The Effect of Steel Corrosion on Bond Strength in Concrete Structures

IntroductionStudies conducted by some researchers haveshown steel corrosion has significant influence onthe limited durability of reinforced concrete struc-tures[1,2]. Corrosion of steel creates a volume ex-pansion in reinforcing bars and causes extremelyhigh tensile stress in concrete, and this may lead tothe formation of cracks in the cover concrete due toits relatively low tensile strength.The cracks leadto a weakening bond and anchorage between rein-forcing steel and concrete, which direct…     

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer under cyclic loading

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) under cyclic loading is experimentally investigated. An electrolyte corrosion technique is used to accelerate the corrosion of the steel bar in cylindrical concrete specimens. Wrapped specimens are strengthened with one layer of CFRP after the reinforcements are corroded. The experimental parameters investigated include: corrosion level, CFRP wrapped and number of loading cycles. Test results indicate that bond strength and area of hysteretic curve of CFRP wrapped specimens are larger than those of the unwrapped specimens. With increasing the number of loading cycles, the bond strength and area of hysteretic curve decrease gradually, especially at the 1st cyclic loading. The CFRP wrapping reduces the bond degradation rate effectively and prevents the bond-splitting failure of the corroded concrete specimens.     

锈蚀RC梁抗弯承载力计算方法研究

工程中钢筋混凝土梁纵向受力钢筋锈蚀情况复杂，梁上作用荷载形式多变. 为获取锈蚀RC （reinforced concrete）梁的抗弯承载能力，以锈蚀钢筋混凝土简支梁为研究对象，将锈蚀RC梁视为由混凝土和锈蚀底部纵筋组成的存在粘结-滑移的组合梁，依据混凝土与锈蚀钢筋之间的变形协调条件，给出了以挠度表达的锈蚀RC简支梁平衡微分方程；将平衡微分方程的齐次解作为单元形函数，推导出了锈蚀钢筋混凝土梁的单元刚度矩阵、等效节点荷载列阵以及每一荷载步锈蚀梁的内力计算公式；建立了能准确反应简支梁上荷载作用形式以及钢筋锈蚀状况的锈蚀RC梁抗弯承载力计算模型；最后通过17根锈蚀RC简支梁的试验数据对建议计算方法进行验证. 验证结果表明，抗弯承载力试验值与计算值之比的平均值为1.06，方差为0.012，二者吻合良好，该计算方法准确.      

Effects of length and location of steel corrosion on the behavior and load capacity of reinforced concrete columns

The effects of length and location of the steel corrosion on the structural behavior and load capacity of reinforced concrete (RC) columns have been investigated. Results of the accelerated corrosion process and eccentric load test are presented in detail. Effects of the location of the partial length, the corrosion level within partial length and the asymmetrical deterioration of the concrete section on the mechanical behavior and load capacity of corroded RC columns are discussed. It is found that the mechanical behavior and load carrying capacity of corroded RC columns are simultaneously affected by the above mentioned factors. For the corroded RC columns with large eccentricity, a higher corrosion level in the tensile corroded length and a greater asymmetrical deterioration of the concrete section can result in less ductile behavior and larger load reduction of the column; while for the corroded RC columns with small eccentricity, the less ductile behavior and the larger load reduction of the column may result from the higher corrosion level in the compressive corroded length and the greater asymmetrical deterioration of the concrete section.     

模拟酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能研究综述

为深化对酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理、侵蚀模型和物理力学性能时变过程;分析了酸雨锈蚀钢筋的溶液腐蚀机理和大气动态冲刷机制,总结了锈蚀钢筋形貌表征与锈蚀率指标定量化研究成果,归纳了已有锈蚀钢筋力学性能退化模型和本构模型,概述了钢混界面黏结性能演变规律和黏结-滑移本构关系模型;梳理了梁、柱构件及结构静、动力学性能演变规律的室内试验结果、理论计算方法和数值仿真结果的最新研究进展与不足,并展望了未来的研究方向与重点。研究结果表明:酸雨腐蚀混凝土可归因于酸雨离子成分的交互作用,亟需适用性较强的理论模型以揭示腐蚀和扩散机制;室内加速试验揭示了酸雨侵蚀作用下混凝土物理力学性能时变规律,应完善室内加速试验制度,搭建耦合宏细观层次关键指标的混凝土损伤评价体系和预估模型;酸雨加速锈蚀钢筋试验多基于均匀锈蚀,钢筋腐蚀方法和形貌表征逐渐向不均匀锈蚀发展,应进一步发展高精度扫描技术,借助统计分析理论建立钢筋不均匀锈蚀特征参数,优化钢筋力学性能退化模型;通电锈蚀试验和拉拔试验演绎了钢混界面黏结性能演化规律,并建立了黏结-滑移本构关系,但忽略了实际钢筋混凝土结构的受力特点,且锈蚀过程显著区别于自然锈蚀,应考虑酸雨环境与材料特性复杂多变的特点,研究细微观钢混界面损伤行为,揭示酸雨环境、材料特性与黏结性能的内在关系;酸雨侵蚀钢筋混凝土结构时效性能研究多集中在试件层次,且采用腐蚀试验与承载力试验分阶段进行,忽略了荷载-环境的耦合作用,试验所设环境较为单一,试验制度与方法亦未统一,应对标实际工程,考虑实际结构承载和环境工况,搭建长期荷载-酸雨侵蚀耦合作用试验系统,探索荷载-环境-材料多场关联机制,完善理论计算方法与数值仿真手段,揭示结构长期性能演变过程,并推动现场暴露试验发展,量化室内-现场映射关系,指导工程实际。      

