分析裂缝宽度预测钢筋混凝土的腐蚀

1、分析裂缝宽度预测钢筋混凝土的腐蚀T. Vidal, A. Castel, R. Francois*Laboratoire Materiaux et Durabilite des Constructions (LMDC), Departement Genie Civil et Urbanisme,Institut National des Sciences Appliquees (INSA-UPS), 135 Avenue de Rangueil, 31077 Toulouse cedex 4, FranceReceived 15 March 2002; accepted 22 July 200

2、3摘要：本文的目的是介绍一套连接钢筋锈蚀分布和覆盖裂缝宽度的关系，这种腐蚀的结果。这项工作是基于对实验结果的纵向钢筋的梁自然腐蚀14和17年期间。我们首先比较了这些实验的结果与现有的模型连接的裂缝宽度及攻击渗透。指出这些模型只是部分预测实际的实验数据，我们提出了一个新的模型，使用的参数的加固截面损失。D 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.Keywords: Corrosion; Reinforcement; Concrete; Crack detection; Modeling 自1984年以来,Laboratoire伴侣riaux et Durab

3、ilitedes结构(激光磁畴控制)在图卢兹进行重大研究项目,以更好地了解机械负荷之间的关系和钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的发展暴露出一个积极的环境。锈蚀钢筋混凝土模型行为最近提议1,考虑到腐蚀的减少所示部分和损失-债券2钢筋截面损失是这个模型的主要 输入参数,允许我们预测锈蚀钢筋混凝土的力学行为。这个目的,与评价腐蚀的腐蚀状态结构有关。 当我们进行原位测试,我们知道有一些非破坏性方法,与线性的偏振技术,可以提供数据腐蚀速率的援军嵌入混凝土。但是没有准确的信息的变化腐蚀速率随着时间的推移,这些方法不能提供我们意味着减少评估实际截面。另一种技术,雷达测量检测条件是否有利于增长通过分析混凝土电磁的腐蚀

4、属性。 这项研究的目的是评估的状态腐蚀现场腐蚀结构元素的视觉检查,建立腐蚀的地方分布在每一个强化。因此,一种方法涉及到减少推导观察裂缝的宽度的钢截面由于腐蚀。事实上,提供纵向裂缝钢筋腐蚀的最清晰的视觉表现。这一现象起源于腐蚀的形成比声音更大量的钢铁产品。径向应力产生在周围的混凝土的混凝土保护层开裂。 一些实验工作试图链接纵向裂缝宽度与腐蚀,但作为一般规则,他们依靠使用电场加速测试提供代替真正的腐蚀。相反,本研究的实验结果获得两束自然生理盐水腐蚀环境和受到干湿周期结束14和17年的时期。尽管这是一个加速版的实际过程中的腐蚀。虽然这是加速版的真实过程，这c更接近实际观测到的自然条件下，相对于腐蚀分

5、布、腐蚀型和氧化物的产生，比其使用外加电流或CaCl2混凝土。 减少样本数量可以解释的长时间需要保证传播的腐蚀。然而,四3米长增援部队被嵌入每个梁,与各种混凝土保护层和钢筋直径值。所有实用目的,因此我们可以考虑每一个强化区域(每个包括腐蚀坑之一f0.5毫米长)提供一个单独的样品。因此,考虑到由于腐蚀,令人印象深刻的扩张的数量为每个钢筋是样品很重要的。 我们的第一步是比较获得的结果与现有模型连接裂缝宽度和腐蚀。然后我们介绍新的地方钢截面损失分布之间的关系和相应裂缝宽度,考虑不同参数的影响,如封面/直径比和钢筋直径。 2。实验环境 这项工作是基于一个长期实验项目开始于1984年激光磁畴控制。最初,

