第6混凝土中钢筋锈胀损伤全过程

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1、混凝土中钢筋锈胀损伤全过程预测与数值模拟同济大学建筑工程系2014.4混凝土中钢筋锈胀损伤全过程预测与数值模拟一、钢筋锈蚀的起因二、钢筋锈蚀的工程实例分析三、混凝土中钢筋锈蚀的机理四、混凝土中钢筋锈蚀的影响因素五、钢筋锈蚀引起的混凝土胀裂过程六、混凝土中钢筋锈蚀率的预测21一、钢筋锈蚀的起因酸性气体裸停建工程酸性液体露钢筋堆场钢酸性固体筋外露钢筋构件微生物腐蚀钢混凝土中性化海水筋内海砂锈蚀混掺减水剂凝粉煤灰土氯盐侵蚀中海洋环境钢外化冰盐筋渗盐湖盐碱地杂散电流工业环境3二、钢筋锈蚀的工程实例分析柳营路某停建工

2、程-1柳营路某停建工程-2停建的嘉裕大厦-1停建的嘉裕大厦-2工程实例—142外滩18号立面板底钢筋锈蚀、保护层脱落板底钢筋锈蚀、锈迹基础梁钢筋锈胀、外露工程实例—25斜土路洋房板底钢筋锈蚀保护层脱落柱钢筋锈蚀楼梯梁角部钢筋锈胀开裂窗过梁钢筋锈蚀外露工程实例—363艺柱丰钢花筋园锈外蚀貌梁梁钢钢筋筋锈锈蚀蚀板板钢钢筋筋锈锈蚀蚀工程实例—47预现制浇板板钢钢筋筋锈锈蚀蚀苏州梁梁阳内内明钢钢山筋筋锈大锈蚀酒蚀店墙柱内内钢钢筋筋锈锈蚀蚀工程实例—584石塘中学梁锈蚀之一石塘中学梁锈蚀之二高安大楼梁锈蚀之一高安大楼

3、梁锈蚀之二工程实例—69工程现象总结:（1）梁柱构件中角部较一般部位容易发生锈胀开裂（2）梁柱构件中箍筋先于纵筋锈胀开裂，且箍筋容易发生保护层脱落现象（3）楼板钢筋锈蚀会发生保护层整体脱落现象（4）梁中钢筋锈蚀沿梁跨不均匀分布（5）不同环境下（碳化、氯盐）的钢筋锈蚀形态不同（6）锈后钢筋截面往往不再是圆形上述现象是否具有普遍性？如何解释上述现象的发生？10511三、混凝土中钢筋锈蚀的机理3.1混凝土中钢筋钝化膜破坏的机理（1）混凝土的保护作用（钝化膜）新鲜混凝土PH达13，钢筋处于高碱性环境，表面生成致密氧

4、化膜（2）中性化破坏钝化膜中性化反应使混凝土PH值降低PH值下降到11.5左右，钝化膜趋于不稳定PH值下降到9~10时，钝化膜作用完全破坏（3）氯离子破坏钝化膜CL-具有很强的穿透氧化膜能力，在氧化膜内层形成易溶FeCL2使氧化膜溶解126临界氯离子浓度133.2混凝土中钢筋锈蚀电化学机理O2大气环境大气环境混凝土混凝土ReOH-HO2+2RRFeace-UeRst钢筋阳极阴极钢筋混凝土混凝土钢筋锈蚀电化学原理示意钢筋锈蚀的模拟电路（1）阳极反应过程：Fe→Fe2++2e-（2）电子传输过程：阳极区释放的电

5、子通过钢筋向阴极区传送（3）阴极反应过程：O2+2H2OO4e+4e-→4OH-（4）腐蚀产物生成过程：Fe2++2OH-→Fe(OH)2（白锈，3.8）4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3（褐锈,4.2；吸水变黄锈,6.4）2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O（红锈,3.2）6Fe(OH)2+O2→2Fe3O4+6H2O（黑锈，2.1）14715四、钢筋锈蚀的影响因素（1）PH值PH>10，PH值增大，腐蚀速度降低PH<9~10，钢筋完全脱钝，锈蚀速度不再受pH值影响PH<4，析氢腐蚀，P

6、H值降低，腐蚀速度上升0.0090.00822℃0.00740℃0.0060.005腐蚀速率0.004均00030.003平0.0020.0010141312111098765432pH值168（2）温度温度不同，强碱环境下的拐点不同温度低于10度时，腐蚀速度较慢在10~60度之间时，腐蚀速度随温度上升而加大温度超过60度时，温度增大，速度下降0.250.200.150.10失重量(g)损0.050.00020406080100温度(℃)17（3）混凝土电阻抗（4）孔隙水饱和度和相对湿度（5）水灰比（6）水

7、泥品种和掺和料（7）保护层厚度、质量、完好性18919五、钢筋锈蚀引起的胀裂损伤5.1钢筋锈胀损伤过程及其破坏形态CL-CO2O2H2O锈蚀产物混凝土钢筋孔隙过渡区VpVcr膨胀应力产生阶段保护层开裂及裂缝发展阶段20105.2胀裂时的钢筋锈蚀量（率）锈损钢筋体积胀裂力作用下混凝土变形量胀裂力作用下钢筋周边孔隙体积等代径向变形孔隙区等效厚度2122115.3胀裂时钢筋锈蚀量的确定人工加速锈蚀试验试验统计法长期暴露试验均匀锈蚀模拟模拟试验法坑蚀

8、模拟弹性分析方法施加荷载力学分析法有限元方法施加位移温度膨胀环235.4Bazant数值模型qrfqrqrtqrftftftfftd/2d/2td/2d/2Sd/2CCftC45o45o一般边位置角区整体脱落胀裂q=f⋅2c/d时rt钢q=f⋅(2c/d+2−1)rt筋锈qr=ft⋅(s−d)/d胀力2412δpcqrqrdqrd胀cc裂时δlδp上限下限p孔23边u⎡d⎤d2dδ=1+μ+⎥⋅+p⎢()2径⎣2