混凝土开裂状态对其内部钢筋锈蚀的影响研究

Based on physics, chemistry, physical chemistry and electrochemistry, the influences of environmental factors on concrete cracking and medium transmission rule through the crack are researched. The reinforcement corrosion producing mechanism and development in cracked concrete are revealed by analyzing the interaction mechanism among environmental factors, cracking state, concrete microenvironment condition and steel surface electrochemical state. Using advanced detection equipments, the dynamic process of concrete microenvironment around reinforcement and steel surface chemistry, electrochemical state are tested. According the test information, multi-scale preferences of reinforcement in cracking concrete is refined. The characteristic parameters time varying function is constructed. Concrete cracking control equation and the mathematical calculation model of corrosion development are built based on the principle of equivalent effect. The influences of local corrosion state of reinforcement on concrete structure performance are studied. The characteristic parameters are concentrated to characterize the concrete structure performance deterioration. Calculation model of concrete deterioration process is established according to constructed damage variables. The crack controlling theory for reinforcement corrosion is presented through studying the influences of crack sealing on reinforcement corrosion process.

从物理、化学、物理-化学及电化学理论入手，研究环境因素作用对混凝土开裂状态的影响及裂缝区域介质的传输规律，分析环境因素、裂缝状态、混凝土微环境状态及钢筋表面化学、电化状态的相互影响及作用机制，揭示混凝土开裂状态下其内部钢筋锈蚀萌生机理及发展规律。利用先进的检测设备，实现对钢筋周围混凝土材料微环境状态及钢筋表面化学、电化学状态的动态过程检测，依据检测信息，提炼混凝土开裂状态下其内部钢筋锈蚀的多尺度特征表征参数，基于效应等效原则构建特征参数的时变方程，建立钢筋混凝土的裂缝状态控制方程及钢筋锈蚀发展的数学计算模型。研究钢筋局部锈蚀状态对混凝土结构性能的影响规律，凝炼混凝土性能劣化的表征参数，构建损伤变量，建立钢筋局部锈蚀状态下混凝土性能劣化表征模型。分析裂缝封闭状态对混凝土中钢筋锈蚀的影响规律，提出钢筋锈蚀的裂缝控制理论。

（1）以电化学腐蚀原理为基础，分析了裂缝区钢筋附近的物理化学环境以及裂缝区钢筋锈蚀机理。设计了钢筋分段的钢筋混凝土试件，针对性检测钢筋的局部锈蚀状态。并分析了氯离子在混凝土内部的传输规律。.（2）以钢筋腐蚀电流密度为评价指标，在混凝土处于干燥-湿润过渡阶段，捕捉到钢筋锈蚀从裂缝区开始并沿钢筋表面向两侧扩展的瞬时规律；基于此，分析了钢筋锈蚀速率的时变规律，基于法拉第定律，即可计算不同侵蚀时刻的钢筋锈蚀量，并通过钢筋锈蚀量实测值，对比验证了模型的准确性。结合腐蚀电流密度检测结果及不同侵蚀周期试件破形后氯离子浓度分布的测试结果，分析得出了裂缝底部及相邻量区域钢筋的脱钝起锈时间点和氯离子影响临界浓度。.（3）分析了本试验条件下裂缝宽度对裂区域钢筋锈蚀状态的影响，结果表明：裂缝表面宽度大于0.3mm，钢筋表现为持续锈蚀机理；裂缝宽度小于0.3mm，钢筋表现为裂缝封填机理即先快速锈蚀，随后锈蚀速度减慢，甚至会停止。.（4）分析不同侵蚀周期试件破型后钢筋锈蚀长度测试结果，拟合得出了裂缝区域钢筋锈蚀长度计算模型，并分析了裂缝宽度对该区域钢筋锈蚀长度的影响。.（5）研究了裂缝处理方式对开裂区钢筋锈蚀发展的影响规律，结果表明：裂缝处理的时间越早，干湿循环结束时裂缝处氯离子浓度越低，而且经过裂缝处理的试块钢筋表面氯离子浓度相对未处理试块有明显降低，这表明及时进行裂缝处理有利于提高结构耐久性；裂缝处理可以降低钢筋腐蚀速率，裂缝经过处理的试块内钢筋在锈蚀稳定阶段的锈蚀速率相对未处理试块要低；通过钢筋锈蚀长度和锈蚀失重率研究，考虑裂缝宽度、裂缝处理方式对钢筋锈蚀长度的影响，建立了相应的锈蚀长度预测模型；并分析了多裂缝对钢筋锈蚀的影响。