6、36加强梁加载在氯环境下和存储。在不同阶段,梁从氯环境中开展实验工作评估氯离子渗透,考虑效果的裂缝腐蚀等。我们提供了一个总结的第一个在之前12年的实验论文。目前,12束仍存储在装载限制盐雾和我们现在研究结果梁的两个人从这个集合中提取。这种持续实验的显著特征是,腐蚀的结果存储在氯离子环境中处于加载状态,“自然”腐蚀从而获得被腐蚀结构的高度代表现实世界。氯环境(35 g / l的氯化钠,对应海水的盐浓度)是通过使用生成的四个喷雾位于上部的角落一个狭小的房间,与干湿周期。 钢筋混凝土成员是3米长横梁。A和B型梁不同的增援部队,但是使用相同的普通钢筋(屈服强度= 500 MPa)。A和B梁对应一个40

7、毫米最大和10毫米最低混凝土保护层,(图1),分别按照法国规定生产的时候(1983年印度枳)。根据法国标准,加载值(ms = 13.5 kN m)与最大载荷和耐用性在一个积极的环境类型梁(正常使用极限状态要求积极环境)和最大负载和阻力(非主动环境极限载荷极限状态)的B型元素。在破碎的部分,最大应力拉伸增援165和250 MPa,分别为A和B样品。尽管缓慢,使用合适的设备加载率保持不变。 水泥混凝土组成和化学成分表1中给出。水/水灰比为0.5,但内容调整(例如0.49或0.48)获得一个常数可加工性的7厘米坍落试验。平均压应力和弹性模量得到圆柱标本,分别45 MPa和32 GPa在28天。测量使

8、用分割测试,抗拉强度为4.7 MPa。孔隙度为15.2%。3所示。实验程序 研究工作是基于实验的结果A和B元素取出后17和14年的存储在盐水环境中。 3.1。开裂图 每个梁开裂专门绘制地图弯曲的确切位置和横向裂缝纵向腐蚀开裂。一个双目镜片0.02毫米的精度是用来测量裂缝宽度。作为我们只连接钢截面宽度的损失腐蚀裂纹、弯曲裂缝的宽度显示在地图。 3.2。评估钢筋截面损失我们评估了钢钢筋截面质量损失。参考钢筋质量每单位长度测量在非腐蚀使用钢筋区域。在腐蚀地区,剩余单位长度上的质量后评估去除腐蚀产物(使用吗克拉克的解决方案),然后与参考质量有关。的钢筋平均每单位长度的质量损失然后用情商计算。 腐蚀损伤

9、的测量进行每个梁的增援部队。钢截面损失最终推导出使用Eq。从质量损失(2):DAsDmm与DAs2:钢截面损失(平方毫米);为钢截面(平方毫米)。4所示。实验结果和现有模型之间的比较方法大多数研究工作 处理腐蚀和裂缝宽度之间的关系是基于攻击渗透参数。因此,在第一步,结果转置的渗透参数和攻击与现有研究相比研究所开展工作,在马德里。确定攻击渗透攻击渗透是计算从测量钢质量损失使用罗德里格斯等。给的关系攻击和减少剩余钢筋直径;是最初的钢筋直径;x是坑渗透;是坑集中系数【15】;4 = 2,均匀腐蚀; 8,局部腐蚀。然后我们得到了腐蚀坑深度和钢筋截面损失之间的关系通过耦合方程式。其中x是坑渗(Am);/

10、 0是最初的钢筋直径(毫米)。我们推导出坑的深度测量的值局部钢筋截面损失由于腐蚀。【4】坑集中系数等于8对应的值引起的局部腐蚀攻击氯化物。4.2。相对应的裂缝宽度的确定攻击渗透一束的位置,两个梁表面裂缝宽度的总和,由于相同的腐蚀区域的酒吧,是计算。一个例子是图3所示,考虑两个裂纹构型。配置,等效宽度对应的总和裂缝的宽度。配置等价的宽度对应裂缝的宽度。5。实验结果5.1。开裂图开裂图的宽度纵向腐蚀裂纹。线对应的弯曲裂缝诱导机械加载。然而,它们的宽度并不表示因为他们不产生腐蚀。然后,梁为了评估当地钢筋腐蚀过程中发生断裂。5.2。分布钢筋截面损失腐蚀分布评估进行拉伸钢筋都在混凝土抗压区梁。当地的钢筋

