氯盐侵蚀钢筋混凝土锈胀模型的动态修正.pdf
《氯盐侵蚀钢筋混凝土锈胀模型的动态修正.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《氯盐侵蚀钢筋混凝土锈胀模型的动态修正.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 1 9 卷第 3 期 2 0 1 6年 6 月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI L DI NG MATERI ALS Vo I 1 9。 No 3 J u n , 2 0 1 6 文章编号 : 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 4 8 5 - 0 6 氯盐侵 蚀钢 筋混凝土锈 胀模型 的动态修正 毛 江鸿 , 陈佳 芸 , 崔 磊 , 金伟 良 , 夏 晋 , 许 晨 , 王 小军 ( 1 浙江大学宁波理工学院 土木工程研究所 , 浙江 宁波 3 1 5 1 0 0 ; 2 浙江大学 结构工程研究所 , 浙江 杭州 3 1 0 0 5 8
2、 ) 摘要 : 针对现有预测模型 中参数难以确定 , 导致预测精度不足 的问题, 采用分布式光纤传感技术对 混凝土锈胀全过程进行实时监测 , 并基于监测数据对解析模型 中的关键参数铁锈膨胀率进行 反演算, 建立了可动 态更新 的钢筋混凝土锈胀全过程预测模型 关 键词 :钢筋 混凝 土 ; 锈 蚀 ;分布 式光 纤 ;动 态预 测 中图分类号 : T N2 9 ; TU3 1 7 文献标志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 6 0 3 0 1 2 Dy na mi c Co r r e c t i ng f o r
3、Re i nf o r c e d Co n c r e t e Ex p a n s i o n I nd u c e d b y Chl o r i d e Er o s i o n MAO J i a n g h o n g , CHEN J i a y u n , CUI Le i , I N We i l i a n g , XI A Ji n 。 , XU Ch e n 。 , WANG Xi a o j ( 1 I n s t i t u t e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , Ni n g b o I n s t i t u t e
4、o f T e c h n o l o g y , Z h e i i a n g Un i v e r s i t y , Ni n g b o 3 1 5 1 0 0 , C h i n a ; 2 I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g,Z h i a n g Un i v e r s i t y,Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :I n t h e e x i s t i n g p r e d i c t i o n mo
5、 d e l ,t h e d i f f i c u l t y i n d e t e r mi n i n g t h e p a r a me t e r s c o u l d r e s u l t i n t h e d e f i c i e n c y o f p r e d i c t i o n p r e c i s i o n A me t h o d f o r d y n a mi c a l l y c o r r e c t i n g t h e p a r a me t e r s o f t h e p r e d i c t i o n mo d e
6、l wa s i l l u s t r a t e d Ba s e d o n t h e d i s t r i b u t e d o p t i c a l f i b e r s e n s i n g t e c h n o l o g y,t h e wh o l e p r o g r e s s o f t h e e x p a n s i o n wa s r e a l - t i me mo n i t o r e d Ac c o r d i n g t o d a t a o b t a i n e d v i a d i s t r i b u t e d o
