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.     

混凝土构件中钢筋锈蚀的电加速技术对比试验研究

采用试验方法对实验室中常用的获取锈蚀钢筋混凝土构件的电加速锈蚀技术进行对比研究.共设计了8块混凝土板试件,考虑钢筋直径和锈蚀电流密度不同,分别采用全浸入法、半浸入法和干湿交替法进行电加速锈蚀,通过激光扫描建模对锈蚀钢筋表面特征进行统计分析,对比不同方法下的锈蚀不均匀性和锈胀裂缝发展.结果发现,半浸入法和小电流干湿交替法中钢筋实际锈蚀程度明显小于法拉第定律的预测值.钢筋区段最大截面锈蚀率与平均锈蚀率的比值可用来量化锈蚀不均匀性,该比值服从广义极值分布,并受钢筋直径和截断长度的影响.全浸入法得到锈蚀钢筋的不均匀性较差,胀裂开展速率最低,不宜采用.半浸入法得到锈蚀钢筋不均匀性好,但胀裂开展速率较低,在针对锈蚀钢筋本身的研究中可采用.干湿交替法在两方面表现均较好,建议采用,但外加电流密度不宜大于50 μA/cm2.     

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。     

二维钢筋混凝土氯离子作用锈胀开裂数值模拟方法

在环境氯离子作用下混凝土构件因钢筋锈胀产生开裂,导致结构耐久性退化。为模拟并研究这一过程,基于经典Fick定律建立了考虑温湿度、水灰比、氯离子浓度等的多因素氯离子扩散数值模拟方法。针对混凝土锈胀开裂,提出了基于二维格构式模型的钢筋混凝土锈胀开裂模拟方法,并建立了自由网格模型与格构式模型之间的钢筋表面锈胀节点力转换方法。基于上述方法针对某钢筋混凝土自然锈蚀试验进行数值模拟,与试验结果对比并验证本方法的可行性。最后,基于提出的方法研究钢筋位置、混凝土保护层厚度、钢筋直径对钢筋锈蚀及混凝土保护层锈胀裂缝宽度的影响。研究结果表明;角区钢筋锈蚀均大于边区钢筋;混凝土保护层厚度越大,钢筋锈蚀增长越缓慢;混凝土保护层裂缝宽度随钢筋直径增大而增加。     

锈裂混凝土裂缝形态的试验研究

钢筋混凝土结构中 ,钢筋锈蚀产生体积膨胀 ,对外围混凝土产生径向压应力 ,导致混凝土开裂。在锈蚀混凝土构件的评估中 ,裂缝的分布形态和裂缝宽度是最明显和最直观的评估依据。试验室中 ,通过对混凝土试件的预留孔进行机械扩孔 ,模拟钢筋锈蚀膨胀引起混凝土开裂的全过程。机械扩孔试验用膨胀螺栓和水压机对 94个试件进行了不同条件下的扩孔 ,来模拟钢筋锈蚀在构件表面引起的应力分布及裂缝分布形态。分析混凝土保护层开裂趋势、裂缝扩展方式、裂缝分布形态与混凝土强度、钢筋直径、保护层厚度、钢筋位置、浇筑方式之间的关系 ,最后用有限元对一典型试件进行数值模拟计算。     

基于钢筋锈损截面面积的锈胀裂缝宽度计算模型

通过锈胀裂缝宽度预测混凝土结构中钢筋锈蚀程度是一种实用的非破损检测方法。然而,针对此问题的研究采用的方法不一、参数各异,所得的结论和所建立的计算模型之间也存在较大分歧。针对大量相关研究成果进行综合分析发现,锈胀裂缝的发展与局部区域内锈蚀产物的绝对生成量之间存在直接关系,锈胀裂缝宽度随着平均锈损截面面积的增大近似成线性增大,混凝土保护层厚度和钢筋直径对其无明显影响。通过锈蚀钢筋的三维扫描建立虚拟模型,建立区段最大截面锈蚀率与平均锈蚀率的转换关系。在此基础上综合已有自然锈蚀数据,建立了基于钢筋平均锈损截面面积的锈胀裂缝宽度计算公式,可对实际工程锈胀混凝土构件中的钢筋锈蚀程度给出合理估测。     

裂缝及表面防水处理对混凝土中钢筋锈蚀的影晌

混凝土结构存在着大量的裂缝,这些裂缝成为侵蚀性离子如氯离子进入混凝土的便捷通道,而氯离子又是诱发混凝土中钢筋锈蚀的主要因素之一.采用硅烷防水剂对混凝土表面进行处理,在混凝土表层建立氯离子隔离层,有效抵抗氯离子的侵蚀,进而在一定程度上减缓钢筋锈蚀的速率.并研究了混凝土裂缝与表面防水处理的先后顺序对钢筋锈蚀的影响.     

