电极工作面积和孔隙液pH值对钢筋脱钝临界氯离子浓度的影响

基于模拟混凝土孔隙液中的钢筋脱钝试验,揭示了钢筋电极的工作面积和模拟混凝土孔隙液的pH值对钢筋脱钝过程中开路电位、极化电阻和腐蚀电流密度的影响规律,确定了不同钢筋电极工作面积和pH值条件下钢筋脱钝的临界氯离子浓度,分别建立了钢筋电极工作面积和模拟混凝土孔隙液pH值与钢筋脱钝临界氯离子浓度之间的定量关系.结果 表明:随着钢筋电极工作面积的增大,钢筋脱钝的临界氯离子浓度降低;随着模拟混凝土孔隙液pH值的增加,以自由氯离子浓度[Cl-]表征的临界氯离子浓度增加,而以[Cl-]/[OH-]表征的临界氯离子浓度降低;与开路电位和极化电阻相比,钢筋脱钝过程中腐蚀电流密度的突变点更加明显.     

混凝土模拟孔隙液中钢筋腐蚀临界氯离子浓度试验研究

钢筋腐蚀的临界氯离子浓度是混凝土耐久性研究的重要参数之一.影响临界氯离子浓度的参数非常多,其中,钢筋表面的电位被认为是反映各参数的综合的控制性因素.采用恒电位方法,考虑pH值的影响,研究了不同电位下混凝土模拟孔隙液中氯离子浓度对钢筋腐蚀状态的影响,并用统计处理的方法得到了不同的pH值和不同控制电位下具有95%保证率的临界氯离子浓度值.试验结果发现:pH值对临界氯离子浓度有比较大的影响,钢筋开始腐蚀时的氯离子浓度均值与模拟液的pH值呈指数关系;钢筋开始腐蚀时的氯离子浓度均值的对数与钢筋电位呈线性关系.     

水灰比和矿物掺合料对混凝土结构中钢筋极化电阻的影响

采用加速渗透试验方法和埋入式自制CB型氯离子传感器和MB型参比电极研究了水灰比和矿物掺合料组合对6组混凝土结构中钢筋极化电阻Rp的影响。研究表明:当水灰比为0.35时,混凝土在25 h内可保持较高的极化电阻钢筋,钢筋严重锈蚀要60 h,而水灰比为0.40和0.45混凝土中的钢筋极化电阻则持续下降,特别是对于水灰比较高的混凝土试件,氯离子渗透时间超过18 h后,钢筋已严重锈蚀。矿物掺合料有助于减缓钢筋的锈蚀,且复掺粉煤灰和硅灰效果最佳,复掺粉煤灰和矿渣次之;且掺有矿物掺合料混凝土试件中钢筋极化电阻都大于未掺矿物掺合料混凝土试件。当钢筋极化电阻下降至2.7×105Ω.cm2时,继续加速,钢筋极化电阻Rp值会突然下降,钢筋开始锈蚀,钢筋钝化膜发生了破坏,结论认为钢筋极化电阻Rp值为2.7×105Ω.cm2是钢筋在混凝土中钝化膜破坏的临界点。     

外加电压对线性极化方法测量钢筋锈蚀的影响

在3 V外加电压的作用下,进行混凝土中氯离子导致的钢筋锈蚀的加速试验,通过线性极化法研究钢筋的锈蚀过程。结果表明:由于外加电位以及氯离子渗透的共同作用,导致钢筋的开路电位先升高后降低,其中,外加电位导致钢筋电位正移,而当到达钢筋表面的氯离子达到一定浓度时,腐蚀电位开始负移,极化电阻变小。最终钢筋钝化膜完全破坏时,钢筋表面的氯离子浓度为占水泥石质量的0.285%。     

含Cr钢筋在水泥萃取液中的电化学腐蚀行为

利用极化曲线和交流阻抗谱研究比较了基材HRB400及添加不同Cr含量的3种钢筋在氯离子浓度不同的水泥萃取液中的腐蚀行为;利用Mott-Schottky理论研究了4种钢筋钝化膜的半导体特性.结果表明:在同一腐蚀溶液中,随着钢筋中Cr含量的增加,钢筋腐蚀电流密度减小、钝化区间和极化电阻增大、钝化膜稳定性增强,钢筋耐腐蚀性能提高;随着溶液中氯离子浓度增大,钢筋腐蚀电流密度增大、钝化区间和极化电阻减小、载流子密度增大,钢筋耐腐蚀性能降低;Cr合金化的钢筋具有相对较好的耐蚀性.     

模拟混凝土孔溶液对钢筋钝化的影响

通过线性极化、电化学阻抗谱、循环极化和Mott-Schottky曲线的测试,研究了不同模拟混凝土孔溶液(不同pH值和不同阴离子)对钢筋钝化的影响.结果表明:随着模拟混凝土孔溶液pH值的升高,钢筋钝化膜更容易生成,且更稳定.在pH值为13.63的模拟混凝土孔溶液(CP)中,钢筋钝化膜生成且稳定大约需要7d;在pH值为12.54的模拟混凝土孔溶液(CH)中大约需要10d;而在pH值为11.00的模拟混凝土孔溶液(CN)中钢筋无法生成稳定的钝化膜.掺加大量矿物掺合料会明显降低混凝土孔溶液的pH值,故从钝化膜生成与稳定角度考虑,掺合料的掺量应有所控制.CP中掺入微量SO42-和SiO23-后,明显增加了钢筋的极化电阻,促进了钢筋钝化膜的生成,其中SiO32-的作用更明显.     

