论文部分内容阅读
钢筋混凝土结构耐久性失效最主要的原因是钢筋锈蚀,随着时间的推移,结构内锈蚀产物不断堆积导致体积快速膨胀开裂。混凝土出现裂缝后,环境中的腐蚀离子通过锈蚀裂缝更快速的进入到混凝土内部与铁离子发生反应,从而进一步加快钢筋锈蚀。因此,研究钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀问题,具有很实际的意义。本文采用试验研究与软件模拟结合的方法,从多个尺度层次对氯盐环境与氯盐环境-荷载耦合作用下的钢筋混凝土构件锈蚀进行了探索与研究,主要内容如下:(1)自行设计了氯盐环境与氯盐环境-荷载耦合作用下试件的持续加载装置,应用恒电流-干湿循环加速锈蚀方法对不同腐蚀时间下钢筋混凝土试件进行加速锈蚀,从多个尺度上分析了两种作用下对试件锈蚀的影响。结果表明:(a)相同腐蚀时间下氯盐环境-荷载耦合作用的锈蚀率比氯盐环境作用下锈蚀率更高,且锈蚀率均呈现三个阶段。(b)氯盐环境-荷载耦合作用下混凝土表面裂缝衍化趋势与氯盐环境作用下不同,氯盐环境下混凝土裂缝随纵筋方向均匀横向分布,而氯盐环境-荷载耦合作用下的混凝土裂缝中间段均匀横向分布,到两端开始向下发展。(c)通过光学扫描与电镜扫描图显示,氯盐环境-荷载耦合作用下更快出现锈蚀产物,锈蚀范围与锈蚀厚度均比氯盐环境下要更广更厚。氯盐环境下的锈蚀产物相对平整密实,而氯盐环境-荷载耦合作用下的锈蚀产物由松散到密实,再逐渐呈现块状分布。(2)应用X衍射对氯盐环境与氯盐环境-荷载耦合作用下加速锈蚀36d的钢筋锈蚀产物进行分析,得到了两种作用下锈蚀产物中含有的晶体种类与含量。(3)在微观尺度对钢筋混凝土中钢筋锈蚀情况进行初步探索,将分子动力学模拟方法引入到钢筋混凝土耐久性研究中,应用分子动力学软件中的CASTEP板块对不受力状态下锈蚀产物的晶体结构进行弹性模量计算,对晶体结构施加应变后,用同样的方法对其进行各晶体结构的弹性模量计算。结合X射线衍射结果得到两种作用下锈蚀产物的弹性模量。(4)通过锈胀开裂之前的钢筋锈蚀量分布模型,应用弹性理论,引入了由环境-荷载耦合引起的锈蚀产物弹性模量,建立了钢筋非均匀锈胀力的分布模型,通过实验验证了该公式的可行性。