混凝土结构锈裂损伤分析与试验研究

论文摘要

混凝土结构锈胀开裂是导致混凝土结构耐久性失效的主要原因。锈蚀产物体积膨胀,导致混凝土保护层受拉而开裂。一旦保护层完全开裂,环境中的有害介质将经锈胀裂缝直接侵入混凝土内部接触到钢筋,大大加速钢筋的锈蚀,并进一步加剧裂缝的扩展,甚至导致保护层的剥落,严重影响混凝土结构的耐久性。因此,研究钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂,对混凝土结构的使用性能评估和剩余寿命预测有着重要的意义。本文以混凝土结构锈裂过程为研究主线,以试验研究和理论分析结合为研究手段,对混凝土结构锈胀开裂的全过程进行了研究,主要研究内容如下：(1)综合考虑了裂缝造成的混凝土保护层中不同程度的损伤、以及锈蚀产物力学性能的影响,利用损伤力学和弹性力学的理论建立了混凝土保护层锈胀开裂过程的计算模型。在钢筋锈蚀初期,保护层中受力较小,没有产生裂缝.此时整个混凝土保护层视为弹性的,使用弹性力学进行分析。一旦混凝土保护层出现内裂,混凝土保护层就被裂缝分为两个区域：开裂区和未开裂区。对于开裂区,引入损伤变量来考虑混凝土在不同半径处的不同程度的损伤.采用损伤力学进行分析：而对于未开裂区.仍然使用弹性力学分析。基于本模型.对锈胀开裂过程中钢筋／混凝土界面锈胀力与钢筋锈蚀深度的变化规律进行了分析,并对相应的影响因素进行了讨论。(2)采用电化学加速锈蚀方法对圆柱形钢筋混凝土试件进行加速锈蚀试验.通过切片观测的方式测定了混凝土保护层内裂与外裂时刻的钢筋锈蚀量,与理论分析模型进行了对比验证。并利用扫描电镜对钢筋／混凝土界面处钢筋氧化产物的成分以及锈胀裂缝区域铁锈的分布情况进行了观测。(3)对人工气候环境下加速劣化两年的混凝土试块进行切片研兖,观察了混凝土锈胀裂缝中铁锈的分布情况,观测了锈胀裂缝在不同半径位置处对应的环向裂缝宽度以及混凝土保护层表面的裂缝宽度,由此分析随锈蚀增长铁锈填充及裂缝开展的过程.得到了混凝土保护层表面裂缝总宽度与钢筋锈蚀率的关系,并建立了锈胀裂缝开展与锈蚀产物发展过程模型。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号清单
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 钢筋混凝土结构锈胀开裂研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 钢筋混凝土保护层锈裂损伤分析与模型建立
• 2.1 概述
• 2.2 混凝土锈胀开裂分析模型
• 2.3 锈裂过程分析
• 2.4 钢筋/混凝土界面锈胀力
• 2.5 钢筋锈蚀深度
• 2.6 结论
• 参考文献
• 第三章 混凝土锈胀开裂临界锈蚀量的试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 试验方案
• 3.3 观测结果与讨论
• 3.4 与理论模型的对比分析
• 3.5 结论
• 参考文献
• 第四章 锈裂混凝土裂缝形态与铁锈分布的试验研究
• 4.1 概述
• 4.2 试验方案
• 4.3 试验结果与分析
• 4.4 锈胀裂缝开展与锈蚀产物发展过程模型
• 4.5 结论
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究展望
• 个人简历及在学期间所取得的科研成果