混凝土构件中钢筋锈蚀速率预计模型研究

论文摘要

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构正常使用和耐久性的主要因素之一,且造成的危害巨大。混凝土中钢筋的锈蚀机理、锈蚀速率的预计以及人工气候环境下钢筋锈蚀与自然气候环境下钢筋锈蚀的相关性已成为目前混凝土结构耐久性研究的热点。本文从混凝土内钢筋锈蚀的电化学基本原理出发,分别对钢筋锈蚀电化学基本模型、顺筋裂缝区钢筋锈蚀速率、横向裂缝区钢筋锈蚀速率、混凝土构件配筋特征对钢筋锈蚀速率的影响、自然气候环境下钢筋锈蚀速率预计模型以及可以埋置在混凝土构件中的钢筋锈蚀速率监测探头等问题进行了较全面的研究,研究成果为锈蚀钢筋混凝土结构的寿命预测和评估以及混凝土结构耐久性设计提供了必要的科学依据。氧气和水是钢筋锈蚀时的必不可少的两个基本要素。在高湿条件下,由于钢筋与混凝土界面附近混凝土的孔隙相对较大,此时在钢筋附近的混凝土孔隙内会形成一定厚度的液态水,钢筋的锈蚀速率主要由氧气扩散速率所控制。在考虑液态水的存在和混凝土构件表面透氧面积的前提下,推导出了高湿条件下钢筋锈蚀速率电化学基本模型;并在此基础上根据钢筋锈蚀阴阳极极化曲线的变化规律,建立了考虑混凝土电阻率影响的一般湿度条件下钢筋锈蚀速率模型,并通过相关的试验研究验证了模型的适用性。根据顺筋锈胀裂缝产生时钢筋锈蚀产物的分布特点和金属腐蚀学中“氧浓差”宏电池的基本原理,建立了顺筋锈胀裂缝区钢筋锈蚀速率预计模型,分析了顺筋裂缝宽度和钢筋锈蚀速率的关系并进行了相关的试验验证。根据横向裂缝产生的机理,通过试验建立了横向裂缝区钢筋与混凝土表界面粘结损伤长度与裂缝宽度、混凝土保护层以及钢筋直径的统计模型;并根据横向裂缝产生时钢筋锈蚀状态和氧气扩散的特点,分别建立了横向裂缝区“钝化-活化”和“氧浓差”宏电池锈蚀下的钢筋锈蚀速率预计模型。总结了混凝土构件截面配筋的一般特点,研究了混凝土构件中变形带肋钢筋和光圆钢筋的锈蚀特征及其锈蚀不均匀性,分析了构件未活化的内部钢筋对外部钢筋锈蚀速率的影响规律;同时研究了箍筋锈蚀的机理及其对纵筋锈蚀速率的影响,并在此基础上建立了混凝土构件中钢筋锈蚀综合预计模型。针对自然环境中温湿度不断变化的特点,提出了月当量温度和月当量湿度的等效计算方法;建立了自然环境下混凝土构件中钢筋锈蚀速率预计的综合模型,为自然气候环境下混凝土结构耐久性的评估和预计奠定了基础。根据钢筋锈蚀电化学检测原理,研制了可以埋入混凝土构件的护环式监测探头,该探头可以和GECOR8钢筋锈蚀速率测试仪配合使用,进行混凝土构件内钢筋锈蚀速率的实时监测。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 混凝土中钢筋锈蚀的电化学机理
• 1.2.2 钢筋锈蚀速率的控制过程
• 1.2.3 影响混凝土中钢筋锈蚀速率的主要因素
• 1.2.4 钢筋锈蚀速率模型的主要研究成果
• 1.2.5 钢筋锈蚀速率的的检/监测技术
• 1.2.6 人工气候和自然气候条件下混凝土内钢筋锈蚀速率相关性的研究
• 1.3 目前研究存在的问题
• 1.4 本文主要研究目标、研究内容与技术路线
• 1.4.1 研究目标与研究意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.4.3 主要技术路线
• 2 混凝土中钢筋锈蚀速率电化学基本模型研究
• 2.1 钢筋锈蚀速率的控制过程
• 2.2 高湿环境下钢筋锈蚀速率基本模型研究
• 2.2.1 高湿环境下钢筋与面混凝土界区结构特征及氧气传输过程
• 2.2.2 模型的基本假定
• 2.2.3 基本模型的推导
• 2.2.4 钢筋锈蚀的时变性机理及时变模型
