文摘

调查的影响开展了实验研究循环荷载对钢筋混凝土梁的力学性能和氯离子扩散系数暴露在海水wet-dry周期。诱导初始损伤钢筋混凝土梁试件,循环荷载控制的最大载荷和循环应用。然后光束标本进行了240年wet-dry周期的海水。结果表明,氯含量增加最大负载和增加循环。钢铁表面的氯化物含量增加近似地线性平均裂缝宽度增加。此外,最大负荷氯化物含量在钢铁表面上有更多的影响比周期。平均氯离子扩散系数的差异之间的张力和压缩混凝土在无裂缝的位置。氯离子扩散系数增加时裂缝宽度增加平均裂缝宽度小于0.11毫米,而增加趋势疲软时裂缝宽度超过0.11毫米。RC梁的残余屈服载荷和极限载荷随着最大负载和周期的增加而减少。基于单变量方差分析,最大负荷有更多的负面影响比循环屈服载荷和极限载荷。

1。介绍

钢筋混凝土(RC)结构在沿海环境受到服务负载和海水侵蚀。氯离子渗入混凝土裂缝,导致钢腐蚀。钢筋混凝土结构在沿海环境遭受复合服务负载和腐蚀环境作用,导致力学性能的快速退化。在以前的工作(罗德里格斯和起1];Şahmaran [2];Bentz et al。3];张成泽et al。4]),混凝土的裂缝宽度与氯离子扩散系数的相关性进行了研究。王、张的研究(5)提出了一个数值过程模拟氯离子进入到裂缝的混凝土与不同的裂缝几何特征。结果表明,裂缝宽度的增加,裂纹深度、氯化和裂纹数量,进入将加剧。裂缝的混凝土的氯离子传输研究李et al。6实验和数值。结果表明,裂缝宽度小于0.05毫米时,裂纹的影响可以忽略。当裂缝宽度增加从0.08毫米到0.1毫米,色散增加。当裂缝宽度大于0.1毫米,氯离子传输是类似于液体。氯离子渗透深度试样表面和裂纹表面研究赢得et al。(7]。结果表明,裂纹表面的氯离子渗透深度等于或略高于从试样表面w / c比值为0.45和0.65。在李的研究8,9),裂缝宽度对氯离子扩散的影响实验研究和裂缝宽度阈值提出了0.1毫米。

许多研究集中在氯离子扩散模型。公园等。10考虑粘结剂水合作用和治疗年龄和开发了一个数学模型来预测时间由slag-blended混凝土氯离子扩散系数。风扇和王11)提出了一个数学模型来分析水泥水化反应和氯离子渗透过程同时进行。研究汉(12),修改后的氯离子扩散系数提出了氯的函数绑定,易挥发的含水量,扩散系数。在沿海环境中,干湿交替加速氯化成具体的传播。氯入口下wet-dry周期是由许多研究。在李的研究等。13),在干湿交替影响深度的水分运输,具体分析了获得失水和摄入平衡,提出了基于平衡drying-wetting时间比率。在吴等人的研究。14),干湿交替的影响,应力比率,暴露年龄在混凝土中氯离子传输进行了研究和负载下的氯离子扩散系数是由回归方法计算的。你们的研究等。15,16],描述裂缝的混凝土中氯离子传输的干湿交替下,裂缝宽度、裂缝表面粗糙度,曲折,毛细管孔隙裂纹表面被泊肃叶定律认为开发一个模型。

在沿海环境下,氯离子扩散系数和力学性能需要考虑研究钢筋混凝土结构的耐久性。刁et al。17)实验研究了耐用性和环境共同作用下的钢筋混凝土梁承载力和持续加载。空气含量的影响(3.2%和6.1%)被认为是。结果表明,屈服载荷,以及极限荷载,钢筋混凝土梁的延性与更高的空气含量增加后冻融循环和海水浸泡的联合行动。沈et al。18]研究了海水wet-dry周期对力学性能的影响偏心RC柱与不同的裂缝宽度,发现时的承载力明显降低裂缝宽度超过0.1毫米。

