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应力作用下钢筋在模拟混凝土孔隙液中的钝化行为研究

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中国腐蚀与防护学报 2024年

作者：董征毛永祺孟洲陈向翔付传清陆晨涛浙江浙交检测技术有限公司浙江工业大学土木工程学院浙江省工程结构与防灾减灾技术研究重点实验室

本文针对应力作用下模拟混凝土孔隙液环境中钢筋钝化行为开展了研究。通过电化学测试技术(电位、线性极化电阻、循环伏安曲线、电化学阻抗谱、电化学噪声)对钢筋在持续拉应力作用下的钝化行为进行了分析；采用X射线光电子能谱技术(XPS)... 详细信息

本文针对应力作用下模拟混凝土孔隙液环境中钢筋钝化行为开展了研究。通过电化学测试技术(电位、线性极化电阻、循环伏安曲线、电化学阻抗谱、电化学噪声)对钢筋在持续拉应力作用下的钝化行为进行了分析；采用X射线光电子能谱技术(XPS)表征了不同应力作用下钢筋表面的钝化膜。结果表明，拉应力显著增大了钢筋钝化过程氧化还原反应的活性，且拉应力水平越大氧化还原反应的活性越高。然而随着拉应力的增大，钝化膜中Fe2+/Fe3+比值增大，钝化膜稳定性下降。由此，拉应力作用特别是较高应力水平(超过60%屈服强度)显著降低了钢筋的钝化膜电阻、噪声电阻、极化电阻，增大了其在钝化状态时的电流密度。

关键词：模拟混凝土孔隙液钢筋钝化拉应力电化学测试

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轴拉疲劳荷载下损伤混凝土氧气传输性能

西安建筑科技大学学报:自然科学版 2023年第4期55卷 540-545页

作者：蒋志律付传清严文杰浙江工业大学土木工程学院浙江杭州310014

氧气作为侵蚀介质参与钢筋混凝土结构的锈蚀破坏过程,因此,氧气扩散系数是结构耐久性预测模型的必要参数.针对实际服役中的混凝土结构,研究疲劳损伤混凝土氧气扩散系数与损伤变量的关系.研究结果表明:随着混凝土疲劳损伤度增加,小孔径... 详细信息

氧气作为侵蚀介质参与钢筋混凝土结构的锈蚀破坏过程,因此,氧气扩散系数是结构耐久性预测模型的必要参数.针对实际服役中的混凝土结构,研究疲劳损伤混凝土氧气扩散系数与损伤变量的关系.研究结果表明:随着混凝土疲劳损伤度增加,小孔径孔隙比例先增后减;混凝土氧气扩散系数随着损伤度增大而增大,损伤度较大时增长速率较快;结合多孔材料气体扩散理论,建立了混凝土氧气扩散系数与损伤度、初始孔隙率的关系式,为海洋环境下混凝土结构耐久性预测提供理论基础.

关键词：疲劳损伤氧气扩散核磁共振混凝土

基于钢筋加速非均匀锈蚀的混凝土保护层胀裂预测

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西安建筑科技大学学报:自然科学版 2023年第4期55卷 598-606页

作者：董征付传清陆晨涛李思瑶周建波浙江工业大学土木工程学院浙江杭州

自然侵蚀条件下混凝土中钢筋的腐蚀形态为非均匀锈蚀.通过有限元模拟通电加速非均匀锈蚀试验,得到钢筋表面的电流密度分布,进而推导了锈蚀过程中钢筋锈层厚度非均匀分布及其对应的钢筋表面径向位移表达式.基于锈蚀产物的非均匀锈胀位移... 详细信息

