氯盐侵蚀钢筋混凝土锈胀模型的动态修正.pdf

第 1 9 卷第 3 期 2 0 1 6年 6 月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI L DI NG MATERI ALS Vo I ． 1 9。 No ． 3 J u n ． ， 2 0 1 6 文章编号 ： 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 — 0 4 8 5 - 0 6 氯盐侵 蚀钢 筋混凝土锈 胀模型 的动态修正 毛 江鸿 ， 陈佳 芸 ， 崔 磊 ， 金伟 良 ， 夏 晋 ， 许 晨 ， 王 小军 ( 1 ． 浙江大学宁波理工学院 土木工程研究所 ， 浙江 宁波 3 1 5 1 0 0 ； 2 ． 浙江大学 结构工程研究所 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 5 8 ) 摘要 ： 针对现有预测模型 中参数难以确定 ， 导致预测精度不足 的问题， 采用分布式光纤传感技术对 混凝土锈胀全过程进行实时监测 ， 并基于监测数据对解析模型 中的关键参数——铁锈膨胀率进行 反演算， 建立了可动 态更新 的钢筋混凝土锈胀全过程预测模型． 关 键词 ：钢筋 混凝 土 ； 锈 蚀 ；分布 式光 纤 ；动 态预 测 中图分类号 ： T N2 9 ； TU3 1 7 文献标志码 ： A d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 — 9 6 2 9 ． 2 0 1 6 ． 0 3 ． 0 1 2 Dy na mi c Co r r e c t i ng f o r Re i nf o r c e d Co n c r e t e Ex p a n s i o n I nd u c e d b y Chl o r i d e Er o s i o n MAO J i a n g h o n g ， CHEN J i a y u n ， CUI Le i ， I N We i l i a n g ， XI A Ji n 。 ， XU Ch e n 。 ， WANG Xi a o j ( 1 ． I n s t i t u t e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Ni n g b o I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， Z h e i i a n g Un i v e r s i t y ， Ni n g b o 3 1 5 1 0 0 ， C h i n a ； 2 ． I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g，Z h ~i a n g Un i v e r s i t y，Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n t h e e x i s t i n g p r e d i c t i o n mo d e l ，t h e d i f f i c u l t y i n d e t e r mi n i n g t h e p a r a me t e r s c o u l d r e s u l t i n t h e d e f i c i e n c y o f p r e d i c t i o n p r e c i s i o n ． A me t h o d f o r d y n a mi c a l l y c o r r e c t i n g t h e p a r a me t e r s o f t h e p r e d i c t i o n mo d e l wa s i l l u s t r a t e d ．