钢筋非均匀锈蚀导致混凝土开裂的研究

为研究钢筋锈蚀导致混凝土保护层的开裂及锈胀裂缝的发展,根据自然环境下混凝土内钢筋锈蚀的非均匀性,将锈蚀层轮廓线简化为半椭圆形,并将钢筋的非均匀锈蚀特性应用于锈蚀三阶段模型.通过混凝土待填充空隙恰好被填充完全及保护层恰好开裂2个锈蚀点将锈蚀分为3个不同阶段.分别对每个锈蚀阶段做不同的锈胀模型假设.在混凝土保护层出现裂缝前...     

钢筋混凝土锈蚀开裂及裂缝扩展研究现状

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素,钢筋锈蚀发展到一定程度,混凝土保护层锈胀开裂,裂缝不断扩展。介绍了钢筋锈蚀机理、钢筋锈胀开裂及裂缝扩展研究的现状和主要研究内容。包括钢筋锈胀力、钢筋锈蚀率、锈胀裂缝宽度的扩展、锈胀扩展的计算机模拟。最后通过对研究现状的分析总结出钢筋锈胀开裂及裂缝扩展方面的研究展望。     

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。     

受荷锈蚀钢筋混凝土构件保护层纵向开裂时钢筋锈蚀深度的分析计算

混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀深度(半径损失)的确定，是钢筋锈蚀研究的一个热点。本文运用弹性力学方法，考虑变形钢筋与混凝土界面上的粘结应力和钢筋锈蚀引起的半径损失，将受荷锈蚀钢筋混凝土构件混凝土保护层纵向开裂简化为一空间轴对称问题。通过对这一问题的分析求解，得到了钢筋、铁锈、混凝土中的应力，确定了混凝土断面上的环向拉应力达到混凝土抗拉强度而引起混凝土保护层纵向开裂时钢筋的锈蚀深度。     

钢筋锈蚀层分布和钢筋锈胀力计算模型研究

预测混凝土内钢筋的锈胀开裂是研究混凝土结构耐久性失效的一个重要问题。由于缺乏对混凝土内钢筋锈蚀量分布规律的深入研究,目前在进行混凝土内钢筋锈胀效应分析时,基本上采用钢筋锈蚀量与锈胀力沿钢筋环向均匀分布的假定。通过对锈蚀钢筋混凝土黏结界面的视频显微观测,分析自然环境条件下混凝土中钢筋的表面锈蚀特征,确定钢筋表面的锈蚀层厚度分布轮廓。并采用光面钢筋作为研究对象,建立了钢筋不均匀锈蚀的动态轮廓线模型。     

钢筋锈蚀对混凝土抗压强度影响的试验研究

介绍进行钢筋锈蚀量对混凝土抗压强度影响的试验研究。试验表明 ,钢筋锈蚀在锈胀开裂前对混凝土的抗压强度有显著的影响 ,在锈胀开裂后混凝土的抗压强度有所回升     

钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂细观数值研究

混凝土保护层锈裂严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。为了研究混凝土保护层的锈裂行为,考虑到混凝土细观结构的非均质性以及钢筋锈蚀的非均匀性,将完好混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了细观随机骨料模型。在模型中,钢筋的非均匀锈蚀行为以施加非均匀径向位移的方式模拟,骨料的力学行为假定为弹性,砂浆和界面过渡区的力学特性采用塑性损伤模型来描述。在此基础上进行了中部钢筋非均匀锈蚀引发的混凝土保护层开裂行为的细观数值模拟;分析结果与已有文献中的试验结果吻合良好。另外,对比了均质模型和非均质模型中钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀导致的保护层开裂模式;并探讨分析了保护层厚度和钢筋直径对保护层开裂模式、钢筋锈胀压力及保护层开裂时钢筋锈蚀率的影响。     

不同锈蚀情况对混凝土锈裂影响研究

本文引入粘性界面单元模拟混凝土中裂缝,对多根钢筋的混凝土保护层锈胀开裂进行数值模拟研究;通过在钢筋/混凝土界面施加三组不同的位移荷载模拟均匀锈蚀、单侧侵蚀引起的非均匀锈蚀、单侧和双侧侵蚀耦合引起的非均匀锈蚀三种锈蚀分布情况;结果表明,不同锈蚀情况引起的混凝土保护层锈胀开裂模式存在显著差异,耦合引起的非均匀锈蚀对保护层破坏更大。     

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.     

