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钢筋混凝土结构的钢筋锈胀引起的保护层开裂研究（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2014年第7期15卷 496-507页

作者： Zhi WANG Xian-yu JIN Nan-guo JIN Xiang-lin GU Chuan-qing FU Department of Civil Engineering Zhejiang University Department of Building Engineering Tongji University

研究目的:预测保护层开裂的时间以及分析锈胀参数研究方法:基于混凝土的各向异性损伤,建立考虑钢筋–腐蚀产物–混凝土三者不同力学性能的钢筋锈胀导致保护层开裂的数学模型。模型考虑了腐蚀产物对钢筋混凝土界面区的孔隙和混凝土开裂... 详细信息

研究目的:预测保护层开裂的时间以及分析锈胀参数研究方法:基于混凝土的各向异性损伤,建立考虑钢筋–腐蚀产物–混凝土三者不同力学性能的钢筋锈胀导致保护层开裂的数学模型。模型考虑了腐蚀产物对钢筋混凝土界面区的孔隙和混凝土开裂裂缝的填充效应,采用了非线性分析算法,预测了开裂过程中每一时刻混凝土构件的应变与位移场以及混凝土保护层开裂时间,最后将模型预测值与试验值进行对比。重要结论:1.当混凝土出现裂缝之后,随着腐蚀产物对裂缝的填充,混凝土的环向拉应变的增长速率减缓;2.选定钢筋的型号、直径以及混凝土的强度之后,可通过增大保护层的厚度来减小钢筋锈胀开裂的风险。

关键词：钢筋锈胀保护层开裂腐蚀产物填充效应

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锈胀钢筋混凝土构件承压性能退化规律研究

锈胀钢筋混凝土构件承压性能退化规律研究

作者：董行山东大学

学位级别：硕士

钢筋锈蚀已成为全世界最为关注的灾害之一,由此引起的锈胀钢筋混凝土结构的承载力因未有成熟的计算方法而备受关注。钢筋锈胀引起的钢筋混凝土结构承载力的主要影响因素是纵向钢筋损伤、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的退化以及混凝土锈胀... 详细信息

钢筋锈蚀已成为全世界最为关注的灾害之一,由此引起的锈胀钢筋混凝土结构的承载力因未有成熟的计算方法而备受关注。钢筋锈胀引起的钢筋混凝土结构承载力的主要影响因素是纵向钢筋损伤、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的退化以及混凝土锈胀开裂。目前,对锈胀钢筋混凝土结构的研究集中于模型试验,且只对试验数据结果作了简要分析,锈胀钢筋混凝土结构承载力的计算理论和方法尚不成熟。针对以往试验研究的不足,本文首先开展了电化学加速钢筋锈胀试验方法的研究,在此基础上进行了无箍筋段锈胀钢筋混凝土构件承载力缩尺室内试验,对钢筋锈胀对混凝土结构承载力的影响做了进一步的研究,提出一种较完善的无箍筋段锈蚀钢筋混凝土结构承载力计算公式,并基于试验结果建立ABAQUS数值计算分析模型,分析了不同配筋率、混凝土强度及钢筋强度等级下不同的锈胀作用对构件承载力的影响规律,研究结果可为钢筋混凝土耐久性结构设计提供理论依据。根据室内试验结果及理论分析,本文得到以下主要结论:(1)通过电化学加速锈蚀钢筋室内材料试验、混凝土电通量试验和钢筋压屈试验分析混凝土抗氯盐渗透性、钢筋锈蚀变异性,验证了混凝土设计配合比的可行性,钢筋电化学锈蚀计算公式和锈蚀钢筋屈服强度模型的准确性,为室内钢筋混凝土压力试验提供了基础数据。(2)通过室内钢筋混凝土构件压力试验,分析钢筋锈蚀和锈胀作用对钢筋混凝土结构的轴心抗压性能的影响,结果证明钢筋锈胀作用对结构承载力的影响更大。通过电化学加速锈蚀钢筋混凝土构件缩尺模型试验,得到配筋率、锈蚀率对轴心抗压承载力的影响规律,提出较完善的无箍筋段锈胀钢筋混凝土结构极限承载力公式。(3)通过开展ABAQUS数值模拟分析,将模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了本文模型的合理性和精确性,研究了钢筋锈胀对构件抗压承载力的影响规律,提出了基于钢筋锈胀的钢筋混凝土结构承载力设计方法。