Ba s e d o n t h e d i s t r i b u t e d o p t i c a l f i b e r s e n s i n g t e c h n o l o g y，t h e wh o l e p r o g r e s s o f t h e e x p a n s i o n wa s r e a l - t i me mo n i t o r e d ．Ac c o r d i n g t o d a t a o b t a i n e d v i a d i s t r i b u t e d o p t i c a l f i b e r s e n s i n g t e c h n o l — o g y ，t h e k e y p a r a me t e r s o f a n a l y t i c a l mo d e l a n d c o r r o s i o n e x p a n s i o n r a t e c a n b e i n v e r s e l y c a l c u l a t e d，wh i c h c a n h e l p e s t a b l i s h t h e d y n a mi c u p d a t i n g p r e d i c t i o n mo d e l o f t h e wh o l e p r o g r e s s o f t h e c o n c r e t e e x p a n s i o n ． Ke y wo r d s ：r e i n f o r c e d c o n c r e t e ；c o r r o s i o n；d i s t r i b u t e d o p t i c a l f i b e r ；d y n a mi c u p d a t i n g p r e d i c t i o n 钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂是钢筋混凝 土耐久性失效 的主要原 因之一L 1 ] ． 预测混凝 土锈胀 开裂时间对评估钢筋混凝土耐久性和制定养护措施 意义重大． 目前 ， 锈胀开裂预测模型主要分为经验模 型、 数值模型和解析模型 3类． L i u等[ 2 假定钢筋 均 匀锈蚀 ， 认为锈蚀产物的生成量与锈蚀时间的平方 根 成 正 比 ， 得 到保护 层开 裂 时间 预测 模 型 ； B h a r g a v a 等[ 3 假定钢 筋与锈蚀产 物的弹性模量 和泊松 比相 同， 建立了混凝土开裂时间分析模型 ； 罗晓辉等 利 用损伤力学假定钢筋均匀锈蚀时的锈蚀层膨胀效应 与温度膨胀 效应 相似 ， 分析 了混凝土 开裂前 的损 伤过程 ； Z h a o 等[ 5 利用弹性力学理论 ， 建立 了混凝 土保护层 的锈胀 开裂模 型， 讨论 了混 凝土保 护层 胀裂 时钢 筋 锈 蚀 深 度 的各 个 影 响 因素 ； 陆 春 华 等[ 6 考虑锈蚀产物 的变形 特性 以及 锈蚀 产物进入 裂缝的实际情况 ， 建 立了混凝 土保护 层锈胀 开裂 时 间计算 公 式 ． 上述解析模型中的参数基本为常数， 然而混凝 土锈胀是动态过程 ] ， 需要对解析模型 的关键参数 进行敏感性分析和反演． 钢筋周 围混凝土应变能直 收稿 日期 ： 2 0 1 4 — 1 2 — 2 9 ；修订 日期 ： 2 0 1 5 — 0 3 — 2 O 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 4 0 8 5 4 4 ， 5 1 2 0 8 4 5 9 ) ； 浙江 省 自然科 学基金资助项 目( L Q1 4 E 0 8 0 0 0 7 ) ； 宁波市科技服务业示 范项 目( 2 0 1 4 F 1 0 0 1 6 ) ； 宁波市科技创新团队项 目( 2 0 1 I B 8 1 0 O 5 ) ； 宁波市 自然科学基金资助项 目( 2 O 1 0 A6 1 O O 8 5 ) 第一 作者 ： 毛江鸿 ( 1 9 8 5 一) ， 男 ， 浙江义乌人 ， 浙江大学宁波理工学 院副教授， 博士． E — ma i l ： j h ma o @n i t ． z j u ． e d u ． c n 4 8 6 建筑材料学报 第 1 9卷 接反映钢筋锈蚀 程度， 可利用 有效监测方法获取该 应变值． 