然而,研究考虑初始伤害从循环荷载在现有文献较少。在沿海环境中,钢筋混凝土桥梁结构的共同作用下循环加载和海水wet-dry周期。本文报道在RC梁实验标本后的循环加载和海水wet-dry周期,其中包括两个步骤。首先,模拟初始损伤,循环荷载是由最大负载和控制周期。在每次循环,最大载荷为0.4,0.5,0.6倍极限荷载。1、5、10和20的循环加载应用于钢筋混凝土梁试件。第二,沿海氯环境模拟实验室240年交替动作的海水湿和干燥。海水wet-dry 240倍周期后,氯离子扩散系数和RC梁试件的力学性能进行了测试和分析。

2。实验方法

2.1。RC梁的标本

十四RC梁标本设计同样大小,增援部队和混凝土。如图1,梁试样大小是100 mm×150 mm×800 mm和混凝土保护层是35毫米。螺纹钢直径10 mm被用作抗拉酒吧和普通钢棒直径6毫米被用作马镫。张力杆的屈服强度、极限强度349 MPa和456 MPa,分别。混凝土由普通硅酸盐水泥、碎石、河沙、粉煤灰、减水剂。粗骨料的最大大小是10毫米。混凝土混合料的比例见表1。28 d混凝土立方抗压强度是55 MPa。

2.2。实验方法

2.2.1。加载历史

本文着重从循环加载初始伤害。弯曲荷载从0增加到最大负荷和减少为0,形成一个循环的加载。不同的循环加载应用到梁标本模拟循环荷载。表2给梁标本的测试条件。在表2,是梁的极限荷载标本B-Ref 28岁的d和的值是40.5 kN。是指最大负载梁标本。解释加载历史,梁试样b - 0.6 - p20c被作为一个例子。在每次循环加载,弯曲荷载从0增加到0.6和下降到0.20的循环加载应用到梁试样b - 0.6 p20c。图2给出了图的加载测试。如图2,采用四点弯曲试验梁标本。循环荷载后,梁的裂缝宽度标本测量和测量点标记来追踪裂缝宽度的进化在海水腐蚀。

2.2.2。模拟海水腐蚀

wd周期选择行动的海水喷洒和空气干燥(大气环境)。每一个wd周期持续了6小时,包括5 h风干和1 h海水喷洒,也就是说,湿:干燥时间= 1:5。在实验室应用wet-dry周期,使用自行设计的自动喷水灭火系统。图3展品的原理图自动喷水灭火系统为wd周期。模拟海水海水(以下简称)是人工制成的3.5%氯化钠(质量分数)。所有梁标本经历240年wd周期。

2.2.3。机械性能和氯化物含量测试

240年后wd周期的海水,梁试件的力学性能进行了测试。的进行了四点弯曲试验梁标本研究剩余屈服载荷,极限荷载和延性。梁标本的失败之后,氯化物含量进行了测试。图4给核心钻探取样的原理图和表只幼鼠。如图4核心样本,直径50毫米钻在混凝土的张力(位置a、b m, c, d)和压缩混凝土(位置a、b m, c, d),钻井位置的间隔是100毫米。的核心样本然后切成5块切片然后切片磨粉。根据测试结果,免费的氯化物含量(胶结材料的百分比)混凝土在不同位置和深度可以通过离子选择方法(19]。

3所示。测试结果和讨论

3.1。裂缝宽度的进化

在循环荷载作用下,混凝土梁的裂缝出现在紧张标本。同一位置的裂缝宽度是wd前后监测周期。由于各种裂缝的发展,要求至少测量3点为每个裂缝;因此许多测量点集和标记为跟踪每一个裂缝。裂缝宽度的变化前后wd周期收集表7。裂缝宽度和数量的增加最大负载和增加循环。标本的最大裂缝宽度b - 0.4 p1c, b - 0.4 p5c, b - 0.4 - p10c低于0.2毫米时,循环荷载为0.4。最大负荷高时裂缝变得更广泛和最大裂缝宽度超过0.2毫米。wd周期期间,完全自愈是观察裂缝宽度窄时超过0.1毫米和自我修复部分时观察到的裂缝宽度范围从0.1到0.2毫米。当裂缝宽度超过0.2毫米时,裂缝wd周期后保持相对稳定。裂缝宽度窄比0.1毫米时,观察自愈。由于水化反应裂缝,反应CaCO的生产₃不溶于水,随后充满了裂缝,可以验证与XPS (2]。图5显示了三个典型的情况下裂缝宽度前后wd周期。