7、 p t i c a l f i b e r s e n s i n g t e c h n o l o g y ,t h e k e y p a r a me t e r s o f a n a l y t i c a l mo d e l a n d c o r r o s i o n e x p a n s i o n r a t e c a n b e i n v e r s e l y c a l c u l a t e d,wh i c h c a n h e l p e s t a b l i s h t h e d y n a mi c u p d a t i n g p r
8、e d i c t i o n mo d e l o f t h e wh o l e p r o g r e s s o f t h e c o n c r e t e e x p a n s i o n Ke y wo r d s :r e i n f o r c e d c o n c r e t e ;c o r r o s i o n;d i s t r i b u t e d o p t i c a l f i b e r ;d y n a mi c u p d a t i n g p r e d i c t i o n 钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂是钢筋混凝 土耐久性失效 的主
9、要原 因之一L 1 预测混凝 土锈胀 开裂时间对评估钢筋混凝土耐久性和制定养护措施 意义重大 目前 , 锈胀开裂预测模型主要分为经验模 型、 数值模型和解析模型 3类 L i u等 2 假定钢筋 均 匀锈蚀 , 认为锈蚀产物的生成量与锈蚀时间的平方 根 成 正 比 , 得 到保护 层开 裂 时间 预测 模 型 ; B h a r g a v a 等 3 假定钢 筋与锈蚀产 物的弹性模量 和泊松 比相 同, 建立了混凝土开裂时间分析模型 ; 罗晓辉等 利 用损伤力学假定钢筋均匀锈蚀时的锈蚀层膨胀效应 与温度膨胀 效应 相似 , 分析 了混凝土 开裂前 的损 伤过程 ; Z h a o 等 5 利
10、用弹性力学理论 , 建立 了混凝 土保护层 的锈胀 开裂模 型, 讨论 了混 凝土保 护层 胀裂 时钢 筋 锈 蚀 深 度 的各 个 影 响 因素 ; 陆 春 华 等 6 考虑锈蚀产物 的变形 特性 以及 锈蚀 产物进入 裂缝的实际情况 , 建 立了混凝 土保护 层锈胀 开裂 时 间计算 公 式 上述解析模型中的参数基本为常数, 然而混凝 土锈胀是动态过程 , 需要对解析模型 的关键参数 进行敏感性分析和反演 钢筋周 围混凝土应变能直 收稿 日期 : 2 0 1 4 1 2 2 9 ;修订 日期 : 2 0 1 5 0 3 2 O 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 4 0
11、8 5 4 4 , 5 1 2 0 8 4 5 9 ) ; 浙江 省 自然科 学基金资助项 目( L Q1 4 E 0 8 0 0 0 7 ) ; 宁波市科技服务业示 范项 目( 2 0 1 4 F 1 0 0 1 6 ) ; 宁波市科技创新团队项 目( 2 0 1 I B 8 1 0 O 5 ) ; 宁波市 自然科学基金资助项 目( 2 O 1 0 A6 1 O O 8 5 ) 第一 作者 : 毛江鸿 ( 1 9 8 5 一) , 男 , 浙江义乌人 , 浙江大学宁波理工学 院副教授, 博士 E ma i l : j h ma o n i t z j u e d u c n 4 8 6 建筑
12、材料学报 第 1 9卷 接反映钢筋锈蚀 程度, 可利用 有效监测方法获取该 应变值 目前 , 国内外钢筋混凝土耐久性监测方法主 要 基 于 电化 学 原 理 8 , 无 法 获 取 由钢 筋 锈 胀 引 起 的混凝土膨胀应变 光纤类传感器具有材质稳定 、 轻 质及可植入等优点 , 可 以实时获得钢筋混凝 土锈胀 应变 , 特别是分布式光纤传感技术可获取光纤沿线 混凝 土应 变 本文针对基于弹性力学方法建立的锈胀解析模 型进行参数敏感性分析 , 得到影 响混凝土锈胀开裂 预测的关键参数 , 同时采用布里渊光时域分析( B r i l l o u i n o p t i c a l t i me
