冻融损伤混凝土保护层锈胀开裂条件研究

对经历不同冻融循环次数钢筋混凝土棱柱体进行了通电加速锈蚀试验,研究了混凝土强度等级、冻融循环次数和保护层厚度对钢筋临界锈蚀率的影响,并通过DIC技术监测了钢筋锈蚀全过程.试验结果表明:混凝土抗压强度随冻融循环次数增加而降低.钢筋临界锈蚀率随保护厚度与钢筋直径之比(c/d)的增大整体呈上升趋势,但随冻融循环次数增加而减小.

砂浆内钢筋锈胀应力监测与数值模拟研究

钢筋锈蚀是导致海洋混凝土结构失效破坏的最主要原因,探明钢筋锈胀应力发展及其诱导混凝土开裂的过程对于钢筋混凝土服役寿命预测有重要意义。采用内掺盐与恒电位加速砂浆内钢筋锈蚀,通过砂浆外不锈钢圆环环贴应变片实现钢筋锈蚀过程的应变监测,并计算锈胀应力,利用COMSOL软件分析混凝土中钢筋锈胀应力发展及混凝土锈胀开裂历程。结果表明:利用有限元与钢筋锈胀时变径向位移加载,实现钢筋混凝土锈胀开裂过程的模拟,模拟结果与试验结果基本一致;不考虑砂浆、钢筋的非均匀性及锈蚀产物对开裂砂浆的充填效应,模拟结果不能真实反映锈胀应力的波动性及锈胀应力释放与缓慢增加的过程;提高砂浆强度、减小钢筋直径可以有效延缓钢筋锈胀导致混凝土开裂的时间。

混凝土桥梁湿接缝钢筋锈胀行为研究

为研究不同类型混凝土湿接缝处钢筋锈胀行为,分别制备了整体成形试件、直接湿接缝试件和凿毛湿接缝试件,并开展了试件在氯盐溶液中的通电加速腐蚀试验及试件腐蚀后内部钢筋静力拉伸试验,对比分析了不同类型试件开裂模态、内部钢筋实际锈蚀率及力学性能退化程度。结果表明:在通电腐蚀作用下,2种接缝试件内部钢筋比整体成形试件锈蚀严重,这说明接缝是混凝土抵抗腐蚀环境作用的薄弱部位,其中凿毛湿接缝试件比直接湿接缝试件内部钢筋锈蚀严重且集中,这是因为凿毛接缝面对混凝土造成一定损伤,导致混凝土内部产生微裂纹,增加了腐蚀介质的传输路径。相较于直接湿接缝试件,凿毛湿接缝试件内部上层钢筋名义屈服强度、名义极限强度和伸长率分别下降2.58%、4.94%和4.76%。在锈蚀初期接缝为腐蚀介质提供了传输通道加速了钢筋锈蚀,当锈胀裂缝开裂到一定程度时,锈胀裂缝成为电化学腐蚀的主要途径,接缝对钢筋锈蚀的促进作用不再显著。研究成果可为实际工程中预制混凝土桥梁湿接缝耐久性设计提供参考。

钢筋混凝土结构保护层非均匀锈胀压力模型

结合椭圆形非均匀锈蚀轮廓曲线,建立腐蚀环境下钢筋混凝土结构保护层胀裂时的非均匀锈胀压力预测模型,分析了保护层锈胀开裂时的临界锈胀压力的影响因素,得到钢筋直径、钢筋锈蚀率及体积膨胀率对临界锈胀压力的影响程度及影响规律.研究表明,该模型的绝大部分预测精度控制在15%以内.研究结果可为腐蚀环境下钢筋混凝土结构的使用寿命评价及其维修加固设计提供支持.