目前 ， 国内外钢筋混凝土耐久性监测方法主 要 基 于 电化 学 原 理 [ 8 ， 无 法 获 取 由钢 筋 锈 胀 引 起 的混凝土膨胀应变． 光纤类传感器具有材质稳定 、 轻 质及可植入等优点 ， 可 以实时获得钢筋混凝 土锈胀 应变 ， 特别是分布式光纤传感技术可获取光纤沿线 混凝 土应 变 ． 本文针对基于弹性力学方法建立的锈胀解析模 型进行参数敏感性分析 ， 得到影 响混凝土锈胀开裂 预测的关键参数 ， 同时采用布里渊光时域分析( B r i l — l o u i n o p t i c a l t i me d o ma i n a n a l y s i s ，B OT D A) 技 术 获取锈蚀全过程的混凝 土膨胀应变 ， 利用监测数据 对关键参数进行动态修正． 1 钢筋混凝土理论和实测锈胀 曲线 1 ． 1 钢 筋混凝 土 理论锈 胀 应变 时程 曲线 铁锈 自由膨胀后填充到混凝土的毛细孔和孔隙 中， 对外 围混凝土产生锈胀力． 当锈胀力超过混凝土 拉应力后混凝土 出现锈胀开裂， 开裂之前混凝土处 于弹性 变形 阶段 ， 可采 用 弹 性 力 学 进行 混 凝 土 锈 胀 分析． 将混凝土简化为受均匀 内压作用 的单层厚壁 圆筒 ， 其力学方程n 为： 一 ( 1 + 5 2 ) ( 1 ) e一 一 1 E+ 笋 ) ( 2 ) ‘ E ( 6 一 口 ) 。 r 2 ／ ～ 式中： 为 圆环 的环 向应力 ； 户为 内孔压力 ( 即锈胀 力) ； b为圆环外半径 ( 混凝土试件半径) ； 为 圆环内 半径( 钢筋半径) ； r为待分析点至圆环中心距离 ( 光 纤检测环半径) ； ￡为待分析点 的环 向应变 ； E 为混 凝土弹性模量． 锈胀力 与钢筋锈蚀程度及铁 锈膨胀率等相 关． 本文采用文献 E l 2 ] 中的钢筋锈胀力解析模型进 行分析 ， 该模型如式( 3 ) 所示 ： 一 堡 二 2 二 ( 1 + ) ( 口 +c ) +( 1 一 ) 口 。l n ( 1 一 。 )~ ／ 二 _ E ( 2 a c +c 。 ) 。E { [ ( 1 +"O r ) 一2 ] 十 2 ／ p ) 式中： 为铁锈膨胀率 ； C 为混凝土保护层厚度 ； 为 混凝土泊松 比； E 为铁锈名义弹性模量 ； 为铁锈 名义泊松 比； p为钢筋锈蚀率． 依据式( 1 ) ～( 3 ) 可获取不同锈蚀率下混凝土的 锈胀应变． 本文采用 通电加速锈蚀方式进行钢筋锈 蚀模拟 ， 钢筋锈蚀率 』 D 可根据 电流强度 j r 和通 电时 间t 计算得到 ] ： p一 ( 4 ) 其 中 Am 一 ㈤ m = ： =7 c a 。 L D 。 ( 6 ) 式中： A m为钢筋锈蚀总质量 ， g ； m 为钢筋质 量 ， g ； M 为铁原子的摩尔质量 ， g ／ mo l ； Z为铁 电化学反应 的电 极 化 合 价 ， 取 为 +2 ； F 为 法 拉 第 常 数 ， 取 为 9 ． 6 5 1 0 C ／ mo l ； L为锈蚀钢筋长度 ； p 为钢筋密 度 ， g ／ c m。 ． 加速锈蚀过程中钢筋 电流强度 I的计算式为 ： I— i S — i ( 2 7 c 也 ) ( 7 ) 式中 ： i为 电流 密度 ， ~ A／ c m。 ； S为锈 蚀 钢筋 表 面 积 ， e m。 ． 因此 ， 钢筋锈蚀率 p可表示为： lD一 ( 8 ) ’ a p, 结合式 ( 1 ) ～( 8 ) 可获取钢筋锈蚀引起的混凝土 ( 3 ) 膨 胀应 变 时程 曲线． 1 ． 2 钢筋 混凝 土 实测锈 胀应 变时 程 曲线 由理论分析可知 ， 将分布式传感光纤按 照一定 直径围绕钢筋 ， 可监测钢筋锈蚀所引起的混凝 土膨 胀应变． B O TD A利用光纤 的布里渊散射光频移量 e与应变量、 温度变化量 的线性关 系， 获取光纤沿 线应变和温度的分 布信息． 