自然侵蚀条件下混凝土中钢筋的腐蚀形态为非均匀锈蚀.通过有限元模拟通电加速非均匀锈蚀试验,得到钢筋表面的电流密度分布,进而推导了锈蚀过程中钢筋锈层厚度非均匀分布及其对应的钢筋表面径向位移表达式.基于锈蚀产物的非均匀锈胀位移,建立混凝土保护层胀裂模型并通过锈蚀试验验证了模型准确性.基于保护层胀裂模型,探明了锈蚀方法(均匀或非均匀锈蚀)、钢筋位置、钢筋直径和保护层厚度等关键参数对混凝土胀裂全过程的应变场以及开裂模式的影响规律.结果表明:混凝土开裂前应变场的分布规律与开裂后裂缝的位置和发展规律具有一定相关性;均匀与非均匀锈蚀条件下,混凝土应变场分布和开裂模式存在显著差异;非均匀锈蚀下,钢筋位于角部位置、钢筋直径增大、保护层厚度减小均对裂缝的发展有加剧作用.

关键词：钢筋混凝土非均匀锈蚀锈胀开裂开裂模式

荷载和氯盐共同作用下钢筋在混凝土孔隙液中的钝化和脱钝行为

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荷载和氯盐共同作用下钢筋在混凝土孔隙液中的钝化和脱钝行为

早龄期钢纤维混凝土弯曲韧性与断裂性能试验研究

第九届海洋材料与腐蚀防护大会暨第三届钢筋混凝土耐久性与...

作者：董征陆晨涛付传清浙江工业大学土木工程学院工程结构服役性能演化与控制教育部重点实验室(同济大学)

滨海环境下服役的钢筋混凝土结构(如桥梁、港口码头等)不可避免地会承受不同应力水平的荷载作用,其承载力随着服役环境中侵蚀性介质(主要为氯离子)的侵入产生显著劣化。当钢筋混凝土结构暴露于含氯离子的环境中,钢筋表面钝化膜性能下降... 详细信息

滨海环境下服役的钢筋混凝土结构(如桥梁、港口码头等)不可避免地会承受不同应力水平的荷载作用,其承载力随着服役环境中侵蚀性介质(主要为氯离子)的侵入产生显著劣化。当钢筋混凝土结构暴露于含氯离子的环境中,钢筋表面钝化膜性能下降直至被破坏,混凝土中钢筋由钝化状态转变为腐蚀状态。本文将荷载和氯盐耦合作用下模拟混凝土孔隙溶液中持力状态钢筋钝化与脱钝行为作为研究对象,采用宏观电化学技术方法(如电位、电化学阻抗谱、线性极化法、莫特-肖特基曲线、循环伏安法等),从应力对钢筋材料的钝化和劣化过程的机理出发,对不同受力状态下混凝土高碱性环境中的钢筋表面钝化膜的半导体特性进行分析,提出了受力钢筋钝化行为的时变规律以及钝化膜性能。综合考虑应力对钢材电化学活性的影响和钝化膜的损伤,测得不同拉应力水平下钢筋脱钝的临界氯离子含量,建立钢筋应力水平与临界氯离子含量的关系模型。结果表明,钢筋在钝化过程中,拉应力会降低钝化膜的低频阻抗值,并且随着拉应力的增大阻抗数值越低。随着拉应力的逐渐增大循环伏安曲线中阳极峰和阴极峰也随之增大,且在较高拉应力作用下阳极峰和阴极峰增大的趋势更加明显,说明拉应力的存在明显增大了氧化还原反应的活性。拉应力的存在降低了钢筋试件脱钝的临界氯离子含量,使得钢筋提前由钝化状态转变为腐蚀状态。

关键词：荷载钢筋钝化钢筋脱钝临界氯离子含量

来源： cnki会议评论

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早龄期钢纤维混凝土弯曲韧性与断裂性能试验研究

作者：付传清安徽理工大学

学位级别：硕士

钢纤维混凝土的弯曲韧性和断裂性能是钢纤维混凝土的重要力学性能。随着研究的不断深入,掌握早龄期钢纤维混凝土力学性能的发展规律并采取相应措施,这将有助于钢纤维混凝土工程的长期质量。本文围绕早龄期钢纤维混凝土的力学性能,主要... 详细信息