3.2。混凝土的氯离子传输

3.2.1之上。wd周期环境中氯离子传输模型

氯离子渗入混凝土主要由扩散和对流wd周期。(1)扩散:氯离子从高到低浓度由于浓度梯度孔隙的解决方案。(2)对流:当液体渗透多孔介质中溶质与高压的液体运送至低压由于压力梯度。这两种类型的氯离子传输模式同时存在。当混凝土从干燥的润湿wd周期,海水迅速转移到干燥混凝土携带大量的氯离子。氯离子的传输效应对流比表面附近地区扩散,因为饱和混凝土表面附近的梯度是伟大的。在混凝土内部,饱和度随深度的变化很小,氯离子主要通过扩散转移。在wd周期中,摄入液体损失和影响深度有限从混凝土表面13,20.]。液体渗透混凝土时,氯离子与液体,因此产生对流运输流量:

是氯离子含量(摩尔/ m³)。液体体积通量(米/秒),可以表达的吗 是液体的密度。可以计算氯离子扩散通量

是氯离子扩散系数这是饱和混凝土的。

在混凝土的总氯离子通量

可以表示为氯离子质量守恒

从(1),(3),(4)和(5),氯离子传输方程可以表示为

在(6),氯离子吸收被忽略。由于影响地区的wd周期对氯离子转移到附近的混凝土表面,氯离子传输方程可以表示为(7)在更深的混凝土受扩散的影响。

具体是在wd周期因此nonsaturation状态是饱和的函数和扩散时间。由于氯离子只能在孔隙扩散的解决方案,有两个原因减少的时候减少:(1)该地区用于传输减少;(2)氯离子的传输路径变得不再因为毛孔没有关系的一部分。的影响已经被几位研究人员调查21- - - - - -24]。氯离子扩散系数作为具体的年龄的增加而减少,因为连续绑定的水合作用。在唐尼尔森的研究(25)和生活- 365计划(26),(8)是使用含有时间的影响。 在哪里氯离子扩散系数是时间吗= 28天是扩散衰减系数。在这项研究中,核心样品直径50毫米钻在梁试件的封面。氯离子转移到具体的从两个方向:(1)顶部(底部)表面,(2)混凝土梁的侧表面。因此,氯离子的核心样本由两个方向的入口。氯化物含量从侧向入口只有从该地区的深度是25毫米到75毫米(从端面)因为钻孔在顶部的中心(或底部)混凝土梁表面。然而,氯离子含量变化率很小当混凝土的深度大于25毫米。因此,氯入口从侧方向有一个可忽略的影响氯入口方向从上(或下)在该地区的核心样本。假设混凝土氯离子传输核心样区是一维的,(7)可以表示为(9)当考虑具体的饱和度和老化效应: 在哪里氯离子扩散系数是什么时候呢 。在这项研究中,wd周期是润湿主导和更深的饱和混凝土随时间保持稳定和深度。由于这个原因, 是一个常数,氯离子扩散系数是什么时候呢 和饱和度 。因此,(9)改变(10):

方程(10)是一个非线性偏微分方程。解决(10),用变量替换如下是具体的时代,当氯离子进入开始:

根据复合函数的求导法则,

方程(13)可以通过比较获得(10)和(12):

考虑三个边界条件,(1)氯离子在混凝土表面的内容是常数, ;(2)混凝土中氯离子的含量在最初的时候, ;(3)混凝土中氯离子的含量在无穷远处, ,可以从一个特殊的解决方案(13)。

3.2.2。氯化物含量的测试结果与氯离子扩散系数的分析

图6显示了氯的梁试样b - 0.4 p5c。因为氯概要文件从所有梁标本相似,因此氯的梁试样b - 0.4 - p5c拍摄为例来说明氯离子分布。从图可以看出6张力混凝土的氯化物含量高于压缩混凝土和氯化物含量随着深度的增加而减少。

氯化物含量之间的关系在钢铁表面(深度31.5毫米)和平均裂缝宽度()如图7。如图7,氯化物含量增加近似地线性平均裂缝宽度增加。这意味着氯离子传输的影响更加明显,当裂缝宽度增加。

