钢筋混凝土锈胀效应的模拟实验研究

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基于数值模拟的混凝土钢筋锈蚀损伤分析

基于数值模拟的混凝土钢筋锈蚀损伤分析一、研究背景混凝土结构是现代建筑中广泛使用的一种结构，而钢筋则是混凝土结构中的重要组成部分。

但是，在实际的使用过程中，混凝土结构可能会受到钢筋锈蚀的影响，从而导致结构的损坏和安全隐患。

因此，对混凝土钢筋锈蚀损伤进行数值模拟研究，对保障混凝土结构的安全性具有重要意义。

二、钢筋锈蚀损伤机理钢筋锈蚀是指钢筋表面被氧化物覆盖，从而导致钢筋表面出现裂纹、脱落等现象。

钢筋锈蚀是由于混凝土结构中的水、氧气和二氧化碳等物质与钢筋表面的铁离子反应产生的。

这种反应会导致钢筋表面的碱度下降，从而使得钢筋表面易受到氧化物的侵蚀。

三、数值模拟方法数值模拟是一种研究物理问题的有效方法。

在混凝土钢筋锈蚀损伤分析中，数值模拟可以通过计算机模拟混凝土结构中钢筋的锈蚀过程，从而预测钢筋锈蚀对混凝土结构的影响。

数值模拟方法可以分为有限元方法和离散元方法两种。

四、有限元方法有限元方法是一种常用的数值模拟方法，它将实际问题抽象成为一个由许多小单元构成的问题，每个小单元的行为可以通过简单的数学方程来描述。

在混凝土钢筋锈蚀损伤分析中，有限元方法可以通过建立混凝土结构的有限元模型，计算钢筋锈蚀对混凝土结构的影响。

五、离散元方法离散元方法是一种基于颗粒模型的数值模拟方法，它将物质看作是由颗粒组成的离散体系，通过对颗粒间相互作用力的计算来模拟物质的运动和变形。

在混凝土钢筋锈蚀损伤分析中，离散元方法可以通过建立混凝土结构的离散元模型，计算钢筋锈蚀对混凝土结构的影响。

六、模型建立在进行混凝土钢筋锈蚀损伤分析时，需要建立混凝土结构的数值模型。

模型建立的过程包括建立混凝土结构的几何模型、确定材料参数和边界条件等。

在建立混凝土结构的几何模型时，可以采用CAD软件进行建模。

七、结果分析通过数值模拟可以得到混凝土结构中钢筋锈蚀对结构的影响。

在结果分析中，可以将结构的应力、位移等参数与钢筋锈蚀的程度进行对比，从而分析钢筋锈蚀对结构的影响。

混凝土中钢筋不均匀锈胀的模拟试验研究

第38卷第6期2012年12月四川建筑科学研究Sichuan Building Science收稿日期：2011-06-21作者简介：郑靖靖（1986－），女，山西太原人，硕士研究生，研究方向：混凝土耐久性。

基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（50808173）E －mail ：ldyldg@163．com混凝土中钢筋不均匀锈胀的模拟试验研究郑靖靖，耿欧，高飞剑，李德宝（中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221008）摘要：通过钢筋开槽并施加油压的方式模拟混凝土中钢筋不均匀锈胀效应，得到了混凝土表面产生顺筋裂缝时所对应的油压值（近似锈胀力）及沿试件长度的裂缝宽度分布规律，为今后进一步研究和探寻混凝土中非均匀锈胀力分布及锈胀裂缝宽度发展规律提供了基础。

关键词：混凝土；钢筋锈蚀；不均匀锈胀力；顺筋裂缝中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：1008－1933（2012）06－093－03Simulation experiment of uneven expansion of corroded reinforcement in concreteZHENG Jingjing ，GENG Ou ，GAO Feijian ，LI Debao（School of Mechanics and Civil Engineering ，China University of Mining and Technology ，Xuzhou 221008，China ）Abstract ：This paper simulates the steel bar's uneven corroded expansive effect in concrete ，through the way of steel slotting and hydraulic fracturing ，obtaining the hydraulic value （similar as the corroded expansive force ）when steel cracks occurring on the concrete surface and distribution law of crack width along the length of the specimen．This may offers a foundation to further researching and exploring the uneven corroded expansive force's distribution and the corroded expansive crack width's development law on concrete．Key words ：concrete ；steel corrosion ；non-uniform expansion force ；longitudinal cracks0引言混凝土内钢筋锈胀引起的混凝土保护层开裂是造成钢筋混凝土结构耐久性失效的最主要原因之一［1-4］，使混凝土保护层出现顺筋裂缝的钢筋锈胀力大小的确定是钢筋混凝土结构耐久性研究中的重点问题之一［5］。