锈裂混凝土裂缝开展的模拟试验研究

对锈蚀开裂的混凝土构件进行受损程度的评估时，裂缝宽度往往是重要指标之一。为使对锈蚀构件的评估定量化，获得混凝土保护层裂缝宽度和钢筋锈蚀程度的关系便成为首要的问题，用膨胀螺栓对混凝土试件的预留孔持续施加径向位移（变形），以此模拟钢筋锈蚀产物的膨胀，对94个混凝土试件进行了扩孔试验，直到试件出现裂缝并且裂缝继续扩展，这被称为机械扩孔法。试验过程中，用游标卡尺测定径向膨胀，以及用专用裂缝宽度笔测得相应的裂缝宽度。对试验数据进行分析和曲线拟合，得到包括混凝土抗拉强度、保护层厚度、钢筋直径等影响因素的裂缝扩展模型，结果与文献观测值基本吻合。     

锈蚀钢筋混凝土保护层锈胀开裂时间的预测模型

由钢筋锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂是混凝土结构耐久性极限状态的重要标志,是决定结构使用寿命的重要因素。以钢筋均匀锈蚀为前提,考虑锈蚀产物的变形特性以及锈胀裂缝开展过程中锈蚀产物进入裂缝的实际情况,借助弹性力学和Faraday腐蚀定律,建立混凝土保护层锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀率以及锈胀开裂时间计算公式。针对影响混凝土保护层锈胀开裂时间各主要因素的分析表明,增大钢筋的混凝土保护层厚度、减小钢筋直径、提高混凝土强度以及控制锈蚀产物的体积膨胀率都有利于混凝土结构耐久性的提高。与已有试验结果的对比分析可知,对于加速锈蚀和长期锈蚀情况,计算公式的预测结果均较为理想,可用于由钢筋均匀锈蚀引起的混凝土保护层锈胀开裂时间的预测分析。     

既有混凝土码头的氯离子侵蚀状况与钢筋初锈时间预测

分别对暴露时间为35、62、80个月的海港码头进行现场检测。基于检测结果,对影响混凝土耐久性的各参数的随机特性进行了统计分析,并对被检测混凝土结构的钢筋初锈时间进行了预测。结果表明,混凝土保护层厚度和表面氯离子浓度关系服从正态分布;氯离子扩散系数和临界氯离子浓度关系服从对数正态分布。扩散衰减系数服从正态分布,均值为0.37,变异系数为0.09。被检测码头结构的钢筋初锈时间约为80.2年。为了准确预测混凝土结构的钢筋初锈时间,应考虑氯离子扩散系数的时变衰减特性。     

不同规范下钢筋砼结构裂缝的计算与控制分析

以我国规范GB 50010—2002设计好的梁为基础,通过换算公式把个别已知的参数值转化为美国规范ACI3I8-89和欧洲规范Eurocode2 (EN 1992-1-1:2004)中相应的取值,再对这三种规范下钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度的计算与控制进行比较分析。结果表明,我国规范的最大裂缝宽度计算值比美国规范、欧洲规范的要大,但在相似的工作环境下,我国规范对最大裂缝宽度的控制却相对较严。     

大保护层厚度高强钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度比较分析

介绍了各国规范裂缝宽度的计算理论和计算公式的考虑因素,给出了欧美规范的裂缝计算公式。然后对不同保护层厚度、不同钢筋强度等级的受弯构件裂缝宽度进行了比较分析,结果表明：1）按我国混凝土规范计算的裂缝宽度值大大高于欧美规范计算值,但其中原因并非我国规范对保护层厚度影响因素取不合理;2）在选择钢筋时,除了考虑钢筋强度外,钢筋的根数也是影响裂缝宽度的重要因素之一。最后,对我国混凝土规范的裂缝宽度计算方法提出了几点建议。     

自愈合对氯离子在开裂混凝土内侵蚀的影响

开裂及自愈合是混凝土不可避免的现象。对3种不同水灰比的预制多裂缝试件,进行40d和160 d在质量分数为6％的NaCl溶液中的完全浸泡试验,结果表明,裂缝面处出现了不同程度的自愈合,自愈合面积随水灰比减小而增大,随时间增长而逐渐增大,但增大的速度逐渐变小。相同深度处裂缝附近的自由氯离子质量分数随距裂缝距离的增大而减小,...     

