书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：基于腐蚀层高斯描述的钢筋混凝土均匀和非均匀腐蚀损伤比较

编号：JFKJ-21-005

作者：炬丰科技

摘要

提出了高斯函数来描述腐蚀产物的非均匀空间分布，如使用背散射电子成像和图像分析从暴露于氯化物的钢筋混凝土试样中测量的。该模型很好地拟合了观察到的数据和文献中报告的有限数据集。随后，它被用作有限元分析的输入，以提供理想化的均匀腐蚀和更现实的非均匀腐蚀对混凝土造成的损坏的定性比较。腐蚀的空间分布对传播阶段有重大影响，直接影响剩余使用寿命。

关键词：钢筋混凝土，扫描电镜，建模研究，锈蚀

1. 介绍

在过去的几十年里，钢筋的腐蚀被认为是混凝土结构退化的主要原因[1]。钢筋腐蚀发生率增加的部分原因是结构现在面临的环境条件更加严峻，例如冬季在桥梁上更多地使用除冰盐，以及在沿海地区附近建设新基础设施的增加. 氯离子是引发钢筋腐蚀的主要原因，将混凝土结构暴露在富含氯离子的环境中会显着增加结构退化的风险。

腐蚀开始后，如果不采取补救措施，与腐蚀产物形成相关的体积增加将对周围混凝土施加向外膨胀的压力，最终导致覆盖层开裂和剥落。随后钢筋和混凝土之间的结合力降低以及钢筋横截面面积的减少，最终会对钢筋混凝土构件的使用性能和承载能力产生不利影响。必须充分了解腐蚀引起的损坏的各个阶段并对其进行可靠建模，以便实施高效且具有成本效益的维修和维护策略。对与腐蚀钢筋混凝土退化有关的所有可能临界极限状态的全面审查

Buenfeld 等人提出了从开始到坍塌的结构。[6]。

受腐蚀的钢筋混凝土构件的总使用寿命通常表示为两个阶段的过程，包括起始期和传播期[7]。前者定义为钢筋腐蚀开始所需的时间，后者定义为达到规定的使用性能或极限状态所需的时间。服务寿命传统上被视为等于启动期的持续时间，因此进行的大部分研究工作都集中在这个领域。然而，这可能被视为过于保守的失效准则，因为初始阶段的结束仅表示腐蚀的开始，并且结构尚未遭受任何可能抑制其功能性能的不利影响。

在过去几年中，人们更加重视研究传播阶段 [8-18]。这允许考虑更现实的失效标准来表示结构使用寿命的结束，例如覆盖层的初始全深度开裂、超过最大允许宽度的裂纹、覆盖层剥落和最终的结构倒塌 [19]。然而，绝大多数开发的模型都假设腐蚀产物在钢筋圆周周围均匀膨胀 [例如 12-18]。这在实践中很少发生，因为氯化物通过保护层渗透到钢筋的深度，在最靠近混凝土表面的钢筋表面引发腐蚀，导致钢筋周长周围腐蚀产物的分布不均匀。假设均匀腐蚀主要有两个原因。首先是它显着简化了建模过程，尤其是在制定基于分析和有限差分的解决方案时。第二是目前缺乏可靠的信息来表征钢筋表面腐蚀产物的实际不均匀形成和膨胀。     略

2. 实验性的

下面提供了实验程序的摘要。有关研究中使用的材料、混合比例、固化方案、暴露历史和样品制备技术的完整详细信息，请参阅 Wong 等人。[33]。

2.1 钢筋混凝土测试板和暴露历史  略

2.2 显微镜样品制备  略

2.3   背散射电子成像  略

3. 腐蚀损伤模型  略

3.1  混凝土材料模型   略

3.2   钢筋腐蚀模拟   略

4.   结果

4.1 样品概览  略

4.2 腐蚀层厚度   略

4.3 均匀和非均匀腐蚀分析   略

5.    讨论  略

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