混凝土中钢筋锈蚀的试验与模拟研究

混凝土中钢筋锈蚀的试验与模拟研究混凝土是一种广泛使用的建筑材料，而钢筋则是混凝土中最常用的加强材料。

然而，由于环境和使用条件的影响，钢筋可能会出现锈蚀现象，这会导致混凝土的破坏和损坏。

因此，混凝土中钢筋锈蚀的试验和模拟研究显得十分重要。

一、试验研究为了研究混凝土中钢筋锈蚀的影响，许多试验被进行了。

其中，最常用的试验是浸泡试验和电化学腐蚀试验。

1.浸泡试验浸泡试验是一种简单有效的研究混凝土中钢筋锈蚀的方法。

该试验将混凝土试件放入盐水中，在一定时间内浸泡，然后将试件取出，观察钢筋的表面和混凝土的状况来判断钢筋锈蚀的程度。

该试验的优点是简单易行，但缺点是无法真实模拟混凝土中的实际情况。

2.电化学腐蚀试验电化学腐蚀试验是一种比较准确的研究混凝土中钢筋锈蚀的方法。

该试验通过施加一定电压和电流，模拟混凝土中的腐蚀环境，测量钢筋的腐蚀电位和电流密度，从而判断钢筋的锈蚀程度和混凝土的保护性能。

该试验的优点是可以模拟混凝土中的实际腐蚀环境，但缺点是操作复杂，需要专业的设备和技术支持。

二、模拟研究除了试验研究，模拟研究也是研究混凝土中钢筋锈蚀的重要手段。

1.有限元模拟有限元模拟是一种利用计算机对混凝土中钢筋锈蚀进行模拟的方法。

该方法可以通过建立混凝土和钢筋的物理和力学模型，模拟钢筋在混凝土中的腐蚀过程和混凝土的损伤过程。

该方法的优点是可以模拟复杂的工程情况和多种腐蚀环境，但缺点是需要大量计算和数据处理，需要高性能计算机和专业软件支持。

2.分子动力学模拟分子动力学模拟是一种利用分子模拟技术对混凝土中钢筋锈蚀进行模拟的方法。

该方法可以通过建立混凝土材料和钢筋的分子模型，模拟钢筋和混凝土材料的相互作用和腐蚀过程。

该方法的优点是可以模拟微观的腐蚀过程和材料的物理和化学性质，但缺点是需要大量的计算和数据处理，需要高性能计算机和专业软件支持。

三、结论综上所述，混凝土中钢筋锈蚀的试验和模拟研究是十分重要的。

试验研究可以模拟混凝土中的实际情况，可以直观地观察和判断钢筋的锈蚀程度和混凝土的保护性能，但存在操作复杂和无法准确模拟实际情况的缺点。

混凝土结构钢筋锈胀数值模拟

ｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｃｏｒｒｏｄｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｒａｃｋｉｎｇｄｕｅｔｏｅｖｅｎａｎｄｕｎｅｖｅｎ
３．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＳｃｉｅｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０５００，Ｃｈｉｎａ）
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｂａｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｅｘｐａｎｓｉｏｎｉｎｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ
ＸＩＡＯＰｅｎｇ．ｗｅｉ。一，ＹＩＮｉｎｇ
２０１７年６月第６期总第５３０期
水运工程
Ｐｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｉｎｒｇ
Ｊｕｎ２０１７
Ｎｏ．６ＳｅｒｉａｌＮｏ．５３０
混凝土ａｃｋｉｎｇｉｎｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｖｅｒｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｖｅｒ，ｒｅｂａｒｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈｇｒａｄｅ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔａｌｄａｔａｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈｅｓａｍｅｌａｗｓｏｆｃｏｒｒｏｄｅｄｅｘｐａｎｓｉｏｎ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｇｕｉｄｅｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．