钢筋混凝土构件锈胀开裂时刻的椭圆形非均匀锈胀应力分析

假定钢筋锈胀力呈椭圆形分布,将钢筋锈胀力分解为均匀钢筋锈胀力和偏差钢筋锈胀力,并利用弹性力学方法分别进行求解,得到相应的应力场和位移场理论解,再叠加得到非均匀锈胀的应力场和位移场解析表达式。以此为基础,提出了锈胀开裂时刻的钢筋锈胀力计算公式。模型探讨结果表明:混凝土内任意定点的应力场和位移场与钢筋锈胀力分布不均匀系数k成线性关系;锈胀开裂时刻的钢筋锈蚀率与k的线性函数成反比例关系。

钢筋混凝土锈胀参数构件计算模型建立与应用

在对混凝土锈胀开裂破坏过程进行阶段划分的基础上,从锈蚀参数概念出发,利用变形协调原理导出了锈蚀物填充范围、锈蚀钢筋直径膨胀增量、锈胀作用临界锈蚀率、铁锈物膨胀系数、混凝土开口空隙率及锈蚀钢筋初始直径等各参数之间的关系,建立了计算锈蚀自由膨胀阶段铁锈物质渗入混凝土层的填充范围相对值的数学模型,并推导了锈胀连续作用阶段计算锈胀主压应力的理论模型.利用室内锈胀试验成果与锈胀二维数值模拟结果进行对比的方法,验证了所建立理论模型的可靠性与适用性.模型将为混凝土耐久性设计及寿命评估提供理论参考.

海洋环境中钢筋混凝土构件锈胀开裂时间的解析解

基于弹性理论和电化学腐蚀原理,推导出钢筋混凝土构件锈胀开裂时间的解析表达式,并且探讨混凝土保护层锈胀开裂时间的影响因素,得到以下结论:随着混凝土保护层厚度的增大,混凝土保护层锈胀开裂时间延长;随着混凝土强度等级的提高,混凝土保护层锈胀开裂时间延长,但延长幅度比较小;钢筋直径对混凝土保护层锈胀开裂时间的影响较小;随着混凝土与钢筋界面裂隙厚度的增大,混凝土保护层锈胀开裂时间延长.

钢筋混凝土构件的均匀钢筋锈胀力的机理研究

本文应用弹性力学知识进行理论分析 ,结合已有的研究成果 ,提出了由钢筋均匀锈蚀导致的外围混凝土保护层胀裂时刻和胀裂以前的钢筋锈胀力计算公式 ,并探讨了与钢筋锈胀力相关的各个影响因素 ,认为 :钢筋锈蚀率对钢筋锈胀力的影响最大 ,随钢筋锈蚀率增加 ,钢筋锈胀力迅速增加 ;混凝土等级对钢筋锈胀力影响甚微 ,而影响构件外围混凝土保护层胀裂时刻钢筋锈胀力终值的大小 ;钢筋锈胀力随混凝土保护层厚度的增加而略有增加 ,但与钢筋直径的增加则相反 ;同时钢筋直径对钢筋锈胀力的影响程度要大于混凝土保护层厚度的影响 .

钢筋混凝土构件的非均匀锈胀分析

借鉴均匀锈胀开裂三阶段理论(铁锈自由膨胀、混凝土保护层承受拉应力、混凝土保护层锈胀开裂),结合钢筋锈蚀形态,描述了钢筋非均匀锈蚀引起混凝土保护层开裂的整个过程。并以此为基础,建立了锈胀开裂时刻的钢筋最大锈蚀深度计算模型。两种不同锈蚀形态(均匀和非均匀)下钢筋锈蚀量的参数敏感性分析结果表明:两者主要参数的影响规律相似,钢筋锈蚀量均与混凝土保护层厚度、混凝土强度等级呈正相关关系,与钢筋直径、铁锈体积膨胀率呈负相关关系;非均匀锈蚀与均匀锈蚀的钢筋锈蚀量相比,钢筋锈蚀率较小,而钢筋最大锈蚀深度较大。

混凝土中钢筋锈胀体积的现场测量方法

借助于钢筋混凝土试块现场加速锈胀试验,对比了三种钢筋锈胀体积测量方法,并对不同的测量方法取得的测试数据进行了详细分析。结果表明,Matlab像素测试法的测试结果比排水法与直径法偏差更小、精度更高、更为有效。测试结果还表明,当钢筋混凝土表面出现明显锈胀裂缝时,钢筋的锈胀体积比nv值范围在2～4之间。