11、截面损失计算从当地大规模使用Eq损失。6。裂缝宽度和攻击之间的关系渗透攻击造成局部损失的质量有关的裂缝宽度测量两束光的图10所示。四种类型的酒吧进行了研究:在具体的钢筋梁受压区和拉伸酒吧A和B。对比实验结果和现有的模型是通过两个步骤进行破解过程:初始化;传播。6.1。攻击渗透初始开裂图表描述裂缝宽度与攻击渗透,基于实验结果,用于确定实验攻击渗透x0,启动在A和B型梁开裂(图10)。之间的交点横坐标的线性趋势实验曲线点和横坐标轴对应于所需的攻击渗透裂纹只有三个值的攻击渗透诱导，因此获得了因为没有裂缝出现在裂缝钢筋的情况下梁的混凝土受压区答:按照从其他研究的结果(11、12、16),最重要的参数的

12、影响裂纹起始封面/直径比(图11)。作为混凝土保护层对应于混凝土的厚度之间的横向钢筋箍筋和混凝土表面上看,纵向钢筋之间的混凝土厚度和梁表面分别为4.8和1.6厘米,为梁A和b这些值用于计算与/ 0 c / / 0比例,对应于初始直径纵向钢筋。在图11中,实验结果进行比较现有的型这些线性链接攻击渗透需要启动的关系破解x0,封面/直径比:开裂所需的坑渗c是混凝土保护层(mm);/ 0是最初的钢筋直径(毫米)。fc,sp是分裂抗拉强度(MPa)。方程式之间的主要区别。(5)和(6)x0混凝土抗拉强度的影响,考虑在Eq。(6)。然而,图11显示实验结果不符合预测计算使用Eq。(6)。事实上,梁中使用研

13、究混凝土抗拉强度等于4.7 MPa,模型预测成为错误(x0 0)。相反,Eq。(5)似乎是相关的。考虑到良好的相关性获得,Eq。(5)将被用来预测x0中剩下的研究。6.2。攻击渗透率和裂缝宽度之间的关系正如前面指出的,酒吧在混凝土的腐蚀压区梁不产生裂纹。对于这种情况,只表示最大的坑渗透。图10显示了裂缝宽度与攻击的发展渗透,包括实验结果和现有的模型。一般形式的裂缝宽度之间的关系和攻击渗透罗德里格斯et al .11提出的是:wKx x07其中w是裂缝宽度(毫米);K的斜率是吗曲线;x0攻击渗透导致裂纹萌生1996年,罗德里格斯等。 图10的分析表明,这些方法都不是真正适合的实验结果。此外,的价

14、值参数(a = 8)对应的最佳关联罗德里格斯等人之间的模型和实验结果(见段4)。在拉伸的情况下梁的增援部队增援的,位于梁受压区B,相关性之间的腐蚀开裂和攻击渗透是不同的,尽管类似封面/直径比率。按照分析罗德里格斯et al .,封面/直径比的似乎不相关裂缝的发展。这两者之间的区别情况下可以解释这些增援有不同的直径。的直径考虑,似乎会有一些影响裂缝宽度之间的关系和攻击渗透。 在传播过程中,裂缝宽度与氧化物的数量直接相关,这是成比例的钢铁横截面的损失。一个线性关系连接钢筋截面损失和裂缝宽度可以提出。因此,这种关系将是独立的钢筋的直径。根据其他作者11,(Eq(8)的关系坑深度与裂缝宽度也会独立钢筋

15、的直径。然而,考虑到配置的两个不同直径的增援部队相同的攻击渗透(图12所示)钢筋截面损失Eq。 (3),显然是依赖于钢筋直径/ 0:DAsp42ax / 0 a2x29因此,两个相似的坑深度发生在两个不同的直径不同钢截面损失和诱导裂缝宽度。这解释了我们之间的差异实验结果和模型(图10)。总之,现有的模型只能部分预测我们的实验结果基于真正的腐蚀。因此,我们应当提出一个新的关系裂缝宽度与钢筋截面损失。7所示。一种新的模式连接裂纹宽度和强化横截面的损失选择截面损失参数来描述开裂过程而不是坑渗透。新模型预测钢筋截面损失裂缝宽度暴露在两个阶段:起始和传播。7.1。钢初始开裂截面损失的言论在图10中,我们

