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作者：吴彰钰南京航空航天大学

学位级别：硕士

南海岛礁远离祖国大陆,处于高温、高湿、高盐和多风的热带海洋环境中,砂石及淡水资源匮乏。因此,一种采用珊瑚碎屑与珊瑚砂作为粗细骨料、海水拌合和养护的方法制备的新型轻骨料混凝土—全珊瑚海水混凝土（Coral Aggregate Seawater Con... 详细信息

南海岛礁远离祖国大陆,处于高温、高湿、高盐和多风的热带海洋环境中,砂石及淡水资源匮乏。因此,一种采用珊瑚碎屑与珊瑚砂作为粗细骨料、海水拌合和养护的方法制备的新型轻骨料混凝土—全珊瑚海水混凝土（Coral Aggregate Seawater Concrete,CASC）,在我国南海港口及机场等岛礁工程建设中具有广泛的应用前景。但是,在海水和内在氯离子的双重侵蚀作用下,岛礁环境中珊瑚混凝土（Coral Aggregate Concrete,CAC）结构内钢筋锈蚀严重,导致其往往不能满足50a使用年限要求。为了探究岛礁环境下CASC结构的钢筋锈蚀规律及服役寿命,选取两种强度等级（C35和C60）的CASC小构件进行模拟海水暴露试验,运用线性极化电阻法（Linear Polarisation Resistance method,LPR）和交流阻抗谱法（Electrochemical Impedance Spectroscopy method,EIS）对暴露0～270d的构件中的钢筋进行电化学测试,对比分析了混凝土强度等级、暴露时间、保护层厚度、钢筋种类和阻锈剂（种类/掺量/掺入方式）等因素对CASC中钢筋锈蚀行为的影响;通过自然扩散法试验得到CASC的氯离子扩散参数,再依据本课题组开发的基于可靠度理论和修正氯离子扩散理论模型的ChaDuraLife V1.0寿命分析软件,对岛礁环境下高强CASC结构进行寿命分析与预测。本文主要结论如下:（1）设计了一种用来分析拟合CASC中钢筋EIS图的统一等效电路模型,其电路编码为:Rs（CcRc）（Qdl1Rf）（Qdl2（Rct（CaRa）W））。其中,Rs（CcRc）（Qdl（RctW））是未考虑掺入阻锈剂或掺入阻锈剂却未出现“高频效应”时的基础等效电路模型;Rs（CcRc）（Qdl1Rf）（Qdl2（RctW））和Rs（CcRc）（Qdl（Rct（CaRa）W））分别是用来描述“预吸”亚硝酸钙阻锈剂（Calcium Nitrate,CN）和有机氨基醇类阻锈剂（Amino Alcohol,AA）且出现了“高频效应”时钢筋EIS图的等效电路模型。（2）随着混凝土保护层厚度和强度等级的增大,CASC中钢筋的极化电阻（RP）、混凝土保护层电阻（Rc）和电荷转移电阻（Rct）逐渐增大,腐蚀电流密度（Icorr）和腐蚀电流（i）逐渐减小,说明适当提高混凝土强度等级和保护层厚度,可以有效提升钢筋的耐蚀性能。根据不同钢筋在CASC中的电化学锈蚀规律得到其耐蚀性能排序为:环氧树脂涂层钢筋（Epoxy Resin Coated Steel,ERCS）＞2205 双相不锈钢筋（2205 Duplex stainless steel,简称 2205S）＞316L 不锈钢筋（316L stainlesssteel,简称 316L）＞有机新涂层钢筋（Organic Coated Steel,OCS）＞普通钢筋（Ordinary Steel,OS）。（3）对于未掺阻锈剂的CASC构件,随着暴露时间的延长（0～270d）,钢筋的LPR曲线逐渐沿Y轴（电极电位E/V）负移、沿X轴（电极上通过的电流值Log（I/A））正移,Rp值逐渐减小,Icorr和i值逐渐增大;Nyquist图中高频容抗弧半径整体处于逐渐减小的过程,高低频容抗弧交点逐渐右移,低频容抗弧逐渐向阻抗实部收缩,且Bode阻抗模量和最大相角绝对值也在逐渐减小,Rc和Rct整体逐渐呈减低的趋势,而阻抗电容（C）和用来描述C偏离的物理量Y0则呈明显的上升趋势。说明随着时间的延长,CASC中钢筋逐渐发生脱钝锈蚀,且锈蚀速率逐渐增大。（4）在CASC构件中掺入一定掺量（占胶凝材料质量分数）的CN（3%和6%）和AA（2%和4%）阻锈剂,可以有效提升钢筋的耐蚀性能,且掺量越大效果越好。在暴露初期（0～180d）,CN的阻锈效果比AA更好,在暴露后期（180～270d）CN的阻锈能力逐渐减弱,AA的优势则逐渐得到体现。当在CASC中以“预吸”方式掺入3%CN和2%AA时,钢筋Nyquist图高频区会在暴露28d和180d后开始出现表征“氧化膜”电阻和“沉积膜”电阻的第二段容抗弧,表明“预吸”的阻锈剂修复或重建了钢筋表面的钝化膜。可见“预吸”比“同掺”能更充分地发挥阻锈剂的阻锈作用;采用淡水作为阻锈剂“预吸”介质的效果比“预吸”海水的效果更好。（5）CASC的氯离子含量与扩散深度的递减关系符合Fick第二扩散定律;CASC的自由氯离子含量（Cf）在0.3%～0.7%（混凝土质量分数）范围变化,且当混凝土掺有阻锈剂时其会出现下降的趋势。CASC的表面自由氯离子含量（Csf）和表面总氯离子含量（Cst）之间均具有较强的线性相关关系,Csf值与暴露时间之间具有（1-m）幂指数关系,其相关程度较0.5（1-m）幂指数关系更加显著;根据LPR和EIS所测得不同钢筋的i值与其表面C