Finite Element Calculation of the Flexural Stiffness of Corroded RC Eccentric Compressive Members

A finite element calculation model of corroded RC eccentric compressive members was build using finite element software ANSYS. The model considers the decline of mechanical properties and the effective section of a corroded steel bar, as well as the deterioration of bond character between corroded reinforcement and concrete. The reliability of the finite element model was evaluated by comparing the results of the finite element calculation with the data from experiments. Based on the finite element analysis results, the influence of corrosion degree, the diameter change of the longitudinal reinforcing bars and the spacing change of stirrups on the flexural stiffness were calculated and analyzed.     

锈蚀钢绞线力学性能的试验研究

利用电化学快速锈蚀方法获得了混凝土中不同锈蚀程度的钢绞线,并得到了裂缝宽度与锈蚀重量损失率之间的关系。通过静拉伸试验数据的回归分析得出名义极限强度、名义弹性模量和极限延伸率的降低与锈蚀重量损失率之间的关系。     

混凝土中光圆与变形钢筋腐蚀对比分析

通过对实验室自制不同主筋种类和直径的钢筋混凝土梁进行快速电化学腐蚀试验,得到锈蚀率不同的钢筋样本96根(其中:HPB235光圆钢筋48根,HRB335变形钢筋48根),在进行酸洗和碱中和等除锈处理试验基础上,对其进行拉伸试验,得到各试件的屈服强度和极限强度.基于试验结果,给出了两种钢筋强度和质量锈蚀率之间的关系式,指出锈蚀对不同类型钢筋的影响不同,在实际应用中应加以区别.     

基于Wiener退化对镁水泥混凝土中钢筋的锈蚀预测

镁水泥混凝土对钢筋的腐蚀限制了其广泛的推广应用,为解决这一难题,提出利用涂层来缓解其对钢筋的腐蚀,确保镁水泥钢筋混凝土建筑满足设计规定的使用年限要求. 根据西部盐渍土地区的自然环境,采用溶液浸泡加速锈蚀的试验方法对氯氧镁涂层钢筋混凝土进行快速腐蚀试验;运用电化学工作站周期性地对氯氧镁涂层钢筋混凝土试块进行电化学试验;以表征涂层钢筋锈蚀的电化学参数（腐蚀电流密度）作为退化指标,在Wiener退化过程的基础上进行可靠度建模并且对涂层钢筋进行锈蚀预测. 研究结果表明:利用涂层钢筋腐蚀电流密度作为耐久性退化指标可以得到镁水泥涂层钢筋混凝土中的涂层钢筋锈蚀的可靠度函数,并确定出涂层钢筋在30 000 d左右达到中等腐蚀.      

带肋钢筋与混凝土粘结性能的细观数值模拟

为研究带肋钢筋与混凝土之间的粘结破坏机理,揭示钢筋肋外形对粘结性能的影响,建立了钢筋混凝土的三维细观数值模型.该模型基于ANSYS参数化设计语言,在混凝土细观模型的基础上加入钢筋,通过界面单元细分和材料属性判别生成各细观相单元.分别建立了月牙肋钢筋和螺纹钢筋拉拔试件模型,模拟拉拔试验中粘结的破坏过程,分析了混凝土损伤破坏区域的分布和钢筋肋纹处的应力状态.结果表明,月牙肋钢筋与混凝土的粘结强度略低于螺纹钢筋,但破坏时其肋间混凝土的应力集中现象缓和,损伤程度较轻;数值模拟的粘结应力和钢筋滑移量与试验结果吻合,说明所建立的模型可用于模拟钢筋与混凝土的粘结性能.     

锈蚀率对同类型RC梁抗弯刚度影响

专门针对相同钢筋类型(保护层厚度、钢筋类型、钢筋直径以及配筋率)的钢筋混凝土梁,开展锈蚀率对其抗弯刚度影响研究,通过对相同类型但不同锈蚀率的钢筋混凝土梁静载试验,得到了挠度与曲率的关系,进而分析了锈蚀率对梁曲率的影响,推导出跨中弯矩与曲率之间的关系,进一步考虑不同锈蚀率下弯矩增长与抗弯刚度之间的关系,建立了考虑锈蚀率的梁的抗弯刚度退化系数计算公式.可为既有公路混凝土桥梁耐久性评估提供参考依据.     