布里渊散射光频移量与 光纤 应变 量 、 温 度变 化量 之 间的关 系 为 ： B( e ， T)一 ( T — To )一 B ( o )+ u 上 Qe ( 9 ) 式中： ， 丁分别 为光 纤初 始温 度和试 验 温度 ； ( O ) 为初始应变 、 初始温度时 的布里 渊散射光频 移 量 ； ( e ， T) 为应 变 e ， 温度 T 时 的 布里 渊 散 射 光 频 移量 ． 根据混凝土锈胀力学机理 ， 设计 了如 图 1所示 的锈 蚀 监 测 试 验 ． 应 变 采 用 瑞 士 O mn i s e n s公 司 S T R型 B OT DA 采集 ， 设置仪 器 的空间分 辨率 为 0 ． 5 m， 采样点间隔为 0 ． 1 m， 采样方式为实时连续 采集 ． 混 凝 土 试 件 尺 寸 为 ~ 8 51 5 0 mm． 钢 筋采 用 直径为 2 5 mm 的 HR B 3 3 5钢筋 ， 光纤监测环直径为 7 5 mm ． 水泥采用三狮牌 P O 4 2 ． 5普通硅酸盐水泥 ， 石 子为 粒 径 5 ． 0 ～ 2 5 ． 5 mm 连 续 级 配 的碎 石 ， 砂 子 为级配 良好的 中粗河砂 ， 拌和水为 自来水 ， Na C 1 为 第 3期 毛江鸿 ， 等 ： 氯盐侵蚀钢筋 混凝 土锈胀模型的动态修正 4 8 7 S t o o l r e b a r Di s t r i b ut e d o pt i c a l fib e r Co nc r e t e s p e c t m e n 图 1 分布式光纤传感器布设 图 Fi g ． 1 La y o u t o f d i s t r i b u t e d o p t i c a l f i b e r s e n s o r ( s i z e ： ram) 分析纯． 混凝土 2 8 d实测抗压强度为 2 1 ． 5 MP a ． 混 凝土弹性模量和泊松比选取 G B 5 0 0 1 0 --2 0 1 0 { 混凝 土结构设计规范》 建议值 ， 将弹性模量取为 3 0 GP a ， 泊松比取为 0 ． 2 ． 钢筋混凝土配合 比如表 1 所示． Ti me ／ h ( a ) Wh o le p r o c e s s o f e x p a n s i o n c r a c k i n g 裹 1 钢筋 混凝土配合比 T a b l e 1 Mi x p r o p o r t i o n o f r e in f o r c e d c o n c r e t e k g ／ ms 由于钢筋混凝土构件在 自然环境下锈蚀周期过 长， 不适于室内试验 ， 因此本文采用半浸泡通 电加速 锈蚀试验方法 ， 用吸水海绵包裹钢筋混凝土试件( 钢 筋初始状态为未锈蚀状态) ， 并向海绵中灌人质量分 数为 5 的 Na C 1 溶液以保持试件处于湿润状态． 采 用量程为 3 A和 6 0 V的直流电源对钢筋进行通电， 直流 电源采用 恒 电流控 制， 电流密度 为 1 5 0“ A／ c m ， 整个通 电时 间约为 2 0 0 h ． 将分布式光纤监测 得到的应变绘制为时程 曲线 ， 如图 2所示． 3 0 0 2 5 0 2o o 0 1 5 0 1 o o 5 0 。 ． 0 5 1 0 1 5 20 2 5 3 O 3 5 Ti me J h C o ) I n i t i a l s t a g e o f e x p a n s i o n c r a c k i n g 图 2 分布式光纤应变监测 时程 曲线 Fi g ． 2 Ti m e - h i s t o r y c u r v e s o f o p t i c a l f i b e r s t r a i n 图 2 ( a ) 为混凝土锈 胀开裂全 过程数 据．由图 2 ( a ) 可 以看 出 ， 随着 锈 蚀 进 程 的开 展 ， 混 凝 土应 变 呈现显著增加趋势． 图 2 ( b ) 为混凝土锈胀开裂初期 监测数据． 由图 2 ( b ) 可见 ： 混凝土锈胀 分为锈胀 阶 段和锈裂阶段 ； 锈胀阶段锈蚀产物不断填充钢筋和 混凝土之间界面及 混凝土 内部孔隙 ， 此 阶段 混凝土 构件仍处于弹性状态 ； 锈裂 阶段混凝土达到极限应 变 后 出现裂 缝 ， 此 时混凝 土构件 已不 处 于弹 性状 态 ． 