关键词：全珊瑚海水混凝土钢筋锈蚀线性极化法交流阻抗谱法氯离子扩散寿命预测

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C60全珊瑚海水钢筋混凝土梁的抗剪性能与计算模型

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哈尔滨工业大学学报 2019年第6期51卷 25-32页

作者：达波余红发麻海燕吴彰钰南京航空航天大学土木工程系南京210016

为研究全珊瑚海水钢筋混凝土梁(coral aggregate reinforced concrete beam,CARCB)的抗剪性能和计算模型,设计了7根不同种类钢筋的CARCB,通过对其进行斜截面抗剪性能试验,研究了钢筋种类对CARCB的变形及抗剪承载能力的影响,建立了弯矩-... 详细信息

为研究全珊瑚海水钢筋混凝土梁(coral aggregate reinforced concrete beam,CARCB)的抗剪性能和计算模型,设计了7根不同种类钢筋的CARCB,通过对其进行斜截面抗剪性能试验,研究了钢筋种类对CARCB的变形及抗剪承载能力的影响,建立了弯矩-跨中挠度、荷载-钢筋应变、荷载-裂缝宽度的关系,提出了CARCB斜截面抗剪承载力的计算模型.试验结果表明:不同种类钢筋CARCB的正截面开裂荷载和抗剪承载力规律均为316不锈钢>普通钢筋>锌铬涂层钢筋>有机新涂层钢筋;CARCB中普通钢筋发生了严重锈蚀,使其刚度出现了一定程度的退化;不同种类钢筋的CARCB,其裂缝宽度均随着荷载的增大而增长,加载初期,在梁跨中附近出现正截面弯曲裂缝,裂缝宽度开展非常缓慢,随着荷载的增加,在支座向集中力作用点处出现斜裂缝,斜裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏;最后,综合考虑钢筋锈蚀和高强混凝土对CARCB抗剪承载力的影响,提出了更加合理的CARCB抗剪承载力计算模型.

关键词：全珊瑚海水钢筋混凝土梁抗剪性能钢筋种类钢筋锈蚀计算模型

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全珊瑚海水混凝土中不同种类钢筋的防腐蚀性能

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材料导报 2019年第12期33卷 2002-2008页