• 2.2.5 模型中主要参数的确定
• 2.3 一般湿度环境中钢筋锈蚀速率模型
• 2.3.1 模型的推导
• 2.3.2 模型中主要参数的确定
• 2.3.3 一般湿度环境下“均匀”锈蚀钢筋的工程实用计算模型
• 2.4 钢筋锈蚀速率的试验研究
• 2.4.1 恒温恒湿环境条件下钢筋锈蚀速率的试验
• 2.4.2 混凝土水灰比、保护层厚度及温湿度等因素对钢筋锈蚀速率的影响规律试验
• 2.5 本章小结
• 3 顺筋锈胀裂缝区钢筋锈蚀速率研究
• 3.1 钢筋锈胀开裂机理与开裂时钢筋表面锈蚀蚀层分布规律
• 3.2 顺筋开裂后钢筋锈蚀机理及锈蚀速率预计模型
• 3.2.1 顺筋开裂后钢筋锈蚀机理
• 3.2.2 模型假设与推导
• 3.2.3 “氧浓差”宏电池阴阳极面积比的确定
• cr的确定'>3.2.4 顺筋开裂时刻t_cr的确定
• 3.2.5 钢筋锈蚀速率的分段模型
• 3.3 顺筋裂缝区钢筋锈蚀速率试验研究
• 3.3.1 试件制作
• 3.3.2 试验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 荷载引起的横向裂缝区钢筋锈蚀速率研究
• 4.1 横向裂缝区钢筋损伤长度研究
• 4.1.1 影响损伤长度的因素分析
• 4.1.2 试验研究
• 4.1.3 试验结果及讨论
• 4.2 横向裂缝区钢筋锈蚀速率研究
• 4.2.1 横向裂缝区钢筋锈蚀的阴阳极分布规律和锈蚀速率模型
• 4.2.2 横向裂缝区钢筋锈蚀速率试验
• 4.3 本章小结
• 5 构件截面配筋特征对钢筋锈蚀速率的影响
• 5.1 光圆钢筋和变形钢筋的锈蚀规律及其锈蚀不均匀性研究
• 5.1.1 试件设计与制作
• 5.1.2 试验主要过程
• 5.1.3 试验结果及讨论
• 5.1.4 光圆钢筋与带肋钢筋锈蚀不均匀性差异的机理分析
• 5.2 内排纵筋对外排钢筋锈蚀速率的影响
• 5.2.1 钢筋混凝土构件中内外纵筋连接简化模型
• 5.2.2 外排钢筋锈蚀电流计算公式推导
• 5.2.3 试验研究
• 5.3 箍筋锈蚀对纵筋锈蚀速率的影响
• 5.3.1 箍筋锈蚀对纵筋锈蚀速率影响机理与简化模型
• 5.3.2 试验研究
• 5.3.3 试验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 6 混凝土构件中钢筋锈蚀速率预计综合模型
• 6.1 模型基本假定
• 6.2 综合预计模型
• 6.2.1 纵向钢筋锈蚀速率综合预计模型
• 6.2.2 箍筋锈蚀速率预计模型
• 6.3 试验研究
• 6.4 本章小结
• 7 自然气候环境下钢筋锈蚀速率预计模型及监测技术研究
• 7.1 研究意义
• 7.2 自然气候温湿度的变化规律及其等效方法研究
• 7.2.1 自然气候环境下温湿度变化的一般特征
• 7.2.2 自然气候环境下温湿度的等效方法
• 7.3 自然气候环境下钢筋锈蚀速率预计综合模型
• 7.3.1 纵向钢筋锈蚀速率预计综合模型
• 7.3.2 箍筋锈蚀速率预计综合模型
• 7.4 自然气候环境下的试验研究
• 7.4.1 试件设计与制作
• 7.4.2 试验结果及讨论
• 7.5 埋入式钢筋锈蚀长期检测探头研究
• 7.5.1 线性极化检测技术的原理
• 7.5.2 参比电极性能试验
• 7.5.3 埋入式护环测量装置的制作
• 7.5.4 埋入式护环装置试验研究
• 7.6 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 论文主要结论
• 8.2 未来工作展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 学位论文数据集