钢纤维混凝土的弯曲韧性和断裂性能是钢纤维混凝土的重要力学性能。随着研究的不断深入,掌握早龄期钢纤维混凝土力学性能的发展规律并采取相应措施,这将有助于钢纤维混凝土工程的长期质量。本文围绕早龄期钢纤维混凝土的力学性能,主要作了如下研究工作: (1)设计并制作了54个立方体试件和27个小梁试件,进行了早龄期钢纤维混凝土的抗压、劈裂抗拉和抗折强度试验,并进行了两种龄期不同纤维掺量试件强度的对比,得到了强度随龄期发展的拟合公式。7天龄期强度可以达到28天龄期强度的60%～75%,其中抗折强度增长幅度最大。这将为工程应用中预测钢纤维混凝土的强度发展提供参考依据。 (2)设计并制作了36个小梁试件,进行了早龄期钢纤维混凝土弯曲韧性试验,并分别利用ASTM C1018韧度指数法和德国纤维混凝土标准DBV法对试验结果进行评价。结果表明,早龄期钢纤维混凝弯曲韧度指数比值均介于1.95～2.20之间,与理想弹塑性参数2较为接近。剩余强度系数在88.0～134.4之间变化,表明该类型钢纤维混凝土有良好的塑性性能。龄期对钢纤维混凝土韧度指数影响不明显,但纤维掺量对韧度指数有较大影响,且对早龄期混凝土影响显著。 (3)设计并制作了36个带预制裂缝小梁试件,进行了早龄期钢纤维混凝土断裂性能试验,就断裂能和断裂韧度这两个重要参数进行断裂韧性评价,得到了断裂韧度和断裂能与龄期发展关系的公式:G=1116.92+816.02x-13.06x,K=2.235-10.57/(1+exp(x+10.876)/7.857)。由于劈裂抗拉破坏与三点弯曲断裂试件破坏机理相似,建立了劈裂抗拉强度与断裂韧度的关系公式:K=-0.3361+0.7641f-0.0446f。经验算,与试验结果误差较小,故可以通过劈裂抗拉试验间接评价早龄期钢纤维混凝土断裂韧度。 (4)利用数值模拟软件MFPA,从细观角度对钢纤维混凝土弯曲韧性和三点抗弯试件的断裂损伤过程进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。更重要的是,数值模拟从弹性模量图、应力变化图及声发射图等方面显示出室内试验无法看到的微观破坏现象。

关键词：钢纤维混凝土早龄期弯曲韧性断裂韧度断裂能数值模拟

带横向荷载裂缝钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀形态研究

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建筑结构学报 2019年第1期40卷 123-131页

作者：付传清何家豪金贤玉金南国浙江工业大学建筑工程学院浙江杭州310014 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

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... 详细信息

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。

关键词：钢筋混凝土梁横向荷载裂缝加速锈蚀试验锈蚀形态锈胀开裂

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干燥条件下水泥基材料中氧气扩散预测模型

硅酸盐学报 2018年第8期46卷 1133-1140页

作者：周露泉金南国付传清田野蒋昊宇浙江大学建筑工程学院杭州310058 浙江工业大学建筑工程学院杭州310014

将氧气在水泥基材料中的扩散分为Knudsen型扩散、过渡型扩散及Fick型扩散3类,并将水泥基材料孔结构简化为平行管束模型。根据孔尺寸分布密度函数,将3种扩散方式进行定量化表征,结合孔隙率和孔曲折度,建立了干燥条件下水泥基材料的氧气... 详细信息

将氧气在水泥基材料中的扩散分为Knudsen型扩散、过渡型扩散及Fick型扩散3类,并将水泥基材料孔结构简化为平行管束模型。根据孔尺寸分布密度函数,将3种扩散方式进行定量化表征,结合孔隙率和孔曲折度,建立了干燥条件下水泥基材料的氧气扩散系数预测模型。利用自主研制的氧气扩散系数测定装置对干燥条件下砂浆试件的氧气扩散系数进行测定,结果表明试验值与预测模型计算值吻合度较好,且3种扩散方式中以过渡型扩散和Fick型扩散为主。