不同腐蚀环境下钢筋腐蚀的电化学研究

海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀是导致结构破坏的主要原因,研究了钢筋在不同pH值、不同腐蚀模拟溶液中以及带钢筋的水泥净浆、砂浆在氯盐硫酸盐复合溶液和海水干湿循环作用下的电化学行为。试验结果表明:干湿循环初期,钢筋电化学阻抗谱为半径很大的容抗弧,钢筋处于钝化状态。随着干湿循环次数增加,钢筋阻抗谱表现为双容抗弧,容抗弧半径发生收缩,极化电阻越来越小,腐蚀电流密度增加,钢筋锈蚀速率加快。钢筋腐蚀的临界氯离子浓度随着pH值的减小而减小;对于砂浆而言,其护筋能力强于净浆,并且相比于海水腐蚀,砂浆在复合溶液中的钢筋腐蚀速率较小。     

两种表面状态钢筋在氯盐环境下的腐蚀特征

采用电化学测试方法并结合显微观测技术,对混凝土模拟孔隙液中2种表面状态钢筋试件进行阳极极化试验,研究在不同氯离子浓度环境下钢筋锈蚀的变化过程.结果表明:在混凝土模拟孔隙液中无氧化皮裸筋与带氧化皮钢筋均能发生钝化,且钝化膜稳定性随氯离子浓度上升而变差,带氧化皮钢筋较无氧化皮裸筋的钝化膜更易破坏;同等氯离子浓度下,带氧化皮钢筋维钝电流较无氧化皮裸筋约大1个数量级,腐蚀更为严重.     

钢筋混凝土的银电极阳极氧化除氯

混凝土孔溶液中存在的超临界氯离子含量的氯化物会加速混凝土中钢筋的锈蚀,为此提出了银电极阳极氧化除氯方法.结果表明,经过银电极阳极氧化除氯后,混凝土孔溶液中氯离子含量降低,钢筋极化电阻(Rp)提高,混凝土电阻(Rc)、钢筋钝化膜电阻(Rf)、钢筋钝化膜电容(Cf)及钢筋混凝土扩散阻抗系数(σ)得到改善,有效地提高了混凝土中钢筋的抗锈蚀性能.     

钢筋在混凝土模拟液中的电化学腐蚀行为

通过测定HPB235,HRB335和HRB400这3种钢筋在不同pH值和不同氯离子浓度模拟混凝土孔隙液中的稳态电位、腐蚀速率和阳极极化曲线,分析了腐蚀参数的变化规律,并对三者的腐蚀性能进行对比.结果表明:随着模拟混凝土孔隙液的pH值减小,HPB235,HRB335和HRB400耐受氯离子侵蚀的能力变弱.模拟混凝土孔隙液的pH值相同时,氯离子浓度对材料的腐蚀行为也有很大的影响:孔隙液pH=13.6时,这3种钢筋暴露在高浓度氯离子(0.30 mol/L)环境下,材料仍能保持良好的耐蚀性;孔隙液pH=12.5时,微量的氯离子浓度(0.05 mol/L)破坏了钝化膜,导致3种钢筋均发生严重的孔腐蚀;孔隙液pH=10.0时,3种钢筋未能形成钝态而导致其耐蚀性差.在相同介质下,HPB235耐蚀性能最佳,HRB335次之,HRB400最差.     

Effizienzsteigerung von Textilbeton durch Einsatz textiler Bewehrungen nach dem erweiterten Nähwirkverfahren