图8显示氯化物含量在钢铁表面和混凝土保护层与氯离子含量之和最大负载和周期。如图8、氯含量增加最大负荷增加。与其他标本相比,氯化物含量最当梁标本经历了20的循环加载。它可以得出的结论是,钢铁表面的氯化物含量是受最大载荷的影响。最大负荷越高导致更广泛的裂缝,因此更多的氯离子转移到具体。更重要的是,与最大载荷的影响相比,周期对氯化物含量的影响很小。一个可能的解释是,在相同的最大负载下,裂缝宽度不同周期从1增加到10时无关紧要的。循环荷载对裂缝宽度的影响是明显的,周期是20。可以看到从图8(一个)下面,标本的平均裂缝宽度是0.10毫米(在较低的线路图8),氯化物含量的差异是次要的。为样本的平均裂缝宽度超过0.13毫米(上图较高的线路图8)、氯化物含量明显增加。如图8 (b),氯含量的总和张力增加混凝土的最大负载增加振幅和周期。氯化物含量的总和内涵主要取决于混凝土的裂缝宽度控制的最大负载。

在这项研究中,不同参数的值 天, 天, 公园的研究等。10),中国混凝土结构的耐久性评估标准(27), mol / L。有两个未知参数和剩下的在(14)。可以估计未知参数在MATLAB中使用非线性最小二乘拟合方法。方程(14)用于混凝土中氯化物含量的结果。氯化物含量数据的更深层次的混凝土用于拟合。拟合函数的残差平方和低于1×10⁻⁴。拟合曲线如图的一部分9作为一个例子。

为了评估平均氯化氯离子扩散效应在入口,平均氯离子扩散系数计算如下:

图10显示的价值样品在不同的核心位置。标本b - 0.4 - p20c和b - 0.5 - p5c为例。缺失值的位置在压缩方面是由于混凝土压碎。的差异张力和压缩混凝土之间并没有显著的无裂缝的位置如样品,d图10。在取样位置含有裂缝或裂缝附近高于其他职位。它表明的价值明显受到裂缝分布的影响。

价值观的核心样本与裂缝表现出图11。的均值在无裂缝的混凝土从无裂缝的计算核心样本,显示在图11作为一个长虚线。可以观察到,增加裂缝宽度增加时,裂缝宽度小于0.11毫米,而增加趋势疲软时裂缝宽度超过0.11毫米。此外,当裂缝宽度增加从0.11毫米到0.23毫米,范围从1.1到1.6×10⁻¹¹米²/ s的1.9到2.4倍无裂缝的混凝土。这是类似于研究Djerbi et al。28]。得出裂缝宽度的影响可能不是线性和裂缝可以提高氯离子渗透的影响。

3.3。负载测试的结果

所有梁的标本,失效模式是弯曲破坏,抗拉钢筋屈服然后在压缩区混凝土压碎。表3给出了测试结果的梁的四点单调加载标本受到交变载荷和遭受240 wd周期的海水。如表所示3,同样的周期,剩余屈服荷载和极限荷载随着最大负荷的增加而减少。和同样的最大负载,残余屈服荷载和极限荷载随着周期的增加而减少。这些结果表明,负载振幅、周期数,和wd周期的海水显然RC梁的残余力学性能的影响。

梁的载荷挠度曲线标本图所示12。列在表3,如图12损伤后,240年循环加载和wd周期的海水,剩余屈服载荷和极限载荷迅速最大负荷的增加而减少。与未损坏的RC梁的标本相比,钢筋混凝土梁的延性破坏了循环荷载显著减少。得出循环荷载的共同作用,海水wd循环对梁的力学性能影响一个伟大的标本。

3.4。力学性能退化

与梁标本B-0P0C相比,在相同的环境中但未损坏的循环荷载,减少屈服载荷、极限载荷和延性的光束如表所示4。图13展品屈服载荷和梁试样的最终不同的最大负载。如表所示4和图13,被循环加载和受损后经历了wd 240周期的海水,梁的残余屈服载荷和极限载荷标本减少最大负载和周期增加。

