相鄰鋼筋非均勻銹蝕引發混凝土保護層開裂的細觀數值模擬

張仁波+杜修力+金瀏

摘要：對2根相鄰鋼筋非均勻銹蝕膨脹引發的混凝土保護層破壞行為進行了細觀數值模擬研究；考慮到混凝土細觀結構非均質性的影響，將混凝土視為由骨料、砂漿和界面過渡區組成的三相復合材料，以施加強制位移的方式模擬鋼筋的非均勻銹脹作用，建立了混凝土保護層開裂分析的細觀尺度數值模型，并進行了影響參數分析。結果表明：細觀數值模擬結果與已有文獻中的試驗結果吻合良好；相鄰鋼筋非均勻銹蝕時會發生內部裂紋相互貫通先于和落后于外部開裂2種破壞模式；鋼筋直徑不是影響混凝土保護層破壞的主要參數；混凝土保護層厚度主要影響外部開裂的發展；鋼筋間距則主要控制內部裂紋的相互貫通。

關鍵詞：混凝土保護層；細觀數值模擬；鋼筋非均勻銹蝕；銹脹機理；破壞模式

中圖分類號：TU375文獻標志碼：A

0引言

鋼筋銹蝕會嚴重影響鋼筋混凝土結構的耐久性[1]。在侵蝕性環境中，侵蝕介質會造成混凝土內的鋼筋表面鈍化膜破壞，從而引起鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕后其銹蝕產物會發生體積膨脹，從而對鋼筋周圍的混凝土產生擠壓。隨著鋼筋銹蝕程度的加劇，混凝土保護層受拉開裂，進而加速有害介質的侵入，加速鋼筋的銹蝕，進一步加劇裂縫的擴展，導致結構破壞，嚴重影響混凝土結構的耐久性，因此對鋼筋銹蝕引發的混凝土保護層開裂行為進行研究具有重要的工程實際意義。

對于鋼筋銹蝕引起的結構破壞問題，各國研究者在試驗研究、理論解析和數值模擬方面做了大量工作。……