关键词：钢筋锈胀承载力模型试验影响因素

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钢筋混凝土梁锈胀致粘结性能劣化过程研究

钢筋混凝土梁锈胀致粘结性能劣化过程研究

作者：任士博东南大学

学位级别：硕士

在钢筋混凝土结构中,钢筋和混凝土两种具有不同物理性质的材料能协同工作的前提是其两者之间具有足够的粘结应力。粘结界面损伤将导致钢筋混凝土结构的性能下降,甚至导致结构直接失效。因此,研究钢筋混凝土的粘结性能是诸多学者长期致... 详细信息

在钢筋混凝土结构中,钢筋和混凝土两种具有不同物理性质的材料能协同工作的前提是其两者之间具有足够的粘结应力。粘结界面损伤将导致钢筋混凝土结构的性能下降,甚至导致结构直接失效。因此,研究钢筋混凝土的粘结性能是诸多学者长期致力研究的热点课题。本文在总结国内外有关钢筋混凝土锈蚀膨胀对混凝土的破坏作用研究的基础上,基于钢筋电化学腐蚀理论,从动力学模型入手,采用元胞自动机（Cellular AutomataCA）的方法建立二维及三维的钢筋随机点蚀模型,着重关注钢筋锈蚀产物的堆积形态及体积,通过引入相关参数实现与现有试验结果吻合的锈胀形貌的数值模拟,为研究钢筋锈蚀及其对结构力学性能影响提供了新的思路和方法。基于混凝土塑性损伤理论,分别建立二维及三维的钢筋混凝土锈胀模型,深入研究钢筋的均匀腐蚀、非均匀腐蚀及点蚀对混凝土的损伤破坏过程的影响。创新性地在钢筋锈蚀膨胀基础上进行拉拔过程的数值模拟,分析拉拔过程中粘结力的分布及变化规律,对比三种不同锈胀情况对钢混梁粘结性能的影响。论文的主要工作及成果主要有:（1）采用非传统的动力学方法（不必严格定义物理方程或函数）,在金属电化学腐蚀理论的基础上,通过定义空间内部局部反应规则,建立了适用于模拟钢筋腐蚀的CA模型。该模型不仅能实现不同蚀坑形貌的模拟,还能获得钢筋锈蚀产物的堆积形态及体积,使得锈胀产物体积与溶解金属体积之比与试验结论保持高度一致。将二维CA程序扩展至三维,探讨六面体（平面腐蚀）和圆柱体（曲面腐蚀）元胞空间内的金属腐蚀,论证了柱坐标系下腐蚀形态的正确性和CA模型的通用性。本文所建立的CA程序可视性较强,可用于各类钢筋锈蚀及与其相关领域的数值研究。（2）研究了不同锈胀工况下混凝土的损伤演化。利用所建立的CA模型生成钢筋点蚀形貌及产物堆积形貌。将蚀坑及产物数据提取到1st Opt软件中,利用其将产物形貌数据拟合函数表达式,导入商用软件ABAQUS,将其作为锈胀位移场施加于混凝土内壁,最终获得不同的锈胀工况下混凝土的损伤。通过分析点蚀、均匀腐蚀和非均匀腐蚀三种不同锈胀情况作用下混凝土的损伤演化过程,预测其裂纹扩展路径及其最终破坏形式,与相关试验结果吻合。通过研究发现,同等锈蚀率下,点蚀对于混凝土保护层的破坏作用最大,但其破坏也仅局限于钢筋下方的混凝土保护层区域,最终破坏形态可能为局部保护层区域的压碎及拉碎的混合破坏;均匀锈蚀造成的混凝土的损伤区域最大,其损伤区域不仅分布于保护层一侧,在远离保护层一侧的混凝土同样会出现两条主损伤带,其最终破坏形态可能为混凝土保护层的拉碎、剥落破坏;非均匀锈蚀造成的混凝土损伤区域主要集中在保护层一侧,但在平行于保护层且经过钢筋圆心的截面上损伤也较为严重,最终的破坏形态可能为整个保护层的分层破坏,也可能是混凝土保护层的劈裂破坏。（3）探讨了锈胀损伤所造成钢混界面粘结性能的退化。并进一步研究拉拔过程对混凝土损伤演化的影响。通过建立二维钢混构件轴对称拉拔模型以及三维钢筋混凝土梁的拉拔模型,在钢混界面插入粘结单元,对无锈胀、均匀锈胀、非均匀锈胀以及点蚀锈胀等不同的工况进行模拟。通过对比分析不同锈蚀工况下的损伤演化过程及粘结滑移曲线得到:无论哪种锈胀形式均会对其粘结性能产生不利影响,而点蚀锈胀产生的影响最大,破坏性也最强。本文基于金属电化学腐蚀理论所建立的CA模型,充分考虑了钢筋点蚀形貌的随机性和锈蚀产物的堆积形态及体积,弥补了现有CA方法仅关注蚀坑形貌而忽略产物堆积的不足。另外,本文考察和实现了钢筋点蚀锈胀对混凝土的破坏作用,充分研究了钢筋均匀锈蚀、非均匀锈蚀、点蚀等不同锈蚀工况对混凝土损伤演化和钢筋混凝土粘结性能的影响,为研究钢混结构性能劣化提供了新的思路和方法。研究结论可为发生均匀锈蚀、非均匀锈蚀以及点蚀的钢混构件的性能评估提供参考依据。

