材料腐蚀模式对长期服役钢筋混凝土梁承载能力的影响研究

摘要

钢筋混凝土桥梁服役过程中长期暴露在大气环境中以氯盐、二氧化碳为代表的腐蚀因子作用下，因钢筋混凝土材料性能的退化，结构承载能力将不可避免地产生衰减。准确分析钢筋混凝土桥梁的剩余承载能力对于判断结构工作状态、制定维修养护策略而言，其重要性不言而喻。以往研究中对既有钢筋混凝土桥梁承载能力的研究多根据大量实际工程数据拟合成相关经验公式，但因缺乏背后的理论指导，结果往往离散性比较大。除此以外，还存在承载能力评估过程中大量与评估者主观判断相关的参数，导致最终承载能力的评估质量更加难以保证。　　基于上述原因，本文从钢筋混凝土材料的腐蚀损伤出发，首先分析了氯离子侵蚀及混凝土碳化在RC结构材料性能退化中的作用机理，以及二者联合作用下相互间的影响。此外，钢筋混凝土梁服役过程中工作环境及承受荷载即混凝土开裂行为的不同，导致了腐蚀过程中钢筋表面腐蚀原电池阳极与阴极面积比及分布形式的不同。　　据此，将RC结构的腐蚀行为分成了宏电池腐蚀和微电池腐蚀两种模式，前者主导钢筋局部点蚀，后者主导钢筋产生均匀锈蚀。为进一步研究微电池腐蚀模式下钢筋锈蚀与RC梁剩余承载能力的相关关系，本文采用了4根实际服役50余年，但服役过程中因荷载水平很低而未产生开裂且外界氯离子侵蚀几乎可以忽略的钢筋混凝土梁作为研究对象，进行结构荷载试验和钢筋混凝土材料性能的检测。通过试验结果发现，碳化作用同样可以通过释放混凝土中束缚态、吸附态的氯离子来使钢筋产生锈蚀现象且此时的腐蚀模式以微电池腐蚀为主导，钢筋产生比较均匀的锈蚀。为了得到4根老化试验相较于其完好状态时的承载能力损失，需要研究其理论承载能力。因此在充分了解老化试验梁材料力学特性的前提下，依据原老化试验梁图纸新浇筑了两根对照试验梁用以通过试验推定老化梁的理论承载能力。　　最终通过结合试验结果进行分析，建立公式并提出了微电池腐蚀模式主导下基于钢筋锈蚀损伤的长期服役钢筋混凝土梁承载能力分析理论框架，并将其扩展到了微电池腐蚀与宏电池腐蚀共同作用的条件下以符合大多数钢筋混凝土梁的实际工作状态。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 综合评估方法

1.2.2 荷载试验方法

1.2.3 基于设计规范的评估方法

1.2.4 基于可靠度理论的概率评估方法

1.2.5 专家系统评定方法

1.3现有研究的不足

1.4本文主要研究内容及研究方法

第2章 RC材料腐蚀退化机理研究

2.1 引言

2.2 氯离子侵蚀作用机理

2.2.1 破坏钝化膜

2.2.2 阳极去极化

2.2.3 强化离子导体通道

2.3 碳化作用机理

2.3.1 碳化初期

2.3.2 碳化中期

2.3.3 碳化后期

2.4 氯离子侵蚀-碳化耦合作用

2.4.1 氯离子侵蚀对混凝土碳化的影响

2.4.2 碳化对氯离子侵蚀的影响

2.5 RC材料的两种腐蚀模式

2.6 本章小结

第3章 长期服役钢筋混凝土梁承载能力试验

3.1 引言

3.2 承载能力试验方案

3.3 老化梁试验结果

3.4 对照梁试验

3.6本章小结

第4章 老化试验梁钢筋混凝土材料性能检测

4.1 引言

4.2 混凝土材料试验

4.2.1混凝土材料力学性能试验

4.2.2混凝土碳化深度检测

4.2.3混凝土氯离子含量检测

4.3 钢筋材料试验

4.3.1钢筋力学性能试验

4.3.2钢筋锈蚀率检测

4.4本章小结

第5章 基于材料腐蚀模式的RC梁承载力分析

5.1 引言

5.2 微电池腐蚀主导下RC梁承载力分析

5.2.1 两种典型的微电池腐蚀

5.2.2 微电池腐蚀主导下RC梁承载力损失分析

5.3 有宏电池腐蚀参与的RC梁承载力分析

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