锈蚀钢筋混凝土梁开裂的分形特征

基于电化学快速锈蚀混凝土梁的静载试验,分析了相同类型5片锈蚀钢筋混凝土梁在各级荷载下的裂缝特征,证明了构件裂缝分布具有分形特性,在此基础上,利用分形理论研究了锈蚀钢筋混凝土梁开裂及破坏过程,讨论了裂缝分维数与荷载、跨中挠度及钢筋锈蚀率的关系．试验结果表明：随着试验梁上作用荷载的增加,构件裂缝的分维数逐渐增大;极限荷载下锈蚀钢筋混凝土梁裂缝的分维数随着钢筋锈蚀率的增加而减小．     

预应力CFRP布加固CRC梁的抗弯承载力计算

锈蚀钢筋会引起构件承载能力下降,为了提高构件承载力保证其完成预定的使用功能,需对其进行加固处理。结合锈蚀钢筋混凝土构件和预应力CFRP布加固后构件的受力特征,在相关试验研究的基础上,运用受力平衡方程,推导了锈蚀钢筋屈服、混凝土压碎及预应力CFRP布拉断等状态下的承载力计算公式,并将理论结果与试验结果进行了对比,吻合较好,可以用于指导工程实践。     

混凝土中钢筋锈蚀的预防措施研究

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性重要因素之一,采取适当措施预防钢筋锈蚀有很大的经济意义,因此有必要探讨钢筋锈蚀的原因、影响因素,以及预防钢筋锈蚀的措施。     

现役桥梁混凝土钢筋在自然环境下的锈蚀特征及分级评价

运用多种电化学方法,对现役桥梁进行了无损量化检测,分析了自然环境下的钢筋锈蚀特征,总结了自然环境对钢筋锈蚀率的影响规律,通过与前期实验室结果对比,揭示了自然环境与加速模拟环境的区别与联系.并对实测情况做了分级讨论.实桥测量结果表明：潮湿处的钢筋失重率最高达到33%,最低为18%;而干燥处钢筋失重率则分布在8%--15%之间.实测结果还表明：涂刷了防水层的箱梁及护栏,有助于保护混凝土内部配筋,能有效降低内部配筋的腐蚀速率,其失重率仅为4%~8%.承载重的桥台钢筋高于承载轻的护栏钢筋的锈蚀率.     

三峡库区酸沉降引起的桥梁腐蚀效应

通过对三峡库区自然环境条件研究表明,三峡库区酸沉降频,库区的一些环境条件(尤其是湿度)对桥梁等建筑物的腐蚀效应有加速的作用,库区桥梁中钢材最容易受到腐蚀,其腐蚀可分为一般砼中钢筋的腐蚀、预应力砼中钢筋的腐蚀及其它钢铁材料的腐蚀,此外,桥梁中的砼材料也会与环境的酸性介质发生腐蚀.     

三峡库区酸沉降引起的桥梁腐蚀效应

通过对三峡库区自然环境条件研究表明,三峡库区酸沉降频,库区的一些环境条件(尤其是湿度)对桥梁等建筑物的腐蚀效应有加速的作用,库区桥梁中钢材最容易受到腐蚀,其腐蚀可分为一般砼中钢筋的腐蚀、预应力砼中钢筋的腐蚀及其它钢铁材料的腐蚀,此外,桥梁中的砼材料也会与环境的酸性介质发生腐蚀.     

变形钢筋与混凝土黏结强度与其影响因素分析

对变形钢筋与混凝土的黏结性能进行了理论分析,通过对不同锈蚀时间的变形钢筋进行拔出试验,得到变形钢筋和混凝土的黏结强度与各影响因素之间的关系;根据试验结果及统计分析,给出了变形钢筋锈蚀后与混凝土的黏结强度计算公式。该结果为钢筋混凝土结构承载能力和耐久性研究打下了基础,可用于桥梁等结构寿命研究。     

变形钢筋与混凝土黏结强度与其影响因素分析

对变形钢筋与混凝土的黏结性能进行了理论分析,通过对不同锈蚀时间的变形钢筋进行拔出试验,得到变形钢筋和混凝土的黏结强度与各影响因素之间的关系;根据试验结果及统计分析,给出了变形钢筋锈蚀后与混凝土的黏结强度计算公式。该结果为钢筋混凝土结构承载能力和耐久性研究打下了基础,可用于桥梁等结构寿命研究。     

Modeling the flexural carrying capacity of corroded RC beam

Considering the change of bond strength between corroded steel and concrete, flexural carrying ca-pacity of corroded reinforced concrete (RC) beam was calculated. On the basis of the condition of equilibriumof forces and compatibility of deformations for the whole beam, a model for the prediction of flexural carryingcapacity of the corroded RC beam was proposed. Comparison of the model's predictions with the experimentalresults published in the literature shows the practicality of the proposed method.