16、选择提出的模型阿隆索et al。(Eq。(5)预测钢截面损失DAs0初始裂缝。我们可以结合方程式。(4)和(5)获得的表达式当地钢铁横截面损失DAs0开裂所必需的起始和/ 0,a和c / / 0比例(Eq。(10):DAs01 1一个/ 07:5332/ 02“#10其中/ 0是钢筋直径(毫米);一个是坑的浓度因钢横截面损失(平方毫米),是钢截面(平方毫米)。Eq。(10)不采取的具体特征(混凝土抗拉强度、孔隙度等)考虑12因为梁于本研究使用相同的混凝土。因此,使可用的实验数据没有结论对混凝土的影响特征。在表2中,实验和计算钢横截面损失几乎是相同的。实验确定钢截面损失值,使用Eq。(9),坑攻

17、击横坐标对应的点实验的线性趋势曲线之间。点和横坐标轴(图10)。7.2。裂缝宽度和钢截面之间的关系损失图13展示了裂缝宽度测量的混凝土梁与钢截面损失。对于每一个强化的情况下,钢的价值推导出截面损失初始开裂实验分为了仅代表传播一步的开裂过程。作为最大的横截面损失不产生开裂,实验结果的钢筋混凝土梁受压区不是图13所示。实证预测裂纹扩展线性表达式如下:wKDAs DAs011其中w是裂缝宽度(毫米);DAs钢横截面的损失吗平方毫米;K = 0.0575;r2 = 0.82(回归)。图13显示了实验值正确使用单一的线性相关关系,独立c / / 0和直径参数。这证实了,证明的使用钢筋截面损失,而不是攻击

18、渗透,作为单一参数的影响裂纹的增长在传播阶段,现在的结果。然而,钢筋的位置考虑罗德里格斯等人模型(系数b)似乎没有影响裂缝的发展。事实上,它是好已知19,核心筒的质量界面会有所不同,在关系到钢铁本地化梁,因为当地钢筋混凝土剥离由于关于混凝土出血发生在上钢筋铸造的方向。如果有更多的空间上钢筋、腐蚀产物必须填写这地方孔隙度在开裂;因此,只有坑的价值初始开裂将受到影响。裂纹出现将被推迟7,但启动后,钢没有地位的影响力。尽管如此,图13显示了相对明显的散射。对于裂缝宽度值介于0和1毫米,散射似乎显著低于价值超过1毫米不等。这符合阿隆索等人的结果。8。结论在本研究中,我们研究了裂缝宽度强化质量损失由于两

19、个3-mlong的腐蚀钢筋混凝土梁氯化存储在一个环境。腐蚀的增援部队接近等发生在自然条件对腐蚀分布,腐蚀类型和类型的氧化物。大量的腐蚀和广泛分布攻击渗透的混凝土一组广泛的实验分链接裂纹宽腐蚀。在第一种情况下,表达的腐蚀状态攻击渗透由于提供的公式罗德里格斯等人,然后与现有的模型相比裂缝宽度发展锈蚀和腐蚀。然而,虽然这些模型对裂纹提供良好的预测开始他们没有告诉我们关于传播阶段。因此,一个新的连接裂缝宽度发展模式提出了钢截面损失。此外,钢铁横截面损失是一个更好的机械输入参数锈蚀钢筋混凝土模型的行为。开裂的两步过程中,裂纹萌生分析了和传播关于不同因素,如封面/直径比和酒吧直径。1。裂纹萌生:取决于c

20、/ / 0比和钢筋直径,但钢筋混凝土界面的质量可能会有一些效果。2。裂纹扩展:封面/直径比和钢筋直径似乎没有对裂缝宽度的影响进化作为钢截面损失函数。总之,当地的腐蚀状态增援可以评估由于实证关系裂缝宽度与钢筋截面损失,它似乎独立的钢筋直径,封面/直径比,除了在裂纹萌生。然而,更多的实验数据应该允许我们改进我们的知识测试光束的这些关系各种钢筋直径、封面、孔隙度(或水/灰比,直接联系)和混凝土强度的力量。参考文献1 A. Castel, R. Francois, G. Arliguie, Mechanical behavior model ofcorroded reinforced concrete

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