作者：达波余红发麻海燕吴彰钰南京航空航天大学土木工程系

采用线性极化电阻法(Linear polarisation resistance method,LPR)和交流阻抗谱法(Electrochemical impedance spectroscopy method,EIS)计算了钢筋的自腐蚀电位(Ecorr)、极化电阻(Rp)、腐蚀电流密度(Icorr)、锈蚀速率(V corr )和电荷转移电阻(Rct)。系统研究了不同种类钢筋对全珊瑚海水混凝土(Coral aggregate seawater concrete,CASC)中钢筋腐蚀性能的影响,提出了CASC中有效的防腐措施。结果表明,不同种类钢筋的 Rp和Rct均随着暴露时间的延长而呈下降趋势, Icorr 均随着暴露时间的延长而呈增大趋势。不同种类钢筋的耐腐蚀性能规律为:2205双相不锈钢>316不锈钢>有机新涂层钢筋>锌铬涂层钢筋>普通钢筋。因此,综合考虑阻锈效果和成本因素,对于海洋岛礁工程中的CASC结构,建议选用有机新涂层钢筋,混凝土保护层厚度至少为5.5 cm,混凝土强度等级为C50及以上,掺加亚硝酸钙阻锈剂。这样,有利于延迟钢筋开始腐蚀的时间,降低锈蚀速率,达到延长结构服役寿命的目的。

关键词：全珊瑚海水混凝土线性极化电阻法交流阻抗谱法钢筋种类防腐技术

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钢筋锈蚀对珊瑚混凝土梁抗弯性能的影响

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Journal of Central South University 2020年第5期27卷 1530-1542页

作者：达波余红发麻海燕吴彰钰 Key Laboratory of Coastal Disaster and Defence of Ministry of Education Hohai UniversityNanjing 210098China College of Harbour Coastal and Offshort EngineeringHohai UniversityNanjing 210098China Department of Civil Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China

本文研究了钢筋锈蚀对珊瑚混凝土(CAC)梁抗弯性能的影响。首先,对8根不同种类钢筋的CAC梁进行抗弯性能试验,研究其破坏机理及承载能力。结果显示:CAC梁的抗弯性能随着钢筋强度的提高而增强。此外,由于珊瑚骨料和海水中含有大量Cl^-,使得... 详细信息

本文研究了钢筋锈蚀对珊瑚混凝土(CAC)梁抗弯性能的影响。首先,对8根不同种类钢筋的CAC梁进行抗弯性能试验,研究其破坏机理及承载能力。结果显示:CAC梁的抗弯性能随着钢筋强度的提高而增强。此外,由于珊瑚骨料和海水中含有大量Cl^-,使得CAC梁中的普通钢筋极易发生锈蚀。因此,对于岛礁工程,采用有机新涂层钢筋能延长CAC结构的有效服役寿命。最后,考虑钢筋锈蚀的影响,建立了CAC梁的开裂弯矩(Mcr)、极限弯矩(Mu)、平均裂缝间距(lm)和最大裂缝宽度(ws)的计算模型。

关键词：珊瑚混凝土梁钢筋锈蚀抗弯性能承载能力计算模型

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混凝土强度对珊瑚混凝土梁抗弯性能的影响

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应用基础与工程科学学报 2021年第2期29卷 450-458页

作者：达波余红发麻海燕糜人杰吴彰钰河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室江苏南京210098 南京航空航天大学土木工程系江苏南京210016 东南大学材料科学与工程学院江苏南京211189

通过对不同混凝土强度的钢筋珊瑚混凝土(CAC)梁进行正截面抗弯性能试验,研究了钢筋CAC梁的变形性能及承载能力,建立了弯矩-跨中挠度、相对弯矩-最大裂缝宽度(w_(s))等关系,提出了钢筋CAC梁的相对界限受压区高度(ξ_(b))、极限弯矩(M_(u)... 详细信息

通过对不同混凝土强度的钢筋珊瑚混凝土(CAC)梁进行正截面抗弯性能试验,研究了钢筋CAC梁的变形性能及承载能力,建立了弯矩-跨中挠度、相对弯矩-最大裂缝宽度(w_(s))等关系,提出了钢筋CAC梁的相对界限受压区高度(ξ_(b))、极限弯矩(M_(u))和w_(s)的计算模型.结果表明:随着混凝土强度的提高,钢筋CAC梁的开裂弯矩(M_(cr))和M_(u)均逐渐增大,裂缝宽度扩展逐渐减慢,能有效抑制裂缝的发展.同时,通过提高混凝土强度,可以增大M_(cr)/M_(u),从而延缓钢筋CAC梁的开裂时间.建议CAC的强度至少为C60,同时采用有机新涂层钢筋,这样能有效延长其服役寿命.最后,考虑钢筋锈蚀的影响,提出了更加合理钢筋CAC梁的ξ_(b)、M_(u)和w_(s)计算模型.