基于断裂力学的钢筋混凝土保护层锈胀开裂模型

本文基于钢筋均匀锈蚀时混凝土的开裂试验现象建立了混凝土保护层开裂的计算模型,考虑了混凝土和钢筋的实际变形情况以及混凝土界面中的原始裂纹与缺陷,裂纹在钢筋锈蚀膨胀作用下的起裂、扩展情况,利用断裂力学和弹性力学得到了混凝土保护层开裂时钢筋的膨胀力和均匀锈蚀率的理论预测模型。分析了影响钢筋锈胀开裂的诸多因素,认为混凝土保护层厚度的增加、混凝土材料界面相的加强、混凝土断裂韧度的提高和钢筋直径的变小都有利于钢筋混凝土结构耐久性的提升。理论模型计算结果与试验数据的对比表明,本文模型可用于混凝土中钢筋锈蚀胀裂的预测。

混凝土内钢筋锈胀力发展及钢筋锈蚀速率的时变性

为了研究混凝土内钢筋的锈蚀过程及其内在机理,通过对不同锈蚀阶段钢筋与混凝土界面的细观观测,描述了锈蚀层的形成与发展过程,给出了钢筋锈胀力的分布形态,揭示了混凝土锈胀开裂过程和钢筋锈蚀速率的时变过程.结果表明:钢筋锈蚀产物的膨胀性以及钢筋-混凝土界面区的多孔性,为铁锈物向界面区孔隙内的扩散提供了条件,随着锈蚀的进行,原有的界面区逐渐演变为混凝土与铁锈物混合的锈蚀层.锈蚀层的进一步发展,不仅会导致钢筋表面界面区逐渐密实,阻碍混凝土保护层中氧气和水分向锈蚀界面的输送,使混凝土内钢筋锈蚀速率下降,而且会使锈蚀物在钢筋表面产生对混凝土的膨胀力,最后导致混凝土开裂.

基于锈胀开裂的预应力锚杆(索)使用寿命预测研究

锚杆(索)腐蚀后其体积发生膨胀并形成锈胀力,而锈胀力的增大可导致外围注浆体开裂,从而加速锚杆(索)的腐蚀,故可以此时的锈蚀量作为预测锚杆(索)使用寿命的判别条件。当对外围注浆体进行受力分析时,采用平面应变情况下的圆孔模型弹性理论计算注浆体开裂时的极限锈胀力,并以锚杆(索)与外围注浆体接触面的变形协调条件来计算极限锈胀力时的锚杆(索)锈蚀量。同时,比例参数λ被采用来考虑岩土体对锚固体的约束作用,且将是否考虑注浆体内部裂缝影响作为2种方法计算锈胀力作用下的注浆体变形。然后,将参数选取在一定范围内经曲线拟合得极限锈胀力及对应锚杆(索)锈蚀量的简单表达式,进而根据2种不同适用条件下的锚杆(索)锈蚀速率计算式对锚杆(索)的使用寿命进行预测和分析。经算例对比验证了本文方法的可行性,并对锚杆(索)使用寿命的影响因素进行了参数分析,可知:1不考虑注浆体内部裂缝影响而计算得的锚杆(索)锈蚀量值偏于保守;2外围岩土对注浆体的约束作用对锚杆(索)的使用寿命有积极影响;3铁锈体积膨胀率n对锚杆(索)的使用寿命影响微小,而注浆体泊松比μc和保护层厚度c越大则锚杆(索)的使用寿命越长。

氯盐环境下钢筋混凝土构件锈胀开裂风险概率分析

为了研究时间和空间等不确定因素下钢筋混凝土构件的锈胀开裂损伤,针对氯离子腐蚀环境,将钢筋锈蚀划分为2阶段3个特征时刻,分析了锈蚀初始时间、锈胀开裂时间以及锈胀开裂至界限宽度时间的概率特征,建立了钢筋混凝土构件生命周期内锈蚀损伤的风险概率模型,讨论了锈蚀损伤影响参数的敏感性。结果表明:钢筋锈蚀对其影响因素的敏感程度依次为混凝土保护层、临界氯离子浓度、扩散系数和混凝土表面氯离子浓度;钢筋混凝土构件从发生锈胀开裂到裂缝达到界限宽度的时间很短,界限宽度的取值对锈蚀损伤的影响并不显著。

钢筋混凝土构件的均匀钢筋锈胀力及其影响因素

确定钢筋锈胀力是钢筋混凝土结构构件耐久性研究中的一个重要问题。应用弹性力学知识进行理论分析 ,结合已有的研究成果 ,提出了由钢筋均匀锈蚀导致的外围混凝土保护层胀裂以前的钢筋锈胀力计算公式 。

