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通电、干湿及盐雾条件下钢筋混凝土锈胀细观试验研究

徐沛  
【摘要】:氯离子引起的钢筋混凝土锈胀开裂是建筑工程面临的主要问题之一,而其中混凝土保护层的临界锈胀开裂指标是评价结构使用寿命的重要指标。目前,国内外众多学者从锈胀试验、经验公式、理论模型等角度对此展开了相关的研究工作,并取得了丰硕的研究成果。但截至目前,现有的研究大都只采用一种方式进行试验,并未从多种试验方式同时入手,从而对获取的临界开裂时间等劣化参数进行横向比较,以提高试验结果的可靠性;此外,既有的大多数锈胀开裂模型仍一直忽略混凝土保护层内部不同位置存在的原生缺陷,没有深入考虑保护层中存在的实际初始缺陷对锈胀破坏的影响等问题;再者,在细观测试分析中,众多研究大都局限于探索钢筋横截面的二维非均匀锈蚀分布信息,很少有涉及对三维非均匀锈层分布特性的有效提取,即当前的研究并不能真正地反映真实的三维非均匀锈蚀状态。因此,本文结合国家自然科学基金项目(51278304),从试验的角度深入分析了不同锈蚀环境下混凝土结构的开裂指标和锈胀影响因素,并结合XCT技术,观察在不同锈蚀环境下钢筋的锈蚀情况及内部缺陷与裂缝开展之间的关系,并在此基础上,对锈蚀产物的填充和裂缝的衍生过程进行连续性动态变化研究,为真实情况下的混凝土锈胀理论研究提供十分宝贵的试验参数。本文的主要内容包括:(1)制作用于通电、干湿、盐雾三种锈蚀方式的钢筋混凝土试样,开展相关锈蚀试验,得到上述三种试验条件下的保护层临界锈胀开裂指标,并发现干湿和盐雾循环锈蚀方式下,保护层的开裂时间约为通电试样开裂时间差距的2倍;同规格试样在三种腐蚀条件下,随着混凝土保护层厚度的增加,试样的开裂时间越长;保护层厚度条件一定时,钢筋的直径越大,开裂时间越长,并对已有的理论模型进行了修正;(2)对上述三种不同锈蚀方法下的相同裂缝宽度的钢筋混凝土试样进行XCT扫描,获得真实情况下的锈蚀产物和裂缝的三维空间分布、相互关系以及钢筋锈蚀率、体积膨胀率等定量分析结果,试验结果发现,干湿和盐雾的锈蚀形式更趋于非均匀锈蚀,通电锈层厚度变化更均匀,锈蚀形式相对趋于均匀锈蚀,并通过SEM和EDS试验,验证XCT试验结果的可靠性;(3)对含初始缺陷试样的锈胀开裂数据进行深入研究,定量分析各因素对开裂时间的影响程度,发现保护层厚度对于开裂时间的影响程度最大,变化率为137%;初始缺陷尺寸的影响程度最小,变化率为20%;中部初始缺陷试件开裂时间的变化率大于表面缺陷,因此实际工程中更需考虑中部缺陷对于结构耐久性的影响;(4)引入含不同位置初始缺陷的试样,并与未设置初始缺陷的试样进行对比,在设置多个锈蚀阶段的基础上,利用XCT对钢筋混凝土试样内部的锈蚀膨胀过程进行无损的全过程细观测试,分析内部三维空间分布及锈蚀产物与裂缝之间的动态关系,发现含初始缺陷的试样,各个阶段的最大锈层厚度皆出现在缺陷和大裂缝附近区域(±15o),说明缺陷和锈峰位置对含初始缺陷试样的大裂缝开展影响很大;锈峰对无缺陷试样大裂缝开展的影响大。综上所述,本文研究将为我国氯盐环境下钢筋混凝土结构使用寿命评价及其维修加固提供基础性的成果支持。


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