线性极化法检测混凝土中钢筋锈蚀的实验研究

线性极化法检测混凝土中钢筋锈蚀的实验研究一、概览随着建筑行业的发展，混凝土结构在工程中的应用越来越广泛。

然而由于混凝土结构的长期使用和环境因素的影响，钢筋锈蚀问题日益严重，给建筑物的安全性和使用寿命带来了很大的隐患。

因此对混凝土中钢筋锈蚀的检测显得尤为重要，传统的钢筋锈蚀检测方法主要包括目视检查、外观观察、化学试剂检测等，这些方法存在一定的局限性，如检测结果受人为因素影响较大、检测周期较长等。

近年来随着科技的发展，线性极化法作为一种新型的钢筋锈蚀检测方法逐渐受到研究者的关注。

线性极化法是一种基于电磁感应原理的无损检测技术，通过测量钢筋在特定电磁场中的磁化强度来判断钢筋是否锈蚀。

该方法具有操作简便、检测速度快、灵敏度高、可重复性好等优点，为混凝土结构中钢筋锈蚀的快速准确检测提供了有力的技术支持。

本实验旨在研究线性极化法在混凝土中钢筋锈蚀检测中的应用，以期为实际工程提供一种有效的检测手段。

实验首先对混凝土试件进行预处理，包括去除保护层、打磨表面等；然后在试件表面涂抹不同浓度的铁离子溶液，模拟钢筋锈蚀环境；最后利用线性极化法对试件进行检测，分析钢筋锈蚀程度。

通过对实验数据的收集和分析，探讨线性极化法在混凝土中钢筋锈蚀检测中的可行性和准确性，为今后的研究和应用提供理论依据和实践经验。

A. 研究背景和意义随着社会经济的快速发展，建筑行业在国民经济中的地位日益重要。

然而由于建筑材料的质量问题和使用环境的影响，混凝土结构的安全性和耐久性成为了人们关注的焦点。

钢筋作为混凝土结构中的主要受力构件，其锈蚀状况直接影响到结构的安全性和使用寿命。

因此研究钢筋锈蚀现象及其检测方法具有重要的理论和实际意义。

传统的钢筋锈蚀检测方法主要包括目视检查、外观评价、化学分析等，这些方法虽然在一定程度上可以反映钢筋的锈蚀状况，但存在一定的局限性，如检测结果受到人为因素的影响较大，检测周期较长，不能实时监测钢筋锈蚀情况等。

此外这些方法对于钢筋内部锈蚀情况的检测效果较差，难以满足现代建筑结构对钢筋锈蚀状况的准确评估要求。

钢筋混凝土构件的均匀锈胀力的机理研究

+
e2 e2
×f tk
(2)
由 d q/ d e = 0 ,可以得到最大锈胀力
qmax = (0. 3 + 0 . 6 c/ d) ×f tk
(3)
1. 2 混凝土保护层开裂时的临界锈蚀率
根据弹塑性理论[9 ] ,在锈胀力 q 作用下 ,钢筋周边混凝土的径向位移Δd 为
Δd = δ×q
(4)
式中 ,δ为混凝土孔洞的径向柔度系数。模型取文献[10 ]中上、下限的中值 ,即
CH EN Y ue2shu n , W EI J u n , L U O Xiao2hui
(School of Civil Engineering and Mechanics , Huanzhong University of Science and Technology , Wuhan 430070 , China)
& Sons , Inc , 2004. [ 4 ] 赵羽习 ,金伟良. 钢筋锈蚀导致混凝土构件保护层胀裂的全过程分析[J ] . 水利学报 , 2005 , 36 (8) :129. (下转第 75 页)
第 29 卷第 2 期陈月顺 ,等 :钢筋混凝土锈胀开裂临界锈蚀率模型研究 53 二者的差在同一数量级内 ,所以模型中ν的取值对计算结果的影响并不明显。
2. 5 ρcr与 φcr的关系 φcr为混凝土的徐变系数 ,美国混凝土协会 ACI209 在研究报告中指出 :混凝土徐变系数为 1. 3 —4. 15 ,
δ=
1
+ν+
4c
d2
×( c
+
d)
×d
Ecf
+Байду номын сангаас