混凝土中钢筋不均匀锈胀的数值模拟及锈蚀产物量的预测

基于实际工程中锈蚀钢筋的取样检测分析,提出了钢筋不均匀锈蚀的动态轮廓线模型,通过改变模型中的锈层厚度系数,得到了不同锈蚀程度的钢筋作用于孔洞周围混凝土的锈胀位移,用有限元软件ANSYS8.0模拟了锈胀过程,得到了锈胀裂缝扩展到混凝土表面时的临界锈层厚度系数,在此基础上推导了胀裂时锈蚀产物量的预测公式。通过试验数据对本文提出的方法进行了验证,结果表明锈胀开裂的数值模拟和胀裂时锈蚀产物量的预测结果与试验结果吻合较好。

混凝土中钢筋锈胀过程的计算机仿真分析

基于混凝土中的钢筋锈胀损伤机理 ,提出一种采用温度膨胀环代替锈蚀产物的模拟方法 .通过温度膨胀模拟锈蚀产物的体积膨胀作用 ,通过膨胀环厚度的增大模拟钢筋锈蚀的发展过程 ,通过变化温度膨胀环的温度膨胀系数 ,可以考虑不同锈蚀产物的影响 ,通过变化膨胀环的形状可以模拟混凝土中钢筋的不均匀锈蚀 ,为混凝土中钢筋锈胀损伤机理的研究提供了一种有效方法 .对保护层厚度、钢筋半径、钢筋位置、不同间距相邻钢筋对钢筋锈胀力的影响规律进行了计算分析 .计算表明 ,保护层厚度和钢筋半径之比是影响混凝土中钢筋锈胀力的重要因素 ,且相邻钢筋锈蚀的附加影响不容忽视 .

基于塑性损伤理论的钢筋混凝土锈胀裂纹模拟

基于混凝土的塑性损伤理论建立了钢筋混凝土保护层锈胀开裂的有限元模型.通过位移加载来模拟钢筋的锈胀作用,以最大应变作为混凝土损伤的判据,通过衰减混凝土弹性模量来实现混凝土损伤,研究了钢筋锈蚀引起的混凝土保护层内裂纹发生和扩展的轨迹.为了直观表示开裂轨迹,通过ABAQUS子程序USDFLD定义拉伸状态下的场变量f1,给出了内部裂纹、表面裂纹产生时对应的临界锈蚀率,探讨了钢筋直径、锈胀系数、保护层厚度对临界锈蚀率的影响.结果表明:侧向裂纹从混凝土内部钢筋表面开始扩展,竖向裂纹从混凝土保护层的外表面开始向内部扩展,且出现较晚;临界锈蚀率随着钢筋直径、锈胀系数的增大而减小,特别是锈胀系数的影响更显著,而保护层厚度对临界锈蚀率的影响不明显.

钢筋临界锈胀力预测的断裂模型

应用混凝土断裂理论,通过断裂韧度与最大荷载的关系,建立了考虑混凝土结构初始缺陷和微裂缝影响的新的临界锈胀力预测模型;结合弹性力学和已有的研究成果,提出了依赖于所建立模型的,同时考虑界面间隙和钢筋锈损厚度的混凝土结构锈胀开裂耐久寿命预测方法,为钢筋混凝土结构锈蚀损伤耐久寿命预测提供了一种新的理论方法。对不同的初始裂缝长度,将预测值与实验结果进行比较,证实了预测模型的有效性。对临界锈胀力的影响因素分析发现,初始裂缝对锈胀开裂有显著影响。

钢筋混凝土锈胀开裂耐久寿命的预测

应用混凝土断裂理论,通过断裂韧度与最大荷载的关系建立了考虑混凝土结构初始缺陷和微裂缝的临界锈张力预测模型;基于断裂韧度的尺寸效应,采用保护层厚度作为梁高对锈胀力预测模型进行了修正;结合弹性力学建立了包括钢筋截面损失、钢筋与混凝土界面间隙和钢筋间距影响的保护层锈胀开裂耐久寿命预测模型。对不同保护层厚度和锈蚀率的预测值与实验结果进行了比较,从而证实了预测模型的有效性。对锈胀开裂耐久寿命受因素变化的影响规律做了详细的分析。