横向荷载裂缝对海洋浪溅区混凝土耐久性劣化影响

采用人工预加载使试件产生裂缝并控制荷载裂缝宽度,研究了模拟海洋环境试验箱内混凝土表面横向荷载作用下裂缝宽度对浪溅区混凝土抗氯离子侵蚀的影响。试验结果表明:暴露56d和90d龄期且裂缝宽度不超过0.25mm时,混凝土试件同一深度处氯离子浓度随裂缝宽度增加而增大。相同暴露龄期时试件氯离子扩散系数随裂缝宽度增加而增大,裂缝宽度由0.10mm增加至0.15mm时试件氯离子扩散系数提高并不显著,进一步提高到0.25mm后,与裂缝宽度为0.10mm的试件相比氯离子扩散系数提高约3倍;暴露龄期90d纯水泥混凝土试件及复合掺合料混凝土试件的氯离子扩散系数均与裂缝宽度近似呈指数函数关系,胶凝材料组成体系仅影响函数中的固定值。     

混凝土裂缝处碳化深度计算模型

普通钢筋混凝土结构一般都是带裂缝工作,裂缝的存在会使CO_2更易侵入混凝土内部,加速混凝土的碳化,对结构的耐久性不利。结合已有研究成果,定义了裂缝对混凝土碳化的影响系数γc,通过对预制裂缝的砂浆及混凝土试件进行碳化试验,分析了水灰比、碳化时间、环境相对湿度、裂缝宽度、裂缝深度对γc的影响,得出裂缝处混凝土碳化深度计算模型,并通过实际工程进行了验证。结果表明,裂缝宽度范围为0.06~0.7mm时,模型均适用,且桥梁运营时间对γc影响不显著。     

混凝土楼盖结构设计中后浇带的留设及封闭时间探讨

在混凝土楼盖结构中,通过设置后浇带,释放混凝土的大部分收缩变形。后浇带的留设间距与支承结构的刚度、混凝土的收缩量和后浇带的封闭时间有关。后浇带封闭时间越晚、贯穿后浇带的钢筋面积越少,后浇带宽度越大,后浇带处钢筋的约束拉力就越小,有利于发挥后浇带的作用,增强抗裂效果。     

Flexural behavior of high-strength,steel-reinforced,and prestressed concrete beams

To study the flexural behavior of prestressed concrete beams with high-strength steel reinforcement and high-strength concrete and improve the crack width calculation method for flexural components with such reinforcement and concrete, 12 specimens were tested under static loading. The failure modes, flexural strength, ductility, and crack width of the specimens were analyzed. The results show that the failure mode of the test beams was similar to that of the beams with normal reinforced concrete. A brittle failure did not occur in the specimens. To further understand the working mechanism, the results of other experimental studies were collected and discussed. The results show that the normalized reinforcement ratio has a greater effect on the ductility than the concrete strength. The cracking- and peak-moment formulas in the code for the design of concrete (GB 50010-2010) applied to the beams were both found to be acceptable. However, the calculation results of the maximum crack width following GB 50010-2010 and EN 1992-1-1:2004 were considerably conservative. In the context of GB 50010-2010, a revised formula for the crack width is proposed with modifications to two major factors: the average crack spacing and an amplification coefficient of the maximum crack width to the average spacing. The mean value of the ratio of the maximum crack width among the 12 test results and the relative calculation results from the revised formula is 1.017, which is better than the calculation result from GB 50010-2010. Therefore, the new formula calculates the crack width more accurately in high-strength concrete and high-strength steel reinforcement members. Finally, finite element models were established using ADINA software and validated based on the test results. This study provides an important reference for the development of high-strength concrete and high-strength steel reinforcement structures.     

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.     

预应力混凝土框架梁裂缝控制实用方法的研究

我国现行规范GB50010-2010《混凝土结构设计规范》给出的裂缝宽度计算公式当中,影响裂缝宽度计算值的参数众多,使得计算尤为复杂,一定程度上制约了预应力混凝土结构的应用.本文对预应力混凝土框架梁三级裂缝控制进行研究,基于理论分析与工程统计的基础上提出了裂缝控制的实用方法——钢筋应力控制法,并给出了钢筋应力的简化计算方法.该方法避免了对裂缝宽度的“准确数值”进行繁琐的计算,为结构设计人员提供了方便,推广了预应力混凝土结构的应用.     

表层钢筋对混凝土梁的裂缝影响试验研究

对6根配置表层钢筋的混凝土梁受弯性能进行试验,其中试验梁的纵筋为HRBF500钢筋,研究配置表层钢筋的混凝土梁开裂特点,分析表层钢筋对混凝土梁裂缝间距和裂缝宽度的影响规律。试验结果表明:配置表层钢筋能有效减小裂缝宽度,其中其短期最大裂缝宽度与对照梁相比可减少35%~70%。参考欧洲规范EN 1992-1-1:2004的有关规定,对表层钢筋的配置及构造和裂缝宽度折减系数提出设计建议。