由于本文所使用 的模 型是基于 弹性力 学 的解析模 型[ 1 ， 仅适用于混凝土保护层 开裂 前的锈胀 阶段 ， 即对应于图 2 ( b ) 中的 O ～2 5 h阶段． 因此 ， 本文将使 用 0 ～2 5 h的应变监测 值用于解析模 型中 的参数 反 演． 2 锈胀模型关键参数敏感性分析及反演 影响钢筋混凝土锈胀力 的因素较多 ， 分为 随时 间变化因素和不随时间变化因素 2 类． 其 中， 钢筋直 径 、 保护层厚度及 混凝 土泊松 比等在锈蚀过程 中基 本保持恒定 ； 而锈蚀产物的物理特性 ， 如铁锈膨胀率 及铁锈弹性模量等可能随锈蚀过程而发生变化． 因 此 ， 本文对理论模型中的时变参数进行敏感性分析， 为后续模型修正提供支持． 参数敏感性分析时， 不随 时间变化的参数选用与加速锈蚀试验时一致 ， 通电 时 间为 2 0 h ． 2 ． 1 铁锈泊松比( 弹性模量) 的敏感性分析 铁锈的泊松 比由铁锈的化学组成决定 ， 随着锈 蚀程 度加 剧 ， 铁锈力 学性 能会 随之 改变 ， 因此 铁锈 的 弹性 模 量和泊 松 比难 以通 过 试 验 获取 ． 目前 国 内外 学者多数采用文献[ 1 5 ] 中的方法来确定铁锈名义弹 性模量和泊松 比： 假定铁锈性质与液态水相似 ， 即其 泊松 比 无 限 接近 于 0 ． 5 ， 体积 弹性 模量 K 一 2 ． 0 GP a ， 并 可 得 到 铁 锈 名 义 弹 性 模 量 E = 3 o o o ( 1 —2 v ) K ； 泊松 比敏感性分析时 ， 假设铁锈 膨胀率 不变 ( 取 一2 ) ， 结合式 ( 2 ) ～( 8 ) ， 可得到 通电 2 0 h时铁锈泊松比与混凝土环 向应变 的关 系， 如图 3所示． 4 8 8 建筑材料学报 第 1 9 卷 图 3 混凝土环向应变与铁锈泊松 比的关系 Fi g ． 3 Re l a t i o n s h i p b e t we e n h o o p s t r a i n o f c o n c r e t e a n d r u s t P o i s s o n ’ S r a t i o 由图 3可见 ， 随着 铁锈 泊松 比增 大 ， 计 算所 得 的 混凝土环 向应变 随之显著减小 ， 这说明铁锈泊松 比 取值 对 混凝 土锈胀 应 变有 较大 影 响． 2 ． 2 铁 锈膨 胀 率的 敏感性 分 析 相关文献表明铁锈膨胀率一般可取 2 ～4 ． 本文 进行铁锈膨胀率的敏感性分析时 ， 选取铁锈泊松 比 为 0 ． 4 9 9 0 ． 钢筋混凝土环 向应变与铁锈膨胀率之间 的关 系如 图 4所 示． Rus t e x pa ns i o n r a t e 图 4 混凝土环 向应变与铁锈膨胀率 的关系 Fi g． 4 Re l a t i ons hi p be t we e n ho op s t r a i n of c onc r e t e a n d r us t e xp a ns i o n r at e 由图 4可见 ： 随着铁锈膨胀率增加 ， 环 向应变逐 渐变 大 ； 一 4 ． 0时 的 应 变 值 是 一2 ． 0时 的 1 ． 6 4 倍． 这表明铁锈膨胀率取值对环 向应 变计算结果存 在 一定影 响 ． 2 ． 3 钢筋混凝土锈胀模型关键参数的反演计算 由上述分析可知， 铁锈泊松 比( 弹性模量) 以及 铁锈膨胀率对混凝土膨胀应变存在影 响， 这些参数 的取值会显著影 响模型预测精度． 可基于监测数据 和理论模型 ， 反演关键参数随时间变化的特征． 取铁 锈膨胀率 为 2 ． 0 ， 3 ． 0及 4 ． 0 ， 对 铁锈名义泊松 比 进行反演 ， 得到其与通 电时间的关系， 如图 5所示． Ti me ／ h 图 5 铁锈名义泊松 比与通 电时间的关 系 F i g ． 5 Re l a t i o n s h i p b e t we e n r u s t n o mi n a l Po i s s o n’ S r a t i o a n d c o n d u c t i o n t i me 由图 5可 以看 出， 铁锈名义 泊松 比在 0 ． 