关键词：钢筋混凝土元胞自动机钢筋锈胀粘结性能点蚀

基于不同胶凝材料的钢筋混凝土试件的腐蚀行为研究

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基于不同胶凝材料的钢筋混凝土试件的腐蚀行为研究

作者：王秀春辽宁科技大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土结构作为一种普遍使用的建筑结构形式,在环境的侵蚀作用下会产生损伤破坏,尤其是钢筋的锈蚀是混凝土产生裂缝的主要原因。为了分析钢筋锈胀开裂的原因并提出相应的改进措施,本文基于不同胶凝材料钢筋混凝土试件的腐蚀行为,采... 详细信息

钢筋混凝土结构作为一种普遍使用的建筑结构形式,在环境的侵蚀作用下会产生损伤破坏,尤其是钢筋的锈蚀是混凝土产生裂缝的主要原因。为了分析钢筋锈胀开裂的原因并提出相应的改进措施,本文基于不同胶凝材料钢筋混凝土试件的腐蚀行为,采用电化学腐蚀和海水腐蚀两种方法,对普通硅酸盐水泥混凝土、磷酸镁水泥混凝土和硫氧镁水泥混凝土的钢筋腐蚀行为进行了研究。具体开展的研究工作如下:(1)开展电化学腐蚀试验,分析了普通硅酸盐水泥混凝土、磷酸镁水泥混凝土和硫氧镁水泥混凝土试件的开裂时间和最大裂缝宽度,得到了三种胶凝材料裂缝宽度和开裂时间的拟合曲线和拟合方程。试验结果表明,磷酸镁水泥混凝土对钢筋的保护作用优于普通硅酸盐水泥混凝土,普通硅酸盐水泥混凝土优于硫氧镁水泥混凝土。(2)通过分析电化学腐蚀锈胀后钢筋混凝土试件表面的裂缝,发现裂缝均沿着钢筋方向分布;通过分析钢筋混凝土截面的裂缝,发现对于具有单一发展趋势的裂缝,粗骨料增加了裂缝的开裂程度并导致裂缝出现了不同的弯曲程度。(3)开展钢筋混凝土试件的电化学腐蚀和海水腐蚀试验,对比钢筋和混凝土锈蚀前后的宏观形貌。通过环境扫描电镜和能谱仪,对钢筋的内外锈层进行分析,得到了不同胶凝材料微观结构下钢筋的腐蚀产物成分分布。利用XRD衍射仪,对不同胶凝材料的钢筋混凝土锈层成分进行测定,得到了钢筋在不同胶凝材料下腐蚀产物的晶体成分。通过三电极体系分析海水腐蚀后钢筋的耐腐蚀性,发现磷酸镁胶凝材料钢筋试样的耐腐蚀能力优于硅酸盐胶凝材料钢筋试样,硅酸盐胶凝材料钢筋试样的耐腐蚀能力优于硫氧镁胶凝材料钢筋试样。(4)利用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土结构进行平面元模拟,模拟在钢筋锈胀力的作用下混凝土的开裂形式,将宏观和细观模拟结果与试验数据进行对比,验证结果吻合度良好,验证了模型的有效性,并对混凝土强度、不同钢筋直径和钢筋位置进行参数化分析。本文的研究成果对钢筋混凝土的使用寿命评估和剩余寿命预测提供一定的参考。