关键词：珊瑚混凝土梁抗弯性能混凝土强度钢筋锈蚀极限弯矩最大裂缝宽度计算模型

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基于三维随机细观模型的珊瑚混凝土力学性能模拟

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硅酸盐学报 2021年第11期49卷 2518-2528页

作者：吴彰钰张锦华余红发麻海燕方秦南京航空航天大学民航学院南京211100 东南大学土木工程学院南京211189 陆军工程大学国防工程学院南京210007

为了研究珊瑚混凝土(CAC)的静、动态力学行为及损伤破坏机理,基于CAC的细观组成及结构特点,建立了包含珊瑚骨料、砂浆及二者之间界面过渡区(ITZ)的三相随机细观混凝土模型。根据破碎珊瑚骨料细观结构特征,提出采用三维随机多面体模型来... 详细信息

为了研究珊瑚混凝土(CAC)的静、动态力学行为及损伤破坏机理,基于CAC的细观组成及结构特点,建立了包含珊瑚骨料、砂浆及二者之间界面过渡区(ITZ)的三相随机细观混凝土模型。根据破碎珊瑚骨料细观结构特征,提出采用三维随机多面体模型来表征其在形状和空间分布方面的随机特性的新思路。基于所建立的三维随机细观模型,结合CONCRETE_DAMAGE_REL3和HOLMQUIST-JOHNSON-COOK材料模型,利用ANSYS软件研究了静、动态荷载作用下CAC的力学响应,如应力-应变关系、细观破坏特征及破坏过程、应变率效应等,并分析了其细观破坏机理。结果表明:三维随机细观模型及相关材料模型参数在模拟CAC静、动态力学性能方面具有很高的可靠性,可以有效描述CAC的损伤破坏过程及形态,对于分析不同荷载作用下CAC失效机理具有重要意义。

关键词：珊瑚混凝土三维细观模拟随机凸多面体模型静态力学性能动态力学性能应变率效应

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C60全珊瑚海水钢筋混凝土梁的抗弯性能研究

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东南大学学报（自然科学版） 2019年第4期49卷 727-735页

作者：达波余红发麻海燕糜人杰吴彰钰南京航空航天大学土木工程系南京210016 东南大学材料科学与工程学院南京211189

通过对不同种类钢筋的全珊瑚海水钢筋混凝土梁(CARCB)进行正截面抗弯性能试验,研究了CARCB的裂缝发展、破坏形态、跨中变形及抗弯承载能力,建立了弯矩跨中挠度、荷载纵向受拉钢筋应变、荷载最大裂缝宽度的关系,提出了适用于CARCB抗弯承... 详细信息

通过对不同种类钢筋的全珊瑚海水钢筋混凝土梁(CARCB)进行正截面抗弯性能试验,研究了CARCB的裂缝发展、破坏形态、跨中变形及抗弯承载能力,建立了弯矩跨中挠度、荷载纵向受拉钢筋应变、荷载最大裂缝宽度的关系,提出了适用于CARCB抗弯承载力的计算模型.结果表明:随着钢筋强度的提高,CARCB的开裂弯矩和极限弯矩均逐渐增大,裂缝宽度扩展逐渐减慢,能有效抑制裂缝的发展.CARCB的裂缝宽度均随着荷载的增长而增大,在加载初期,裂缝宽度增长缓慢,当接近极限荷载时,裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏.采用有机新涂层钢筋,能有效抑制珊瑚混凝土结构中钢筋发生锈蚀,从而延长其有效服役寿命.综合考虑钢筋锈蚀引起钢筋截面损失和钢筋屈服强度降低的影响,提出了更加合理的CARCB抗弯承载力的计算模型.

关键词：全珊瑚海水钢筋混凝土梁抗弯性能钢筋种类钢筋锈蚀计算模型

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钢筋锈蚀对全珊瑚海水钢筋/混凝土柱大偏心受压性能的影响

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复合材料学报 2019年第10期36卷 2426-2438页

作者：达波余红发麻海燕朱海威巩位吴彰钰南京航空航天大学土木工程系

通过对不同混凝土强度等级、不同种类钢筋的全珊瑚海水钢筋/混凝土柱(CA/CC)进行大偏心受压性能试验,研究了CA/CC的破坏形态、变形和承载力,建立了荷载-位移、荷载-应变等关系,探讨了CA/CC大偏心受压极限承载力(Nu)的计算模型。结果表明... 详细信息