4 9 9 0 附近浮动， 其值随通电时间的增加而略有下降． 对 比 图 3可 知 ， 在 本研 究工 况下 ， 铁锈 名义 泊松 比随 时间 的变化对环向应变影 响不大． 虽然铁锈泊松 比的具 体取值对钢筋环 向应变有较大影响 ( 见图 3 ) ， 但该 参数并不随通电时间增加而有 明显变化 ( 见 图 5 ) ， 可将其视为常数 ， 故本文在后续分析 中仍将铁锈泊 松 比取为 0 ． 4 9 9 0 ． 采用相同方法对铁锈膨胀率进行 了反演计算 ， 取铁 锈 泊 松 比 为 0 ． 4 9 9 0 ， 得 到 铁 锈 膨 胀率 随 时 间变化曲线 ， 如图 6所示． 图 6 铁锈膨胀率 与通 电时间的关 系 Fi g ． 6 Re l a t i o n s h i p b e t we e n r u s t e x p a n s i o n r a t e a n d c o n d u c t i o n t i me 由图 6可 以看 出 ， 随着 通 电时 间的增 加 ， 铁 锈 膨 胀率有明显上升趋势 ， 说 明铁锈膨胀率与通 电时 间 相关． 在铁锈膨胀率恒 为常数 的情况下对模型进行 锈 胀 预测会 出现 较大 误差 ， 因此 ， 需对 铁锈 膨 胀率 进 行动态修正 ， 从而提高预测精度． 3 钢筋混凝土锈 胀模型的动态修 正 钢筋锈蚀过程为具备时间信号 的连续过程 ， 布 设混凝土应变监测传感 器就可 以获取实 时应 变信 号 ， 从 而反 演 出铁锈 膨胀 率 时程 曲线． 通 过 函数 拟 合 0 口．| ，】∞ 、 嗣 0∞ 砚 州 0 q 吼 o q s n b【眉对 扫呻盆o o墨 o _l， j翻o _I 田 窝 Q ∞ ． 第 3 期 毛江鸿 ， 等 ： 氯盐侵蚀钢筋混凝 土锈胀 模型的动态修正 4 8 9 方式， 在 已有数据的基础上预测后续时间的铁 锈膨 胀率 ， 以实现锈胀模型的动态修正 ， 从 而完成高精度 预测． 本文针对加速锈 蚀试验 ， 分别采 用 5 ， 1 0 ， 1 5 ， 2 0 h的监测数据进行模型的动态修正． 具体过程如 下( 以 1 0 h为例 ) ： ( 1 ) 获取反演 的铁锈膨胀率对混 凝土试件进行应变监测 ， 将通电前 1 0 h获得的每小 时应变值代 人式 ( 3 ) ～ ( 8 ) 进行反 演 ， 得 到通 电前 1 0 h中每小时所对应的反演铁锈膨胀率 ； ( 2 ) 获取铁 锈膨胀率时程 曲线对反演的铁锈膨胀率数据进行 函 数拟合 ， 选取最小均方根误差值( R MS E值) 作为最 优拟合函数． R MS E值计算公式如式( 1 O ) 所示： _ = RM S E 一 ^ ∑ ( 1 0 ) V ’ i x 1 式中： N 为通电时间， h ； d 为预测值与真实值之差． 将不同通电时间( 5 ， 1 0 ， 1 5 ， 2 0 h ) 下的监测数据 作为拟合初始数据， 并分别采用指数函数和二次函 数进行拟合 ， 结果如表 2 所示． 由表 2可见 ： 通电时间为 5 ， 1 0 ， 1 5 ， 2 0 h时 ， 指 寰 2 铁锈膨 胀率拟合 函数 Ta b l e 2 F i t t i n g f u n c t i o n o f r u s t e x p a n s i o n r a t e 数函数 的 RMS E值 均小于二次 函数 的 RMS E值 ， 这说明铁锈膨胀率与时间的关系更符合指数关系； R MS E值随着拟合监测数据 的增多而减小． 将不同 通电时间下的监测数据按指数函数拟合所得到 的铁 锈膨胀率修正 曲线， 与实际监测数据反演后的铁锈 膨胀率实际值绘制于图 7 ． 0 5 l 0 l 5 2 O 2 5 Ti me f h 图 7 铁锈膨胀率 的实 际值 与修正值 的对 比 Fi g ． 7 Co mp a r i s o n b e t we e n a c t u a l a n d c o r r e c t i o n v a l ue s o f r us t e xpa ns i on r a t e 由图 7可 知 ， 用于拟 合 的监测 数 据越 多 ， 对 铁 锈 膨胀率 的修正精度越高． 