荷载作用下开裂钢筋混凝土梁锈胀开裂模式及锈蚀分布研究

为提高混凝土结构的服役性能,对混凝土保护层的锈胀开裂过程进行研究。对荷载作用下锈蚀18个月的内掺氯盐钢筋混凝土梁的截面锈胀裂缝分析发现：环向裂缝宽度沿径向呈指数函数变化;锈胀裂缝的开裂模式、锈蚀产物与钢筋混凝土受力状态、骨料及裂缝的相对位置均密切相关;保护层破坏以层状破坏为主。通过研究提出,在对锈蚀钢筋混凝土梁进行承载力分析时,建议剪压区不考虑受压混凝土保护层的作用,对剪拉区和弯拉区钢筋与混凝土之间的黏结性能要进行折减。     

Modeling corroded section configuration of steel bar in concrete structure

Predicting concrete cover cracking due to steel bar corrosion in concrete is an important problem for durability of reinforced concrete structures. A basic question in the prediction is distribution of corroded part of steel bar section. The corrosion products have characteristic of volume expansions; that leads to expansive pressure in the concrete. At present, an assumption of uniform corroded pattern along the perimeter of the steel bar has been adopted for analyzing the effect of corrosion products expansion and building the model. In this paper, the steel bars in concrete were corroded under artificial climate environment for accelerated aging. The propagation of the corrosion products layer between steel bar and concrete and its microstructure are discussed; and then, the corrosion products distribution called corrosion products layer on the steel bar in concrete is revealed. The distribution before corrosion cracking; the corrosion products distribute on the half circumference of the steel bar facing the concrete cover only, and the distribution has the shape of a half ellipse. Because of expansive characteristic of corrosion products, the distribution pattern of the corroded part of the steel bar section is proportional to the distribution of the corrosion products layer. Therefore, the configuration model of corroded steel bar section is built.     

钢筋混凝土结构锈胀开裂全过程仿真分析

利用大型有限元软件DIANA,详细分析了锈蚀导致混凝土保护层开裂的全过程.仿真分析表明:混凝土保护层的锈胀开裂过程可分为内裂、扩展、外裂和内外裂缝贯通4个阶段;锈蚀产物膨胀率一定时,混凝土保护层内侧裂缝的产生主要与混凝土抗拉强度相关,其他因素影响甚微;混凝土保护层表面锈胀开裂及其裂缝贯通主要与相对保护层厚度有关,该值越大,裂缝越不容易发展;提高混凝土抗拉强度,能有效延缓锈胀裂缝的产生和发展;在相同条件下,混凝土保护层非均匀锈胀开裂时的钢筋锈蚀率较均匀锈胀开裂时低;混凝土保护层剥落的特征主要与钢筋净间距和保护层厚度的比值相关,当该值较大(>3)时,仅角区保护层发生局部剥落,否则保护层将整体剥落.     

锈胀开裂后钢筋混凝土粘结滑移本构关系研究

采用外加电流加速钢筋锈蚀的方法,控制试件表面不同锈胀裂缝宽度.在钢筋开槽、内贴应变片的半梁式粘结试验的基础上,根据实测结果和理论分析,获得不同试件锚固长度内粘结应力及钢筋混凝土相对滑移的分布规律,推导出τ-s关系沿锚固长度的变化规律,从而提出了不同锈胀程度下,反映这种变化规律的位置函数ψ(x),建立考虑锚固位置影响的锈后钢筋混凝土粘结滑移本构关系,为锈后钢筋混凝土构件的有限元分析计算提供依据.     

混凝土保护层锈胀开裂条件的弹性力学分析

混凝土中钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性研究的重要内容,研究混凝土中的钢筋锈蚀,并建立混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀量估计模型,是分析现有结构性能退化及耐久性评估的关键工作,对于准确预测结构的使用寿命与剩余寿命具有十分重要的意义.采用弹性力学分析方法,对混凝土保护层锈胀开裂全过程进行了建模,借助一些合理的假设,得到了混凝土保护层锈胀开裂条件的理论计算公式,该公式不仅可以应用普通混凝土结构,也可应用于其他类型混凝土结构.最后并对公式进行了验证,表明理论计算公式具有较好的实用性.     

