钢筋混凝土锈裂全过程多尺度分析与原位动态监测

This project aims at conducting a series of theoretical analysis and experimental research on the whole cracking process of concrete induced by reforcement corrosion under various environmental and loading conditions. By combining the advanced measuring technology, numerical simulation, theoretical investigation, laboratory test and field exposure experiment, this project plans to study the transporting mechanism of the invasion medium in concrete under multiple-factor coupling conditions, and represent the micro- and meso- structural characteristics of reinforced concrete during the whole corrosion process and its time-denpendent properties. In order to reveal the influence of micro- and meso- structure of concrete on the corrosion process and state of reinforcement, this project will analyze the whole cracking process and cracking patten of reinforced concrete through multiscale methods. Furthermore, in this project, the damage accumulation and performance degeneration of reinforced concrete due to corrosion cracking will be systematically investigated in considering the coupling effect of loading and complicated environments. An intergrated multi-scale model in analyzing the whole corrosion and cracking process of reinforced concrete will be established based on a real-time inspection on the development of corrosion force and corrosion process of reinforced concrete with an in-situ dynamic monitoring technology. In this project, the sensitivity, control and evaluation of the key paramters associated with reinforcement corrosion will be proposed to predict the starting moment and development principle of reinforcement corrosion. This project will conform the theoretical model and technical schedule to engineering application, and provide scientific directions for the design, construction and maintenance of the key reinforced concrete structures.

本项目拟针对不同环境与受荷条件下进行钢筋锈胀引起的混凝土开裂全过程理论分析与试验研究。项目拟采用先进的测试技术、数值仿真、理论研究、实验室试验及暴露现场试验相结合，研究多因素耦合作用下混凝土中侵蚀介质的输运机制，获得钢筋混凝土锈胀开裂全过程真实的微细观结构特征与时变特性，揭示混凝土的微细观结构特征对钢筋的锈蚀过程及状态的影响，通过多尺度过渡，对钢筋混凝土的锈胀开裂全过程及开裂模式的分析，系统深入地开展荷载与复杂环境耦合作用下由于锈胀开裂引起的混凝土结构性能损伤与退化规律研究，建立完整的钢筋混凝土锈胀开裂全过程多尺度分析模型，采用原位动态测试技术，实时监测钢筋混凝土结构锈胀力变化及锈裂全过程，提出锈裂关键参数及敏感性、控制与评定方法，预测钢筋起锈时刻与锈蚀发展时变规律，形成较为成熟的可为工程应用的理论模型及技术规程，为大型钢筋混凝土结构工程的耐久性设计、施工、维护提供科学依据。

本项目拟围绕提出的关键科学问题，全面考虑环境物理化学作用与荷载效应，针对不同环境与受荷条件下进行钢筋锈胀引起的混凝土开裂全过程理论分析与试验研究。. 采用先进的测试技术、数值仿真、理论研究、实验室试验及暴露现场试验相结合，研究多因素耦合作用下混凝土中侵蚀介质的输运机制，提出了改进的水泥水化数值分析模型，基于混凝土的实体微细观结构信息，考虑混凝土中应力场、温度场、湿度场、CO2分布场与Cl-分布场之间的交互作用，阐释侵蚀介质在混凝土中的传输扩散机制，界定影响钢筋锈蚀的关键参数； . 通过X-CT扫描和灰度阈值分割法对锈蚀试件中的粗骨料、气孔、钢筋、锈蚀产物、裂缝等各相进行图像分割和三维重构，获得了保护层的三维位移场、应变场，研究了钢筋混凝土锈胀开裂全过程真实的微细观结构特征与时变特性，揭示了混凝土的微细观结构特征对钢筋的锈蚀过程及状态的影响；.基于数字图像(DIC、DVC)技术，测定了钢筋混凝土梁表面应变场，分析了弯曲荷载作用下钢筋混凝土梁损伤开裂的全过程，选取损伤度作为评价混凝土损伤情况的定量指标，建立了损伤度与变形模量的关系，提出了多轴应力状态下损伤度的表征方法，获得了钢筋混凝土梁在弯曲荷载作用下损伤场分布，通过对钢筋混凝土的锈胀开裂全过程及开裂模式的分析，系统深入地研究了荷载与复杂环境耦合作用下由于锈胀开裂引起的混凝土结构性能损伤与退化规律； . 建立了完整的钢筋混凝土锈胀开裂全过程多尺度分析模型，采用原位动态测试技术，实时监测钢筋混凝土结构锈胀力变化及锈裂全过程，提出了锈裂关键参数及敏感性、控制与评定方法，建立了钢筋起锈时刻与锈蚀发展时变规律的新的预测模型；. 研究成果形成了较为成熟的可为工程应用的理论模型及试验方法，提出了开裂测试新技术与开裂风险评估方法，为制定混凝土开裂评定技术规程提供理论与实验技术方法，进一步为大型钢筋混凝土结构工程的耐久性设计、施工、维护提供科学依据。