通过对不同混凝土强度等级、不同种类钢筋的全珊瑚海水钢筋/混凝土柱(CA/CC)进行大偏心受压性能试验,研究了CA/CC的破坏形态、变形和承载力,建立了荷载-位移、荷载-应变等关系,探讨了CA/CC大偏心受压极限承载力(Nu)的计算模型。结果表明:CA/CC的受力破坏机制和形态与普通骨料钢筋/混凝土柱(OA/CC)基本相似。随着混凝土强度等级的提高,CA/CC纵向受拉钢筋应变开始突变所对应的荷载逐渐增大。在加载过程中,有机新涂层钢筋与珊瑚/混凝土(CA/C)之间产生较大的滑移,使在相同混凝土强度下,普钢钢筋CA/CC的Nu比有机新涂层钢筋CA/CC的Nu大约高7.1%~20.8%。建议在CA/C结构中采用有机新涂层钢筋,能有效的抑制钢筋发生锈蚀,从而延长CA/C结构的有效服役寿命。综合考虑钢筋锈蚀和涂层钢筋滑移的影响,提出了适用于满足高强、高耐久性要求的CA/CC大偏心受压Nu计算模型。

关键词：全珊瑚海水钢筋/混凝土柱大偏心受压混凝土强度等级钢筋种类钢筋锈蚀极限承载力

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混凝土强度等级对全珊瑚海水钢筋混凝土梁抗剪性能的影响

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中国科学：技术科学 2019年第2期49卷 212-222页

作者：达波余红发麻海燕朱海威吴彰钰梅其泉南京航空航天大学土木工程系南京210016

通过对全珊瑚海水钢筋混凝土梁(coral aggregate reinforced concrete beam, CARCB)和普通钢筋混凝土梁(ordinary aggregate reinforced concrete beam, OARCB)进行斜截面抗剪性能试验,研究了混凝土强度等级对CARCB的裂缝发展、破坏形态、跨中变形及抗剪承载能力的影响,建立了弯矩-跨中挠度、挠度-梁长、荷载-最大裂缝宽度的关系,探讨了CARCB抗剪承载力(Vcs)的计算模型.结果表明:随着混凝土强度等级的提高, CARCB正截面开裂荷载(Vcr)、斜截面Vcr和Vcs均逐渐增大.不同混凝土强度等级的CARCB,其裂缝宽度均随着荷载的增大而增长,加载初期,在梁跨中附近出现正截面弯曲裂缝,裂缝宽度开展非常缓慢,随着荷载的增加,在支座向集中力作用点处出现斜裂缝,斜裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏.在C60的CARCB中采用有机新涂层钢筋能有效抑制钢筋锈蚀.最后,综合考虑箍筋锈蚀和高强珊瑚混凝土(coral aggregate concrete, CAC)的影响,提出了更加合理的CARCB抗剪承载力计算模型.

关键词：全珊瑚海水钢筋混凝土梁抗剪性能混凝土强度等级有机新涂层钢筋计算模型

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C45珊瑚混凝土的冲击压缩性能试验及数值模拟

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东南大学学报（自然科学版） 2020年第3期50卷 488-495页

作者：吴彰钰余红发麻海燕张锦华岳承军刘婷章艳南京航空航天大学民航学院南京211100 东南大学土木工程学院南京211189 南京工程学院建筑工程学院南京210009

为了研究珊瑚混凝土(CAC)的动态力学性能,采用试验研究和数值模拟相结合的方法对强度等级为C45的CAC冲击压缩性能及破坏特征进行了分析.首先,通过实验得到了CAC的压缩强度、应力应变曲线和破坏特征;然后,采用HJC模型对其冲击实验进行数... 详细信息

为了研究珊瑚混凝土(CAC)的动态力学性能,采用试验研究和数值模拟相结合的方法对强度等级为C45的CAC冲击压缩性能及破坏特征进行了分析.首先,通过实验得到了CAC的压缩强度、应力应变曲线和破坏特征;然后,采用HJC模型对其冲击实验进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,分析HJC模型及其参数的可靠性.结果表明:冲击压缩荷载作用下的CAC呈典型脆性破坏形态,其抗压强度具有明显的应变率效应;可以采用欧洲混凝土委员会推荐的计算模型来分析预测CAC的动态增强因子;动态屈服强度试验值与模拟值的误差(1.76%~7.71%)在允许范围内,说明HJC模型及其模型参数在C45 CAC的冲击力学性能分析方面具有较高的可靠性.

关键词：珊瑚混凝土冲击压缩荷载霍普金森压杆数值模拟 HJC模型

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