13、d o ma i n a n a l y s i s ,B OT D A) 技 术 获取锈蚀全过程的混凝 土膨胀应变 , 利用监测数据 对关键参数进行动态修正 1 钢筋混凝土理论和实测锈胀 曲线 1 1 钢 筋混凝 土 理论锈 胀 应变 时程 曲线 铁锈 自由膨胀后填充到混凝土的毛细孔和孔隙 中, 对外 围混凝土产生锈胀力 当锈胀力超过混凝土 拉应力后混凝土 出现锈胀开裂, 开裂之前混凝土处 于弹性 变形 阶段 , 可采 用 弹 性 力 学 进行 混 凝 土 锈 胀 分析 将混凝土简化为受均匀 内压作用 的单层厚壁 圆筒 , 其力学方程n 为: 一 ( 1 + 5 2 ) ( 1 ) e一 一
14、 1 E+ 笋 ) ( 2 ) E ( 6 一 口 ) 。 r 2 式中: 为 圆环 的环 向应力 ; 户为 内孔压力 ( 即锈胀 力) ; b为圆环外半径 ( 混凝土试件半径) ; 为 圆环内 半径( 钢筋半径) ; r为待分析点至圆环中心距离 ( 光 纤检测环半径) ; 为待分析点 的环 向应变 ; E 为混 凝土弹性模量 锈胀力 与钢筋锈蚀程度及铁 锈膨胀率等相 关 本文采用文献 E l 2 中的钢筋锈胀力解析模型进 行分析 , 该模型如式( 3 ) 所示 : 一 堡 二 2 二 ( 1 + ) ( 口 +c ) +( 1 一 ) 口 。l n ( 1 一 。 ) 二 _ E ( 2 a
15、 c +c 。 ) 。E ( 1 +O r ) 一2 十 2 p ) 式中: 为铁锈膨胀率 ; C 为混凝土保护层厚度 ; 为 混凝土泊松 比; E 为铁锈名义弹性模量 ; 为铁锈 名义泊松 比; p为钢筋锈蚀率 依据式( 1 ) ( 3 ) 可获取不同锈蚀率下混凝土的 锈胀应变 本文采用 通电加速锈蚀方式进行钢筋锈 蚀模拟 , 钢筋锈蚀率 D 可根据 电流强度 j r 和通 电时 间t 计算得到 : p一 ( 4 ) 其 中 Am 一 m = : =7 c a 。 L D 。 ( 6 ) 式中: A m为钢筋锈蚀总质量 , g ; m 为钢筋质 量 , g ; M 为铁原子的摩尔质量 , g
16、 mo l ; Z为铁 电化学反应 的电 极 化 合 价 , 取 为 +2 ; F 为 法 拉 第 常 数 , 取 为 9 6 5 1 0 C mo l ; L为锈蚀钢筋长度 ; p 为钢筋密 度 , g c m。 加速锈蚀过程中钢筋 电流强度 I的计算式为 : I i S i ( 2 7 c 也 ) ( 7 ) 式中 : i为 电流 密度 , A c m。 ; S为锈 蚀 钢筋 表 面 积 , e m。 因此 , 钢筋锈蚀率 p可表示为: lD一 ( 8 ) a p, 结合式 ( 1 ) ( 8 ) 可获取钢筋锈蚀引起的混凝土 ( 3 ) 膨 胀应 变 时程 曲线 1 2 钢筋 混凝 土 实
17、测锈 胀应 变时 程 曲线 由理论分析可知 , 将分布式传感光纤按 照一定 直径围绕钢筋 , 可监测钢筋锈蚀所引起的混凝 土膨 胀应变 B O TD A利用光纤 的布里渊散射光频移量 e与应变量、 温度变化量 的线性关 系, 获取光纤沿 线应变和温度的分 布信息 布里渊散射光频移量与 光纤 应变 量 、 温 度变 化量 之 间的关 系 为 : B( e , T)一 ( T To )一 B ( o )+ u 上 Qe ( 9 ) 式中: , 丁分别 为光 纤初 始温 度和试 验 温度 ; ( O ) 为初始应变 、 初始温度时 的布里 渊散射光频 移 量 ; ( e , T) 为应 变 e ,
18、温度 T 时 的 布里 渊 散 射 光 频 移量 根据混凝土锈胀力学机理 , 设计 了如 图 1所示 的锈 蚀 监 测 试 验 应 变 采 用 瑞 士 O mn i s e n s公 司 S T R型 B OT DA 采集 , 设置仪 器 的空间分 辨率 为 0 5 m, 采样点间隔为 0 1 m, 采样方式为实时连续 采集 混 凝 土 试 件 尺 寸 为 8 51 5 0 mm 钢 筋采 用 直径为 2 5 mm 的 HR B 3 3 5钢筋 , 光纤监测环直径为 7 5 mm 水泥采用三狮牌 P O 4 2 5普通硅酸盐水泥 , 石 子为 粒 径 5 0 2 5 5 mm 连 续 级 配
