混凝土結構銹裂、剝落機理及預測模型研究

《混凝土結構銹裂、剝落機理及預測模型研究》是依託浙江大學，由趙羽習擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：混凝土結構銹裂、剝落機理及預測模型研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：趙羽習
• 項目類別：面上項目

項目摘要

混凝土結構保護層的銹脹開裂、發展直至剝落的損傷全過程對混凝土結構的服役性能和使用壽命均有著重要的影響。但就目前已取得的研究成果，尚無法準確預測混凝土表面銹裂時刻；而混凝土保護層剝落機理和預測方面工作鮮見文獻報導。因此，本項目擬考慮混凝土結構受外部荷載和非均勻鋼筋鏽蝕作用等實際情況，從結構工程、材料學和力學原理等學科的交叉領域，研究非均勻鏽蝕受荷混凝土構件的銹裂、剝落行為，建立與實際工程情況相符合的混凝土結構構件表面銹裂預測模型；基於銹裂形態模型，研究銹脹裂縫在混凝土表面處裂寬的發展規律，建立與荷載、環境和時間相關的混凝土表面銹裂寬度預測模型；研究荷載作用下鏽蝕混凝土構件保護層剝落機理，建立混凝土保護層剝落極限狀態方程和預測模型。本項目的研究工作對於完善混凝土結構耐久性分析理論體系具有重要的作用，對實際混凝土工程銹裂、剝落狀態的預測與控制也具有重要的套用價值。

結題摘要

本項目對混凝土結構保護層的銹脹開裂、發展直至剝落的損傷全過程進行研究。利用掃描電鏡觀測乾濕循環環境中劣化多年的鏽蝕鋼筋混凝土試件，研究鋼筋/混凝土界面銹層填充周邊混凝土的動態發展行為，首次定量測試填入界面混凝土孔隙的鋼筋鏽蝕產物。運用損傷力學對混凝土構件進行銹脹開裂全過程分析，重新構建混凝土表面銹裂預測模型，可更準確地預測混凝土表面銹裂時刻。研究乾濕循環環境中劣化多年的鏽蝕鋼筋混凝土試塊，分析鏽蝕鋼筋與混凝土界面處的非均勻銹層分布規律，建立了基於高斯函式的混凝土內鋼筋銹層非均勻幾何分布模型，模型參數均具有明確的物理意義，模型參數均具有明確的物理意義並得到了數學驗證；提出了多重高斯模型，以表征多條銹脹裂縫所對應的多個銹峰。研究混凝土銹脹裂縫發展過程，建立了考慮箍筋約束作用的表面裂縫寬度預測模型以及表征銹脹裂縫從鋼筋表面到保護層表面各點寬度的裂縫形態模型；提出表面開裂時裂縫寬度不為0，建議取值0.1 mm，該成果被編入浙江省規範《混凝土結構耐久性技術規程》；提出了以裂縫面積作為損傷參數來表征混凝土構件的損傷情況。研究表明環境與荷載耦合作用對混凝土構件造成的裂縫損傷大於單一環境和單一荷載所造成的損傷之和；箍筋的鏽蝕會對縱筋的鏽蝕及縱向裂縫的發展造成影響。通過有限元建模，考慮保護層厚度、鋼筋直徑和間距等構件幾何尺寸因素，分析混凝土內的銹脹裂縫分布形態，進行混凝土保護層銹裂剝落的破壞類型分析；結合試驗研究，判斷混凝土剝落的臨界狀態，並結合損傷力學建立混凝土保護層剝落的預測模型。 本項目的研究對於完善混凝土結構耐久性分析理論體系具有重要的作用，對實際混凝土工程銹裂、剝落狀態的預測與控制也具有重要的套用價值。基於上述研究成果，發表13篇標註本項目資助學術論文，其中SCI收錄論文7篇（其中5篇在影響因子為5.154的高水平國際期刊上發表）。獲批1項發明專利，完成1部英文專著Steel corrosion-induced concrete cracking。