关键词：钢筋混凝土钢筋锈胀磷酸镁水泥硫氧镁水泥细观分析

基于钢筋锈蚀与钙离子溶蚀的杂散电流作用下混凝土性能退化研究

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基于钢筋锈蚀与钙离子溶蚀的杂散电流作用下混凝土性能退化研究

作者：李荣军长沙理工大学

学位级别：硕士

随着社会经济和城市的快速发展,轨道交通、发电站和变电站等关乎民生的电力系统设施在城市建设和发展方面起着越来越重要的作用。混凝土因其良好的经济性、可模性与耐久性等优点而成为建设这些设施的主要原材料。然而,上述电力系统所产... 详细信息

随着社会经济和城市的快速发展,轨道交通、发电站和变电站等关乎民生的电力系统设施在城市建设和发展方面起着越来越重要的作用。混凝土因其良好的经济性、可模性与耐久性等优点而成为建设这些设施的主要原材料。然而,上述电力系统所产生的杂散电流腐蚀对自身混凝土结构的影响,是人们必须面对的问题。当今关于杂散电流作用下混凝土性能退化的研究,大多未考虑钢筋锈蚀和钙离子溶蚀共同作用对混凝土性能产生的影响。然而,在杂散电流环境下,处于饱和水环境的混凝土结构中钢筋锈蚀和钙离子溶蚀行为是同时发生的。因此研究杂散电流环境下钢筋锈蚀和钙离子溶蚀共同作用对混凝土性能的影响规律具有较为实际的意义。本文基于钢筋锈蚀和混凝土内钙离子溶蚀行为,研究了杂散电流作用下混凝土性能的劣化机理,主要研究内容如下:(1)从理论角度出发,分析了杂散电流环境下钢筋锈胀和钙离子溶蚀分别对混凝土抗压强度的影响,得到了钢筋锈胀作用下混凝土抗压强度理论退化模型,通过分析总结,得到了杂散电流环境下影响混凝土抗压强度变化的主要因素。(2)通过模拟杂散电流环境并进行通电加速试验,研究了混凝土强度等级、钢筋直径、电压大小及通电时间等因素对钢筋锈蚀、钙离子溶蚀和混凝土抗压强度的影响。研究表明:混凝土强度等级越高和钢筋直径越大,钢筋锈蚀、钙离子溶蚀及混凝土强度损失程度越小;通电电压越大,钢筋锈蚀及钙离子溶蚀程度越严重、混凝土强度损伤越大;最后利用试验数据得到了杂散电流环境下混凝土的抗压强度预测模型。(3)利用X射线衍射、电镜扫描等方法,对腐蚀后的混凝土进行显微结构研究,研究表明:由于钙离子溶蚀作用,混凝土经过电流腐蚀后内部Ca(OH)2发生溶解,结构因此变得疏松。并当通电电压越大时,Ca(OH)2发生溶解及结构疏松程度越严重。(4)探讨了杂散电流环境下混凝土内部钢筋锈蚀与钙离子溶蚀的相互影响关系。对测得腐蚀电流、混凝土电阻率、钢筋锈蚀率及钙离子溶出率等参数的变化情况进行分析表明:钢筋锈蚀与钙离子溶蚀之间存在互相影响。