Textilbeton ist ein neuer, effektiver und sehr innovativer Baustoff zur Verstärkung von Tragwerken. Im Rahmen der laufenden Forschung stehen die weitere Verbesserung des Verstärkungsverfahrens und die stetige Weiterentwicklung der Faser‐Matrix Kombination im Mittelpunkt der Untersuchungen. Aufgrund der hohen Garnzugfestigkeiten sind bei Verwendung textiler Bewehrungen aus Carbon sehr effektive Verstärkungen herstellbar. Bei ungünstiger Konfiguration der textilen Bewehrungen können jedoch verbund‐ und festigkeitsschädigende Rissbildungen innerhalb zugbeanspruchter Textilbetonbauteile auftreten. Diese Rissbildungseffekte werden in Abhängigkeit von der Belastung maßgeblich durch die wirkenden Verbundkräfte und die verarbeitungsbedingte Garnwelligkeit beeinflusst. Dabei ist die Gefahr eines Verbundversagens durch Delamination besonders in den Bereichen der Lasteinleitung in die textile Bewehrung, wie z. B. Endverankerungen und Übergreifungsstößen, kritisch. Dies führt zu einer Reduzierung der nutzbaren Zugtragfähigkeit der textilen Bewehrung im Gesamtbauteil. Um die Effizienz der textilen Bewehrung zu erhöhen, wurde daher ein verbessertes Textilherstellungsverfahren auf Basis der Nähwirktechnik entwickelt. Dadurch wird die ungünstig wirkende Garnwelligkeit deutlich reduziert. Der vorliegende Aufsatz beschreibt vergleichende Untersuchungen der Verbund‐ und Festigkeitseigenschaften zugbeanspruchter Textilbetonbauteile. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der Entwicklung des erweiterten Nähwirkprozesses ein maßgeblicher Schritt im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Textilbetons erreicht werden konnte. Efficiency Increase of Textile Reinforced Concrete by Use of Textile Reinforcements from the Extended Warp Knitting Process The composite material textile reinforced concrete (TRC) is a new, effective and very innovative method for the strengthening of load bearing structures. Apart from further improvements to the strengthening methods, a continual further development of the fibre‐matrix combination is at the centre of ongoing research. Due to the high tensile strengths of textile reinforcements made of carbon, it enables very effective strengthening of concrete constructions. However, if the textile fabrics are unfavourably configured, bond and strength damaging crack formations within TRC members can occur. Depending on the load, these crack formation effects are substantially influenced by the bond and the size of yarn undulation, which depends on the processing of the fabric. The danger of bond failure by delamination, which particularly occurs in areas of concentrated load introduction into the textile reinforcement, such as final anchorages and overlaps, is especially critical. It results in a reduction of the usable tensile load bearing capacity in the entire member. For this reason, an improved textile manufacturing method based on warp knitting technology was developed. By means of this method, yarn undulation can be reduced considerably. The article on hand describes comparative examinations of the bond and strength properties of tensile loaded TRC elements. The results show that the development of the extended warp knitting process was a substantial step toward a further improvement of the properties of TRC.     

Feuchtesensoren in der Bauwerksüberwachung

Die Bestimmung des Wassergehalts und insbesondere der orts‐ und zeitabhängigen Feuchteverteilung in Baustoffen hat in der Forschung, Baustoffentwicklung, Bauwerksdiagnose und Bauwerksüberwachung einen besonderen Stellenwert. Bei der Untersuchung von Schadensursachen muss an Bauwerken in der Regel die Baustofffeuchte mit bewertet werden, da sowohl wesentliche Baustoffeigenschaften als auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken in entscheidendem Maße von deren Wassergehalt abhängig sind. In jüngster Zeit werden Feuchtesensoren eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs‐ bzw. Schutzmaßnahmen zu kontrollieren. Dies soll es dem Bauherrn ermöglichen, rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können, bevor Schäden infolge von Wasser‐ bzw. Chloridzutritt auftreten können. Condition Assessment with Moisture Sensors The determination of the water content in construction materials and in particular with regard to its depth and time dependent distribution is of high interest in the area of research, material development and condition assessment of structures. The assessment of the reason of damages mostly require to regard the moisture content of structures, because the moisture content basically affects material properties and the durability of structures. Recently moisture sensors have been used to control the functionality and durability of repair and protection measures. This enables the owner to carry out accurately timed measures to prevent damages due to the ingress of water and chlorides.     

Umlagerungsverhalten von Plattentragwerken aus Stahlfaserbeton

Das Tragverhalten von Platten aus Stahlfaserbeton ist von starker Nichtlinearität durch Rissbildung und großen traglaststeigernden Umlagerungen geprägt. Für ihre Berechnung und Bemessung wird ein nichtlineares Verfahren vorgestellt. Es basiert auf einer elasto‐plastischen Schädigungsbeschreibung des Faserbetons mit eingebetteter Betonstahlbewehrung und einer Finite Elemente Diskretisierung des Stabstahls und der Platte mit regularisierter Verschmierung der Rissbildung im Elementnetz. Das Verfahren wird an einer punktgestützen Stahlfaserbetonplatte eines Großversuchs angewendet und verglichen mit anderen gängigen Methoden, nämlich einer linear‐elastischen Schnittgrößenermittlung bzw. der Bruchlinientheorie. Zur Bemessung erweist es sich als sehr geeignet, allerdings – ähnlich den beiden anderen Verfahren – abhängig von der angenommen Rissbildung, der Nachrisszugfestigkeit und geometrischen Größen. Redistribution Effects of Steel Fibre Reinforced Concrete Slabs Numerical Computation and Design The bearing behaviour of steel fibre reinforced concrete (SFRC) slabs is mainly affected by nonlinearity due to cracking and redistribution effects leading to an increased bearing capacity. A nonlinear approach for structural analysis and design of such structures is presented. It is based on an elasto‐plastic damage theory to model material behaviour of SFRC and allows for additional embedded rebars. By adopting a finite element discretisation of the slab structure a regulated smeared modelling of cracking is achieved. Further the nonlinear model is applied to a full scale test of a SFRC flat slab structure and results are compared to alternative already well established methods, namely a linear elastic analysis and the yield line theory. The proposed method is proven to be very suitable for design but – alike the alternatives – depends on assumed crack patterns, residual tensile strength of the SFRC and geometrical parameters.