将预测得 到的铁 锈膨胀 率 时程 代人 式 ( 3 ) ～ ( 8 ) ， 可得 到动态修正后 的钢筋混凝 土锈胀 预测模 型． 本文选用 2 o h的监测数 据拟合 出的指数 函数 n 一0 ． 9 8 6 e ∞ 作为铁锈膨胀率修正 函数 ， 得到动态 修正后的混凝土锈胀应变预测值 ， 如图 8所示． O 5 1 O 1 5 2 O 2 5 Ti me ／ h 图 8 修正后解析模 型的预测值和实际监测值对 比 F i g ． 8 Co mp a r i s o n b e t we e n p r e d i c t i v e a n d d e t e c t i v e s t r a i n s o f c o r r e c t i o n a n a l y t i c a l mo d e l 由图 8可知 ， 经过动态修正 的钢筋混凝土锈胀 应变与实测应变吻合较好． 4 结 论 ( 1 ) 针对 基于 弹性 力 学 的 钢 筋混 凝 土 锈 胀 模 型 进行了参数敏感性分析 ， 并利用监测数据对关键参 数进行反演分析 ， 建立 了本文工况下 的铁锈膨胀率 时程 曲线． ( 2 ) 通过引入铁锈膨胀率时程曲线 ， 进行钢筋混 凝土锈胀模型 的动态修正 ， 提高 了预测精度 ， 使得 B O TD A监测数据具备了动态预测的功能， 可进行 钢筋混凝土锈胀开裂的预测和预警． ( 3 ) 试验数据基于通 电加速试验获得 ， 该方式与 ∞ 的 ∞ ∞ 加 a = l a J u 目— v o a— 再 l s— — o_【 ∞ 窝Q量 5 4 3 2 1 B J a o 磊 氍二答 4 9 O 建筑材料学报 第 1 9 卷 钢筋混凝土 自然暴露不同， 因此铁锈膨胀率 时程 曲 线不具备普遍适用性 ， 后续研究 中将考 虑在 自然暴 露和干湿循环 2种条件下建 立铁锈膨胀 率 的时程 曲线 ． 参 考文 献 ： [1] 金伟 良， 赵羽习． 混凝土结 构耐久 性[ M] ． 第 2版． 北京 ： 科学 出版社 ， 2 0 1 4 ： 3 - 7 ． J I N W e i l i a n g， ZHAO Yux i ． Th e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s t r uc — t u r e s [ M] ． 2 n d e d ． B e ij i n g ： S c i e n c e P r e s s ， 2 0 1 4 ： 3 - 7 ． ( i n C h i — n e s e ) [2] L I U Y， WE YE R S R E ． Mo d e l i n g t h e t i me - t o - c o r r o s i o n c r a c k — i n g i n c h l o r i de c o n t a mi na t e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t ur e s [ J ] ． AC I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 8 ， 9 5 ( 6 ) ： 6 7 5 — 6 8 0 ． [3] B HA RGAVA K， GHOS H A K， MOR I Y， e t a 1 ． Mo d e l i n g o f t i me t o c o r r o s i o n - i n d uc e d c o v e r c r a c k i n g i n r e i n f o r c e d c o nc r e t e s t r u c t u r e s [ J ] ． C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 1 1 ) ； 2 2 0 3 - 2 2 1 8 ． [ 4]罗晓辉 ， 卫军 ， 徐港． 钢筋 锈胀时混 凝土保 护层损伤模 型 [ J ] ． 