差异之间的屈服载荷和最终减少1周期,10 5周期,周期是无关紧要的。与梁试样1的循环加载后,减少屈服载荷和极限载荷分析。经过20周期加载的最大载荷为0.4屈服载荷下降了18.3%和极限载荷下降了14.7%。经过20周期加载的最大载荷为0.6屈服载荷下降了15.5%和极限载荷下降了12.2%。它暗示,相同的最大负荷下,周期对屈服载荷的影响大于极限荷载。周期20时,屈服载荷和极限载荷下降明显相同的最大负荷。这表明周期有很大的影响机制RC梁的性能的退化。从表7标本的最大裂缝宽度b - 0.4 p1小于0.2毫米;然而减少屈服载荷和极限载荷超过5%和降低延性比超过20%。联合作用下的循环加载和wd的海水周期,减少梁的屈服载荷和极限载荷标本5后,10和20周期加载的超过12%,尽管最大载荷为0.4。

梁标本受损后循环荷载和有经验的wd 240周期的海水,钢筋的腐蚀开裂区域被发现由于氯入口,如图(14日),14 (b),14 (c)。然而,视觉上腐蚀钢筋的无裂缝的地区不存在如图通过钻几个洞14 (d)。如数据所示(14日),14 (b),14 (c),最严重的腐蚀发生在裂纹位置和观察腐蚀从裂缝逐渐削弱以及钢筋位置无裂缝的混凝土。这可能是负责力学性能的退化梁标本。

一个单变量方差分析与SPSS统计软件进行。因变量是减少屈服载荷和极限载荷因素周期和最大负载。结果如表所示5。从表5(a),周期和最大负荷的重要性水平低于0.05,这意味着周期和最大负载有很大对减少屈服载荷和极限载荷的影响。此外,最大负荷更加明显的影响比周期减少屈服载荷和极限载荷。裂缝宽度增加明显,最大负荷增加。然而,它轻轻地随着周期的增加增加相同的最大负载。它暗示马克斯加载中发挥了主要作用减少屈服载荷和极限载荷。表5(b)和5(c)显示多重比较的结果。如表所示5(b),周期可分为两个子集。一个子集包括1、5、10和其他包括20,这意味着周期数对产量的影响减负荷增加时周期是20。不同最大负荷之间的差异在统计学上没有意义,使多个比较。当最终的因变量改为减少负载,团体的周期是1和最大载荷为0.4与其他组相比有显著性差异,但其他组间差异没有统计学意义。

表6显示了梁的抗弯刚度的比较样本之间前后wd周期。如表所示6标本的弯曲刚度降低,降低的程度增加最大负荷增加。梁的抗弯刚度标本20的循环加载后已故显然与梁后标本1周期。

4所示。结论

调查的影响开展了实验研究循环荷载对钢筋混凝土梁的力学性能和氯离子扩散系数暴露在海水wet-dry周期。基于单调加载的结果和氯离子扩散系数的分析,可以得出以下结论:(1)氯含量增加的最大负荷增加。在相同的最大负载,钢铁表面的氯化物含量没有改变定期周期1时,5、10。然而,当周期是20,氯化物含量在钢铁表面。最大负载氯化物含量在钢铁表面上有更多的影响比周期。(2)氯化物含量在钢铁表面近似地线性增加平均裂缝宽度增加。的价值裂缝分布影响是因为在附近的裂缝或裂缝的位置是高于无裂缝的位置。增加裂缝宽度明显增加时裂缝宽度小于0.11毫米,而慢慢增加随着裂缝宽度的增加,裂缝宽度超过0.11毫米。的差异张力和压缩混凝土之间在无裂缝的位置。(3)海水循环荷载和240 wet-dry周期后,剩余RC梁的屈服载荷和极限载荷的标本都随着最大荷载振幅和周期的增加而减少。与损伤梁试样相比,经过20周期加载的最大载荷为0.4,收益率减负荷从10.4%上升到26.8%,极限荷载减少从7.9%上升到21.5%。经过20周期加载的最大载荷为0.6,收益率减负荷从33.5%上升到43.8%,极限荷载减少从23.2%上升到32.6%。(4)基于单变量方差分析,最大负荷有更多的不利影响屈服载荷和极限载荷比周期。20周期屈服载荷的加载有更多的不利影响,5、10的循环加载。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是项目的一部分由中国国家自然科学基金资助(国家自然科学基金委)批准号51578031的开放话题亚热带建筑科学国家重点实验室(SKLSAS)华南理工大学(2016 za03)。作者欣然承认收到国家自然科学基金委和SKLSAS财政支持。