生骨料取代率时承载性能退化较多,抗弯承载力下降19.3%; 混凝土裂缝开展趋势较为一致,最大裂缝宽度随钢筋锈蚀程度增加而增大,随纳米SiO₂掺量增加先减小后增大; 近距离小阴极通电可实现混凝土内钢筋的加速非均匀锈蚀; 所提出的方法及获得的结论有助于推动再生骨料混凝土在沿海等不利环境中的应用。     

Investigating correlations between crack width,corrosion level and anchorage capacity

In assessing existing structures, inspection results need to be linked to the effects on load-carrying capacity; to provide such information, this study has investigated the correlation between splitting crack width, corrosion level and anchorage capacity. The study was based on 13 reinforced concrete beams that had been exposed to natural corrosion for 32 years, 11 beams with splitting cracks and 2 without. The crack pattern and widths were documented before undergoing structural testing of anchorage capacity. Thereafter, the reinforcement bars were extracted and their corrosion levels measured using two methods, gravimetric weight loss and 3D scanning. The corrosion level from the weight loss method was approximately twice as large; possible reasons are horizontal or subsurface corrosion pits, and the cleaning method. Further, for the same corrosion level, the specimens in this study had much larger crack widths and slightly lower bond capacity than the artificially corroded tests in the literature; a possible reason is that these specimens had been subjected to combined corrosion and freezing. However, the corrosion level and reduction in bond capacity related to crack width were both lower in the present than in previous studies in the literature. Thus, by formulating a damage indicator from the damage visible in the form of crack widths from artificial test data, the structural capacity is estimated to be on the safe side.     

基于气候环境作用的混凝土材料与结构使用寿命预测方法

为了提升自然气候环境下钢筋混凝土结构使用寿命的预测精度,以混凝土受氯盐侵蚀为背景,分析了钢筋混凝土结构使用寿命的全过程,并给出各关键阶段使用寿命的计算模型;基于气候环境作用谱、混凝土微环境响应谱以及钢筋锈蚀速率时变模型的相关研究成果,提出新建混凝土结构耐久性设计的使用寿命预测方法,并给出算例说明;基于混凝土内钢筋锈蚀量的等效,提出混凝土材料与结构耐久性试验中的加速老化因子概念,并提出了基于人工气候环境耐久性试验的使用寿命预测方法。结果表明:该方法可以提高新建混凝土结构使用寿命的预测精度,并且使人工气候环境耐久性试验的设计更具有针对性。     

受荷状态下盾构隧道管片锈蚀劣化破坏过程研究

为研究服役期盾构隧道衬砌结构性能衰退演变规律,从隧道结构长期处于水土荷载和周围离子侵蚀环境耦合作用下的特点出发,根据服役盾构管片压弯荷载受荷特征,采用弯矩、轴力导入的方式,等效地模拟盾构隧道管片的实际受力状态,结合围堰式的电化学加速锈蚀方式,研发了可实现压弯受荷状态下进行盾构管片加速锈蚀劣化的试验系统,重点分析不同工况下盾构隧道管片锈蚀劣化发生发展规律。主要结论有：未锈蚀管片裂缝形态主要以受拉横向裂纹为主;未加载锈蚀管片在锈蚀阶段仅产生顺筋锈胀裂纹,裂纹宽度体现出先增大后趋于稳定的特点,加载破坏阶段锈蚀区混凝土在锈胀裂纹和受拉裂纹共同作用下将出现混凝土局部剥离与错动现象;压弯受荷状态下,管片裂缝的扩展是钢筋锈蚀与外加荷载共同作用的效果,管片受拉裂纹与锈蚀裂纹体现出相伴发生发展的规律,管片承载能力存在较大降低。研究成果可为设计基准期内盾构隧道管片衬砌结构长期安全性能评价提供重要参考。     

考虑海洋环境损伤的钢筋混凝土框架节点受火性能试验研究

为了研究海洋环境下锈胀裂缝对钢筋混凝土框架节点受火性能的影响,设计了5个配筋相同的足尺钢筋混凝土框架节点试件,以沿梁、柱箍筋方向裂缝宽度最大值为损伤指标,通过快速氯离子侵蚀试验模拟海洋环境下氯离子侵蚀,使4个试件产生不同宽度的锈胀裂缝,然后对4个已损伤框架节点试件以及未损伤的对比节点试件进行火灾试验。结果表明：通过快速氯离子侵蚀试验产生了横向裂缝,其位置与箍筋位置大致相同,其间距与箍筋间距大致相等;初始裂缝宽度对构件高温下的梁、柱端位移变化速率影响显著,锈胀裂缝越宽,构件高温下梁、柱端位移变化速率越快;裂缝的存在加快了热量的传输,导致截面温度场发生畸变;裂缝的存在也会提高钢筋和混凝土的升温速度,加快其力学性能退化,对构件高温下的承载力退化影响显著。     

Concrete cracking prediction under combined prestress and strand corrosion

This study investigates strand corrosion-induced concrete cracking under various prestress experimentally and analytically. Experimental data on the critical time of cover cracking, crack width and corrosion loss obtained from the accelerated corrosion test are presented and discussed. The expansion ratio of strand corrosion products is estimated based on the infrared spectroscopy and thermal gravimetry. An analytical model, incorporating the coupled effects of prestress and strand corrosion, is proposed to predict the global process of concrete cracking from initiation to propagation. Strand rust-expansion ratio and the residual stiffness of cracked concrete are also included in the model. Results show that prestress can accelerate the corrosion-induced cracking process. By varying prestress from 0 to 75% strand tensile strength, the critical time of cover cracking decreases 22% and the crack propagation rate increases 9%. It is found that the proposed model is accurate in predicting corrosion-induced crack width in prestressed concrete beams.     

锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁试验研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土梁采用钢板锚贴加固后的力学性能,设计了12根钢筋混凝土梁,以设计锈蚀率为10%进行电化学快速锈蚀。在锚贴钢板加固前进行预压试验,裂缝宽度控制为0.2mm。按保护层厚度分为3组,每组1根对比梁,其余3根分别按钢板厚度3、4、5mm进行锚贴钢板加固。加载对比试验研究表明:锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁的跨中截面应变基本符合平截面假定,正常使用性能得到明显改善,且极限承载力亦有明显提高。锚贴钢板有效地减小了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度和裂缝延伸高度,在相同保护层和锈蚀率相近时,钢板厚度增加3~5mm导致其挠度减小,且减小幅度为13%~51%。保护层厚度对加固梁的极限承载力影响不明显。     

氯盐环境下开裂混凝土耐久性研究进展

为了明确裂缝对氯盐环境下钢筋混凝土结构耐久性的影响,结合已有文献分析了荷载裂缝、非荷载裂缝及预制裂缝下混凝土结构在氯盐环境下的耐久性变化规律,指出了裂缝形式（人工裂缝、自然裂缝）、宽度、深度、间距等参数对混凝土渗透性及氯离子传输、内部钢筋锈蚀的影响规律,介绍了已有的饱和与非饱和状态下开裂混凝土内氯离子传输过程的模型,指出了氯盐环境下开裂混凝土耐久性研究已得出的基本结论及需要深入研究的方面。所得结论可为氯盐环境下开裂混凝土的后期研究提供借鉴。