Accurate cover crack modelling of reinforced concrete structures subjected to non-uniform corrosion

Abstract

Concrete cover cracking caused by reinforcement corrosion is a significant durability problem of reinforced concrete (RC) structures. Extensive research has been carried out in the last few decades while most were focused on corrosion of a single reinforcing bar. Very little research has examined the whole cover cracking of RC structures due to multiple reinforcement corrosion. This article develops a numerical model to predict the structural failure of the whole cover of concrete induced by corrosion of multiple reinforcing bars. Moreover, a non-uniform corrosion model is established based on experimental results, in contrast to conventional uniform assumption. Two typical cover failure modes under the non-uniform corrosion of multiple reinforcing bars are identified and discussed. The effects of cover thickness, reinforcement spacing, fracture energy of concrete, etc., on cover cracking patterns and crack width are also investigated. The derived numerical model is verified by comparing the results with those from experiments in literature. Accurate prediction of concrete cover cracking can allow timely maintenance of existing structures and rational design for new buildings which prolongs the service life of the RC structures.     

胀裂后锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化规律的试验研究

采用外加电流加速钢筋锈蚀的方法 ,控制试件表面不同锈胀裂缝宽度 ,通过钢筋开槽、内贴应变片的半梁式试验 ,对锈后钢筋混凝土粘结滑移性能进行了研究 ,建立了考虑胀裂宽度影响的平均粘结应力 -滑移关系 ,给出了不同锈蚀胀裂宽度的粘结强度退化的规律。     

氯盐环境下混凝土内钢绞线的锈蚀特性试验研究

预应力钢筋的锈蚀特性是研究预应力混凝土结构耐久性失效及防治的基础，为此，分别采用内掺盐和外浸盐两种方式在自然气候条件下作了如下三组混凝土内钢筋锈蚀的对比试验：钢绞线与热轧带肋钢筋、钢绞线与热轧光圆钢筋、钢绞线中心钢丝与热轧光圆钢筋。通过对锈蚀过程中锈蚀电流密度的测试以及试验完毕后的破形观察与称重对比和分析，得到如下结果：钢筋外表面锈蚀程度在面向保护层侧明显严重于背向保护层侧；钢绞线及其中心钢丝外表面锈蚀相对最不均匀，具有严重的局部锈蚀——坑蚀形态，带肋钢筋次之，光圆钢筋相对最均匀、全面；钢绞线内表面发生类似于空气中的相对全面、均匀的锈蚀；钢绞线的平均外表面锈蚀率小于热轧带肋钢筋的与热轧光圆钢筋的，但严重的局部锈蚀对其受拉性能极其不利。另外，还对上述锈蚀特性进行了电化学机理分析。     

在役钢筋混凝土受弯构件承载力评估方法

在分析钢筋锈蚀造成钢筋混凝土构件力学性能退化的基础上，根据钢筋混凝土构件碳化锈蚀规律及混凝土保护层锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀深度的关系，提出了保护层锈胀开裂前和锈胀开裂后钢筋混凝土受弯构件承载力评估方法，可为在役钢筋混凝土结构耐久性评估及修复决策提供理论依据。     

不同连接组合钢筋的宏电池腐蚀行为

采用混凝土模拟孔隙液和各种钢筋不同连接组合,模拟了钢筋在混凝土结构内部钝化、活化、腐蚀等多个阶段的电池腐蚀行为.根据参比电极扫描采集的电极电位数值曲线,分析了各种钢筋及其不同连接方法对其宏电池腐蚀的影响,并从混凝土结构耐久性的角度对各种钢筋连接方式的优缺点进行了评价.结果表明:在有电连接的钢筋骨架中宜使用同种钢筋(化学成分相同);现阶段应该优先选用同厂家生产的HRB400钢筋;受条件限制而必须采用不同钢筋时,宜采用绝缘连接方式.     

基于涡流热成像的锈蚀钢筋混凝土表面温度变化试验研究

电涡流红外热成像检测技术是一种新兴的无损检测技术,其利用混凝土内部钢筋锈蚀程度不一样导致钢筋的发热效率不一样,使传导至混凝土表面的温度变化速率不一样的原理来判定混凝土内部钢筋锈蚀程度。通过试验研究了锈蚀钢筋混凝土在不同锈蚀时间、钢筋直径、混凝土强度及保护层厚度等影响因素下的表面温度变化规律。结果表明,不同钢筋直径,不同保护层厚度,不同混凝土强度的钢筋混凝土试件的表面温度增长速率都随锈蚀时间的增加而增大,即钢筋混凝土表面温度增长速率与钢筋锈蚀时间正相关;锈蚀时间越长、钢筋直径越大,混凝土表面温度增长速率越快,相反,混凝土强度越低、保护层越小,混凝土表面温度增长越快,即锈蚀时间和钢筋直径与混凝土表面温度增长速率成正比,混凝土强度和保护层厚度与混凝土表面温度增长成反比。