关键词：干燥条件水泥基材料氧气扩散平行管束模型

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荷载、碳化和氯盐侵蚀对混凝土劣化的影响

硅酸盐学报 2015年第10期43卷 1483-1491页

作者：金南国徐亦斌付传清金贤玉王治浙江大学建筑工程学院杭州310058 浙江工业大学建筑工程学院杭州310014 浙江省工程结构与防灾减灾技术研究重点实验室杭州310014 广西壮族自治区住房和城乡建设厅南宁530021

浇筑了普通混凝土和双掺粉煤灰、矿粉两种矿物掺合料的混凝土小梁试件39个，采用螺杆对试件施加混凝土极限抗弯承载力30％和60％的持续荷载，在“氯盐溶液浸泡＋CO2环境干燥”、“去离子水浸泡＋CO2环境干燥”和“氯盐溶液浸泡＋大气环... 详细信息

浇筑了普通混凝土和双掺粉煤灰、矿粉两种矿物掺合料的混凝土小梁试件39个，采用螺杆对试件施加混凝土极限抗弯承载力30％和60％的持续荷载，在“氯盐溶液浸泡＋CO2环境干燥”、“去离子水浸泡＋CO2环境干燥”和“氯盐溶液浸泡＋大气环境干燥”3种不同干湿循环制度下进行干湿循环试验，分析了荷载、碳化和氯盐作用下混凝土的劣化规律。结果表明：双掺粉煤灰和矿粉的混凝土，因发生“二次水化反应”消耗了大量Ca（OH）2，其抗碳化性能比普通混凝土差；碳化后混凝土孔隙中多被CaCO3填充，孔隙率降低，因此碳化速率随碳化龄期的增长减缓；干湿循环作用下，随着循环次数的增加，对流区深度会逐渐趋于稳定，在7～9mm之间，而碳化作用使混凝土表层氯离子堆积明显；干燥过程中，氯盐存在使混凝土表面孔隙出现结晶，亦会抑制碳化反应的速率；碳化作用对混凝土中氯盐的传输起到双重作用：使混凝土孔隙率降低从而降低氯盐的传输速率，又会使部分结合氯离子释放为自由氯离子，从而提高自由氯离子含量；荷载水平由0.3倍极限荷载增加到0．6倍极限荷载，碳化和氯盐传输深度显著提高，随循环次数增加，荷载作用对碳化和氯盐传输影响愈加明显。

关键词：混凝土氯盐侵蚀碳化荷载作用

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钢筋加速非均匀锈蚀试验方法和锈蚀形态研究

浙江大学学报（工学版） 2020年第3期54卷 483-490页

作者：金南国何家豪付传清金贤玉浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 浙江工业大学建筑工程学院浙江杭州310014

采用自主发明的通电加速钢筋非均匀锈蚀试验方法,以不锈钢丝作为辅助电极对混凝土试件进行通电加速锈蚀,利用三维激光扫描技术获得不同锈蚀率下锈蚀钢筋的三维几何模型,研究采用该方法时锈蚀钢筋的不均匀性.研究发现,由此可以得到与实... 详细信息

采用自主发明的通电加速钢筋非均匀锈蚀试验方法,以不锈钢丝作为辅助电极对混凝土试件进行通电加速锈蚀,利用三维激光扫描技术获得不同锈蚀率下锈蚀钢筋的三维几何模型,研究采用该方法时锈蚀钢筋的不均匀性.研究发现,由此可以得到与实际自然锈蚀情况相似的不均匀锈蚀现象,即靠近不锈钢丝一侧锈蚀比较严重,远离不锈钢丝一侧锈蚀较少.根据对锈蚀钢筋纵向截面积的分析,建立不均匀系数R的概率分布模型,其值满足Gumbel极值分布;将模型与实际自然锈蚀的钢筋不均匀系数R的概率分布进行比较,进一步验证该方法用于评估钢筋混凝土构件承载力的可行性.

关键词：通电锈蚀不均匀性三维激光扫描概率分布