受腐蚀钢筋混凝土材料及其粘结性能耐久性研究

摘要

1.完成了414个混凝土标准棱柱体试件单轴轴心抗压性能试验，揭示了两种侵蚀环境下(酸雨、低温海水)不同腐蚀程度的混凝土物理力学性能(外观、质量、抗压强度、弹性模量以及相对动弹性模量等)劣化规律，并应用复合材料细观损伤力学计算了受腐蚀混凝土静力抗压弹性模量，通过试验结果初步验证了弹性模量模型的适用性和有效性；完成了67个混凝土哑铃型试件在两种侵蚀环境下(酸雨、氯化钠)单轴轴心抗拉性能试验，揭示了不同腐蚀程度的混凝土抗拉力学性能(抗拉强度、弹性模量以及抗拉应力-应变曲线等)劣化规律。
　　 2.提出以应变能损失率表征钢筋锈蚀程度，通过对本文和文献中几种类型的锈蚀钢筋(变形钢筋、光圆钢筋、钢绞线)进行力学性能分析，研究结果表明：应变能损失率较质量损失率和截面损失率对钢筋的锈蚀程度更为敏感，可合理反映钢筋锈蚀程度。
　　 3.在假设钢筋均匀锈蚀的前提下，提出将c/d0(c为混凝土保护层厚度，d0为钢筋的原始直径)作为控制指标，分别基于弹性力学和断裂力学基本理论，建立了混凝土保护层开裂时刻钢筋临界锈蚀深度的理论计算模型。
　　 受腐蚀混凝土力学性能劣化、钢筋锈蚀、受腐蚀钢筋混凝土之间粘结性能降低是钢筋混凝土结构提前发生破坏的原因。目前因腐蚀造成钢筋混凝土结构耐久性退化已经引起国内外学者的普遍关注，成为研究热点。本文在总结国内外有关受腐蚀钢筋混凝土材料以及其粘结性能基础上，在国家自然科学基金(编号50708010)资助下，进行了上述三方面研究工作，主要内容包括：
　　 1.研究两种侵蚀环境(酸雨、低温海水)下混凝土单轴抗压力学性能的劣化规律。完成了414个混凝土标准棱柱体试件单轴轴心抗压性能试验，揭示了两种侵蚀环境下(酸雨、低温海水)不同腐蚀程度的混凝土物理力学性能(外观、质量、抗压强度、弹性模量以及相对动弹性模量等)劣化规律；应用复合材料细观损伤力学弹性模量理论模型，计算受腐蚀混凝土静力抗压弹性模量，通过对两种侵蚀环境下(酸雨、低温海水)受腐蚀混凝土的试验结果进行验证，研究结果表明：理论模型计算结果与试验数据吻合较好。
　　 2.完成了两种侵蚀环境(酸雨、氯化钠)下67个混凝土哑铃型试件单轴轴心抗拉性能试验研究，得到了不同腐蚀程度混凝土的抗拉性能退化规律。
　　 3.提出以应变能损失率表征钢筋锈蚀程度，通过对本文和文献中几种类型的锈蚀钢筋(变形钢筋、光圆钢筋、钢绞线)进行力学性能分析，研究结果表明：应变能损失率比质量损失率和截面损失率对钢筋锈蚀程度更为敏感。
　　 4.在假设钢筋均匀锈蚀的前提下，提出将c/d0(c为混凝土保护层厚度，d0为钢筋原始直径)作为控制指标，分别基于弹塑性力学和断裂力学的基本理论，建立了混凝土保护层开裂时刻钢筋临界锈蚀深度的理论计算模型。通过国外文献的多组试验数据对计算模型进行验证，结果表明理论模型结果与试验结果吻合较好。
　　 5.建立了考虑钢筋与混凝土之间粘结性能有限元模型，探讨了钢筋、混凝土及其粘结性能分别对钢筋混凝土构件力学性能的影响，给出了对锈蚀钢筋混凝土构件(结构)进行有限元分析时必须考虑钢筋与混凝土之间粘结性能变化的建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景

1.2课题研究的意义

1.3国内外研究现状

1.3.1腐蚀环境下混凝土材料力学性能研究现状

1.3.2锈蚀钢筋

1.3.3受腐蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能研究现状

1.4目前存在的不足

1.4.1试验方法的缺陷

1.4.2受腐蚀钢筋混凝土缺乏系统理论研究

1.5本文主要工作

第2章两种侵蚀性环境下混凝土抗压性能研究

2.1受模拟酸雨腐蚀混凝土的抗压力学性能研究

2.1.1试验材料

2.1.2试件制备

2.1.3试验方法

2.1.4试验过程

2.1.5试验结果及分析

2.1.6受侵蚀混凝土弹性模量理论模型

2.1.7分析与讨论

2.2低温环境下受海水侵蚀混凝土的抗压力学性能试验研究

2.2.1试验材料

2.2.2试件制备

2.2.3试验方法

2.2.4试验过程

2.2.4试验结果及分析

2.2.5受侵蚀混凝土弹性模量理论模型

2.2.7分析与讨论

2.3本章小结

第3章两种侵蚀性环境下混凝土抗拉性能研究

3.1模拟酸雨环境下受腐蚀混凝土抗拉力学性能试验研究

3.1.1试验材料

3.1.2试件制备

3.1.3试验方法

3.1.4试验过程

3.1.5试验结果及分析

3.2受海水侵蚀混凝土抗拉力学性能试验研究

3.2.1试验材料

3.2.2试件制备

3.2.3试验方法

3.2.4试验过程

3.2.5试验结果及分析

3.3本章小结

第4章锈蚀钢筋的锈蚀率及力学性能研究

4.1钢筋锈蚀率

4.2锈蚀钢筋力学性能试验研究

4.2.1试验材料

4.2.2试验方法及过程

4.2.3试验结果及分析

4.3不同侵蚀环境下不同类型的锈蚀钢筋分析

4.3.1两种侵蚀环境下变形及光圆钢筋

4.3.2锈蚀钢绞线

4.4本章小结

第5章混凝土保护层锈胀时刻钢筋锈蚀深度的理论模型

5.1混凝土保护层胀裂时刻钢筋锈蚀深度的理论模型

5.1.1锈蚀钢筋与混凝土模型

5.1.2受锈胀力作用的混凝土模型

5.1.3试验验证和影响因素分析

5.1.4讨论

5.2本章小结

第6章受腐蚀混凝土与钢筋粘结性能有限元分析

6.1有限元模型

6.2单元类型

6.2.1 SOLID65单元

6.2.2 LINK8单元

6.2.3 COMBIN39单元

6.3锈蚀钢筋与混凝土粘结有限元模型

6.3.1材料本构关系

6.3.2有限元模型建立

6.4本章小结

第7章结论

7.1本文工作总结

7.2今后工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