19、的碎 石 , 砂 子 为级配 良好的 中粗河砂 , 拌和水为 自来水 , Na C 1 为 第 3期 毛江鸿 , 等 : 氯盐侵蚀钢筋 混凝 土锈胀模型的动态修正 4 8 7 S t o o l r e b a r Di s t r i b ut e d o pt i c a l fib e r Co nc r e t e s p e c t m e n 图 1 分布式光纤传感器布设 图 Fi g 1 La y o u t o f d i s t r i b u t e d o p t i c a l f i b e r s e n s o r ( s i z e : ram) 分析纯 混凝土
20、 2 8 d实测抗压强度为 2 1 5 MP a 混 凝土弹性模量和泊松比选取 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 混凝 土结构设计规范 建议值 , 将弹性模量取为 3 0 GP a , 泊松比取为 0 2 钢筋混凝土配合 比如表 1 所示 Ti me h ( a ) Wh o le p r o c e s s o f e x p a n s i o n c r a c k i n g 裹 1 钢筋 混凝土配合比 T a b l e 1 Mi x p r o p o r t i o n o f r e in f o r c e d c o n c r e t e k g ms 由于钢
21、筋混凝土构件在 自然环境下锈蚀周期过 长, 不适于室内试验 , 因此本文采用半浸泡通 电加速 锈蚀试验方法 , 用吸水海绵包裹钢筋混凝土试件( 钢 筋初始状态为未锈蚀状态) , 并向海绵中灌人质量分 数为 5 的 Na C 1 溶液以保持试件处于湿润状态 采 用量程为 3 A和 6 0 V的直流电源对钢筋进行通电, 直流 电源采用 恒 电流控 制, 电流密度 为 1 5 0“ A c m , 整个通 电时 间约为 2 0 0 h 将分布式光纤监测 得到的应变绘制为时程 曲线 , 如图 2所示 3 0 0 2 5 0 2o o 0 1 5 0 1 o o 5 0 。 0 5 1 0 1 5 20
22、 2 5 3 O 3 5 Ti me J h C o ) I n i t i a l s t a g e o f e x p a n s i o n c r a c k i n g 图 2 分布式光纤应变监测 时程 曲线 Fi g 2 Ti m e - h i s t o r y c u r v e s o f o p t i c a l f i b e r s t r a i n 图 2 ( a ) 为混凝土锈 胀开裂全 过程数 据由图 2 ( a ) 可 以看 出 , 随着 锈 蚀 进 程 的开 展 , 混 凝 土应 变 呈现显著增加趋势 图 2 ( b ) 为混凝土锈胀开裂初期 监测数据
23、 由图 2 ( b ) 可见 : 混凝土锈胀 分为锈胀 阶 段和锈裂阶段 ; 锈胀阶段锈蚀产物不断填充钢筋和 混凝土之间界面及 混凝土 内部孔隙 , 此 阶段 混凝土 构件仍处于弹性状态 ; 锈裂 阶段混凝土达到极限应 变 后 出现裂 缝 , 此 时混凝 土构件 已不 处 于弹 性状 态 由于本文所使用 的模 型是基于 弹性力 学 的解析模 型 1 , 仅适用于混凝土保护层 开裂 前的锈胀 阶段 , 即对应于图 2 ( b ) 中的 O 2 5 h阶段 因此 , 本文将使 用 0 2 5 h的应变监测 值用于解析模 型中 的参数 反 演 2 锈胀模型关键参数敏感性分析及反演 影响钢筋混凝土锈胀
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 侵蚀 钢筋混凝土 模型 动态 修正
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【z****6】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【z****6】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。