書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：基于腐蝕層高斯描述的鋼筋混凝土均勻和非均勻腐蝕損傷比較

編號：JFKJ-21-005

作者：炬豐科技

摘要

提出了高斯函數(shù)來描述腐蝕產(chǎn)物的非均勻空間分布，如使用背散射電子成像和圖像分析從暴露于氯化物的鋼筋混凝土試樣中測量的。該模型很好地?cái)M合了觀察到的數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)中報(bào)告的有限數(shù)據(jù)集。隨后，它被用作有限元分析的輸入，以提供理想化的均勻腐蝕和更現(xiàn)實(shí)的非均勻腐蝕對混凝土造成的損壞的定性比較。腐蝕的空間分布對傳播階段有重大影響，直接影響剩余使用壽命。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土，掃描電鏡，建模研究，銹蝕

1.?介紹

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在過去的幾十年里，鋼筋的腐蝕被認(rèn)為是混凝土結(jié)構(gòu)退化的主要原因[1]。鋼筋腐蝕發(fā)生率增加的部分原因是結(jié)構(gòu)現(xiàn)在面臨的環(huán)境條件更加嚴(yán)峻，例如冬季在橋梁上更多地使用除冰鹽，以及在沿海地區(qū)附近建設(shè)新基礎(chǔ)設(shè)施的增加. 氯離子是引發(fā)鋼筋腐蝕的主要原因，將混凝土結(jié)構(gòu)暴露在富含氯離子的環(huán)境中會(huì)顯著增加結(jié)構(gòu)退化的風(fēng)險(xiǎn)。

腐蝕開始后，如果不采取補(bǔ)救措施，與腐蝕產(chǎn)物形成相關(guān)的體積增加將對周圍混凝土施加向外膨脹的壓力，最終導(dǎo)致覆蓋層開裂和剝落。隨后鋼筋和混凝土之間的結(jié)合力降低以及鋼筋橫截面面積的減少，最終會(huì)對鋼筋混凝土構(gòu)件的使用性能和承載能力產(chǎn)生不利影響。必須充分了解腐蝕引起的損壞的各個(gè)階段并對其進(jìn)行可靠建模，以便實(shí)施高效且具有成本效益的維修和維護(hù)策略。對與腐蝕鋼筋混凝土退化有關(guān)的所有可能臨界極限狀態(tài)的全面審查

Buenfeld 等人提出了從開始到坍塌的結(jié)構(gòu)。[6]。

受腐蝕的鋼筋混凝土構(gòu)件的總使用壽命通常表示為兩個(gè)階段的過程，包括起始期和傳播期[7]。前者定義為鋼筋腐蝕開始所需的時(shí)間，后者定義為達(dá)到規(guī)定的使用性能或極限狀態(tài)所需的時(shí)間。服務(wù)壽命傳統(tǒng)上被視為等于啟動(dòng)期的持續(xù)時(shí)間，因此進(jìn)行的大部分研究工作都集中在這個(gè)領(lǐng)域。然而，這可能被視為過于保守的失效準(zhǔn)則，因?yàn)槌跏茧A段的結(jié)束僅表示腐蝕的開始，并且結(jié)構(gòu)尚未遭受任何可能抑制其功能性能的不利影響。

在過去幾年中，人們更加重視研究傳播階段 [8-18]。這允許考慮更現(xiàn)實(shí)的失效標(biāo)準(zhǔn)來表示結(jié)構(gòu)使用壽命的結(jié)束，例如覆蓋層的初始全深度開裂、超過最大允許寬度的裂紋、覆蓋層剝落和最終的結(jié)構(gòu)倒塌 [19]。然而，絕大多數(shù)開發(fā)的模型都假設(shè)腐蝕產(chǎn)物在鋼筋圓周周圍均勻膨脹 [例如 12-18]。這在實(shí)踐中很少發(fā)生，因?yàn)槁然锿ㄟ^保護(hù)層滲透到鋼筋的深度，在最靠近混凝土表面的鋼筋表面引發(fā)腐蝕，導(dǎo)致鋼筋周長周圍腐蝕產(chǎn)物的分布不均勻。假設(shè)均勻腐蝕主要有兩個(gè)原因。首先是它顯著簡化了建模過程，尤其是在制定基于分析和有限差分的解決方案時(shí)。第二是目前缺乏可靠的信息來表征鋼筋表面腐蝕產(chǎn)物的實(shí)際不均勻形成和膨脹。?????略

2.?實(shí)驗(yàn)性的

下面提供了實(shí)驗(yàn)程序的摘要。有關(guān)研究中使用的材料、混合比例、固化方案、暴露歷史和樣品制備技術(shù)的完整詳細(xì)信息，請參閱 Wong 等人。[33]。

2.1?鋼筋混凝土測試板和暴露歷史??略

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2.2?顯微鏡樣品制備??略

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2.3???背散射電子成像??略

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3.?腐蝕損傷模型??略

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3.1??混凝土材料模型???略

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3.2???鋼筋腐蝕模擬???略

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4.???結(jié)果

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4.1?樣品概覽??略

4.2?腐蝕層厚度???略

4.3?均勻和非均勻腐蝕分析???略

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5.????討論??略

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