普通钢筋混凝土结构的锈胀机理研究

环境以及工业生产中的酸、、碱盐腐蚀等。混凝土中
钢筋锈蚀机理的研究是认识混凝土锈胀破坏规律
值降低的过程。当ｐＨ值下降到１．右时，１５左钝化
膜不再稳定，ｐ当Ｈ值降至９０时，１钝化膜对钢筋的保护作用完全破坏， ห้องสมุดไป่ตู้凝土中钢筋表面的钝化膜遭到破坏并同时满足下面二个条件时．筋就会开钢
普通钢筋混凝土结构的锈胀机理研究
贾桂琴
河南国基建设集团有限公司（５００４００）
摘要：筋锈蚀是钢筋混凝土结构性能退化的主要因素之一，有关于钢筋锈蚀微观机理的研究还未钢现
达成共识通过对混凝土中钢筋的锈蚀机理研究及锈蚀成因分类影响的研究，出锈胀力的模型的建立得
始发生锈蚀。① 钢筋表面存在电位差，同电位之不
间形成阳极—— 阴极；阳极的钢筋发生阳极反应： ②
Ｆ —｝ｅ＋ｅｅＦ２一（）１
１混凝土中钢筋的锈蚀机理
混凝土孔隙中存在Ｃ（Ｈ液，Ｈ值在１．ａ）溶Ｏｐ２５
即
处于钝化状态。即使在有水分和氧气的条件下钢筋
也不会发生锈蚀．称 “ 故钝化膜 ” 。在无杂散电流的
（）３（）４
环境中．般来说两个因素可以导致钢筋钝化膜破一

钢筋混凝土锈蚀膨胀力的数值模拟研究

件进行过程仿真，分析了试件混凝土保护层应力场随径向膨胀位移的变化情况，对裂缝的出现趋势进行预
匀的，因此钢筋锈蚀膨胀过程可按平面应变问题处理分析，用直径相同的孔洞来代表钢筋，以便实现位移的
ｓｔｅｅｌｂａｒｓｉｎｒｅｉｆｏｎｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ．ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＢＡＱＵＳｉＳｕｓｅｄｆｏｒｎｕｍｅｉｒｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ
混凝土和钢筋交界面上产生压力，称为钢筋锈蚀膨胀力，严重时会因混凝土主拉应力过大而开裂，因此研究
钢筋锈蚀对混凝土内应力分布的影响有重要意义。
有限元法广泛应用于混凝土应力场分析。文献１～加径向位移。本文采用施加径向位移的方法对混凝土更３采用有限元方法分析了钢筋锈蚀引起的值模拟，过程，取扩孔试验中一典型模型，应用有限元程序对试接近真实情况。文中假设沿轴向钢筋的锈蚀膨胀是均
ｓｔｒｅｓｓｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅｄｕｅｔｏｒｕｓｔｉｎｇｏｆｓｔｅｅｌｂａｒａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｏｆｔｈｅｍａｉｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｉｓ

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ＡｂｔａｔＴｈｏｕｈｅｓｍｕｌｔｄｅｐｅｉｅｔｏｎｒｉｏｒｅｅｏｒｏｉ —ｎｃｄｅａｓｏｏｒｅｓｒｃ：ｒｇｈｔｉａｅｘｒｍｎｅｎｆｃｍｎｔｃｒｓｏｎｉｄｕｅｘｐｎｉｎｆｃｗｉｈｏｉｒｓｕｒｔｌｅｓｅ，ｔｃｒｓｏｉｌｒｓｕｒｖｌｅｗｅｅｂｔｉｄｐｈｅｏｒｅｐｎｄｎｇｏｉｐｅｓｅａｕｓｒｏａｎｅｗｈｅｔｌｎｔｄｉｌｎｈｅｏｇｉｕｎａ
关键词：钢筋混凝土；锈胀力；油压；顺筋裂缝中图分类号：Ｔ３５１Ｕ７．文献标识码：Ａ文章编号：１０ —８９（０１００９９２２１）２—０２０７一Ｏ２
Ｓｍｕａｅｐｒｍｅｔｏｒｏｉｎ— ｎｄｃｄｉｌｔｄＥｘｅｉｎｎＣｏｒｓｏＩｕｅ
第１卷第２期１
２１０１年６月
徐州建筑职业技术学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＵＺＨ０ＵＮＳＴＵＴＥＯＦＡＲＣＨＩＣＴＵＲＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＴＩＴＥ
Ｖ０．１ｏ２１１Ｎ．
Ｊｎ２１ｕ０１
ｃａｋｅｅｏｅｎｔｅｒｉｆｒｅｏｃｅｅｓｒａｅＢｃｕｅｏｈｅｔｉｉｌｒｔｅｗｅｎｔｅｒｃｓｄｖｌｐｄｏｈｅｎｏｃｄｃｎｒｔｕｆｃ．ｅａｓｆｔｅｃｒａｎｓｍｉｉｙｂｔｅｈａｅｐｒｍｅｔｌｍｏｅｎｈｅｎｏｃｍｅｔｎｎｕｉｒｍｏｒｄｄｅｐｎｉｎｅｆｃｓｔｅｏ — ｘｅｉｎａｄｌａｄｔｅｒｉｆｒｅｎｏ — ｎｆｍｏｃｒｏｅｘａｓｏｆｅｔ。ｈｂ
ｌ钢筋锈胀力及油压模拟实验
１１钢筋锈胀力．
产物，蚀产物沿着钢筋周围与混凝土的交接锈
面会产生具有一定厚度的锈蚀层，蚀层沿着锈交界面的分布和发展是不规则、均匀的．混不在
Ｋｅｒｓｒｉｏｃｄｃｎｃｅｅ；ｃｒｏｉｎｉｄｅｘａｓｏｏｃｙｗｏｄ：ｅｎｆｒｅｏｒｔｏｒｓｏ－ｎｕｃｄｅｐｎｉｎｆｒｅ；ｏｌｐｅｓｒｌｎｉｕｉａｒｃｉｒｓｕｅ；ｏｇｔｄｎｌｃａｋ
ｓｏｒｃｓｆａｌｅｅｏｅｂｖｈｒｔｃｉｅｌｙｒｏｅｎｏｃｄｃｎｒｔ．ｉｎｃａｋｉｌｄｖｌｐｄａｏｅｔｅｐｏｅｔｖａｅｆｒｉｆｒｅｏｃｅｅｎｙ
ＥｘｎｉｎＦｏｃｎＲｅｎｆｒｅｎｒｔｐａｓｏｒｅｉｉｏｃｄＣｏｃｅｅ
ＧＡ０ｉｊａＧＥＮＧＦｅ—ｉｎ，Ｏｕ，ＺＨＥＮＧｎ－ｉｇＪｉｇｊｎ
（ＳｈｏｆＭｅｈｎｃｎｒｈｔｃｕａｇｎｅｉｇ，ｃｏｌｏｃａｉｓａｄＡｃｉｔｒｌｅＥｎｉｅｒｎＣｈｎｎｖｒｉｙｏｉｉｇａｄＴｅｈｏｏｙ，ｚｏＪａｇｕ２１０ＣｈｎｉａＵｉｅｓｔｆＭｎｎｎｃｎｌｇＸｕｈｕ，ｉｎｓ２０８，ｉａ）
由于采用的实验模型与实际钢筋非均匀锈胀效应具有一定的相似性，因此所得到的油压值能够近似地反映出实际的钢筋锈胀力．混凝土表面所产生的顺筋裂缝证明了锈胀裂缝最终是在混凝土在
保护层的正上方．
ｔｉｄｏｌｐｅｓｅｖｌｓａｒｘｉａｅｙｒｐｅｅｅｈｒｃｉａｅｎｆｃｍｅｏｒｓｏｎｉｄｕｅａｎｅｉｒｓｕｒａｕｅｐｐｏｍｔｌｅｒｓｎｔｄｔｅｐａｔｃｌｒｉｏｒｅｎｔｃｒｏｉ —ｎｃｄｅａｉｎｆｒｅＴｈｏｉｕｄｎａｒｃｎｔｏｒｔｕｒａｅｐｏｄｔａｈｅｃｒｏｄｄｅｐａ — ｘｐｎｓｏｏｃ．ｅｌｎｇｔｉｌｃａｋｓｏｈｅｃｎｃｅｅｓｆｃｒｖｅｈ效应的模拟实验研究
高飞剑，欧，耿郑靖靖
（中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州２１０２０８）
摘要：通过油压模拟钢筋锈胀力实验，到了当混凝土表面产生顺筋裂缝时所对应的油压值．得