关键词：杂散电流钢筋锈胀钙离子溶蚀抗压强度

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损伤混凝土构件中钢筋界限锈蚀量的研究

华东交通大学学报 2006年第1期23卷 29-32页

作者：吕广谢楠北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

研究了混凝土的徐变和混凝土的非线性性质,研究损伤混凝土构件中钢筋界限锈蚀量,用有限元软件ANSYS对钢筋锈胀效应进行了非线性有限元分析.计算表明:保护层厚度与钢筋直径的比、混凝土的强度是影响混凝土保护层开裂时钢筋锈蚀深度(界限... 详细信息

研究了混凝土的徐变和混凝土的非线性性质,研究损伤混凝土构件中钢筋界限锈蚀量,用有限元软件ANSYS对钢筋锈胀效应进行了非线性有限元分析.计算表明:保护层厚度与钢筋直径的比、混凝土的强度是影响混凝土保护层开裂时钢筋锈蚀深度(界限锈蚀深度)的重要因素.比值越大,界限锈蚀深度越大;混凝土的强度越大,界限锈蚀深度越大.

关键词：钢筋锈胀 ANSYS 混凝土徐变混凝土非线性

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劣化混凝土构件中钢筋界限锈蚀量的研究

劣化混凝土构件中钢筋界限锈蚀量的研究

第14届全国结构工程学术会议

作者：吕广谢楠北京交通大学土建学院北京交通大学土建学院

本文通过采用混凝土的徐变系数折减混凝土弹性模量,来考虑锈胀过程中混凝土徐变的影响;考虑混凝土的非线性性质,基于有限元软件ANSYS对钢筋锈胀进行了非线性有限元分析。计算表明:保护层厚度与钢筋直径的比、混凝土的强度是影响混凝土... 详细信息

本文通过采用混凝土的徐变系数折减混凝土弹性模量,来考虑锈胀过程中混凝土徐变的影响;考虑混凝土的非线性性质,基于有限元软件ANSYS对钢筋锈胀进行了非线性有限元分析。计算表明:保护层厚度与钢筋直径的比、混凝土的强度是影响混凝土保护层开裂时钢筋锈蚀深度（界限锈蚀深度）的重要因素。比值越大,界限锈蚀深度越大;混凝土的强度越大,界限锈蚀深度越大。

关键词：钢筋锈胀 ANSYS 混凝土徐变混凝土非线性

来源： cnki会议评论

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水利工程现浇混凝土质量缺陷及预防

黑龙江水利科技 2014年第9期42卷 121-122页

作者：曹茜辽宁省本溪市桓仁县西江电站辽宁桓仁117200

文章主要介绍了水工建筑物在施工中由于受环境和施工操作不当及管理不健全等存在的质量缺陷以及产生的原因。阐述了混凝土高质量成型模板技术,此项技术全世界已经推广,在我国一些工程上也得到应用,效果很好。在温控防裂方面混凝土要尽... 详细信息

文章主要介绍了水工建筑物在施工中由于受环境和施工操作不当及管理不健全等存在的质量缺陷以及产生的原因。阐述了混凝土高质量成型模板技术,此项技术全世界已经推广,在我国一些工程上也得到应用,效果很好。在温控防裂方面混凝土要尽量避开高温季节浇筑,或是运输车量有序组织浇筑。最后指出了水工混凝土是一项复杂系统的工作,用先进、科学和可行的技术手段是最直接有效途径。

关键词：质量缺陷透水模板钢筋锈胀施工和控制裂缝

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空心板底板纵向开裂分析及处治对策研究

城市建筑 2014年第8期11卷 304-304页

作者：李乾龙刘治刘近龙山东省建筑科学研究院 250031

本文从设计、施工、运营方面分析了空心板底板纵向开裂原因，并对底板钢筋锈胀过程进行了深入分析。根据病害产生的原因，从止水、阻水及防护三方面提出了处治对策。最后对空心板预制施工提出了优化建议，避免板底缺陷的发生。

关键词：空心板纵向裂缝钢筋锈胀