华 中科技大学学报 ( 自然科学版) ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 6 ) ： l 1 5 — 1 1 8 ． LU0 Xi a o h ui 。 WEI J u n， XU Ga n g ． Da ma g e mo d l e o f c o n c r e t e c o v e r wi t h s t e e l c o r r o s i o n [ J ] ． J o u n a l o f Hu a z h o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h no l o g y( Na t u r a l S c i e n c e )， 2 0 0 8， 3 6( 6 )： 1 1 5 — 1 1 8 ．( i n Chine s e ) [5] Z HAO Y X， Y u J ， J I N W． Da ma g e a n a l y s i s a n d c r a c k in g mo d e l o f r e i n f o r c e d c o nc r e t e s t r u c t u r e s wi t h r e ba r c o r r o s i o n [ J ] ． C o r r o s i o n S c i e n c e ， 2 0 1 1 ， 5 3 ( 1 0 ) ： 3 3 8 8 — 3 3 9 7 ． [6] 陆春华 ， 赵羽习 ， 金伟 良． 锈蚀 钢筋混凝 土保护层 锈胀开 裂时 间的预测模型[ J - I ． 建筑结构学报 ， 2 0 1 0 ， 3 1 ( z ) ： 8 5 — 9 2 ． LU Chu n h ua 。 ZHAO Yux i ， J I N W e i l i a n g ． Mo d e l i n g o f t i me t o c o r r o s i o n - i n d u c e d c o v e r c r a c k i n g i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c - t u r e s [ J ] ． J o u r n a l o f B u i l d i n g S t r u c t u r e s ， 2 0 1 0 ， 3 1 ( 2 ) ： 8 5 — 9 2 ． ( i n Chine s e ) [7 ] 耿欧 ， 袁迎曙 ， 蒋建华 ， 等． 混凝土 中钢筋锈蚀速率的时变模型 [ J 3 ． 东南大学学报( 自然科学 版) ， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 6 ) ： 1 2 9 3 — 1 2 9 7 ． GENG Ou， YUAN Yi n g s h u， J I ANG J i a n h u a， e t a 1 ．Ti me - v a r — y i n g mo d l e o f s t e e l c o r r o s i o n i n c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n a l o f S o u t h — e a s t Un i v e r s i t y ( Na t u r a l S c i e n c e )， 2 0 1 0， 4 0 ( 6 )： 1 2 9 3 - 1 2 9 7 ．( i n Ch i n e s e ) [8] 干伟忠 ， R AUP ACH M， 金伟 良， 等． 杭州湾 跨海 大桥 混凝 土 结构 耐久性 原位监 测预警 系统 E J ] ． 中 国公 路学 报 ， 2 0 1 0 ， 2 3 ( 2 )： 3 0 — 3 5 ． GAN We iz h o n g， RAUPACH M ， J I N We i l i a n g， e t a 1 ．I n s i t u t e m o ni t o r i ng a n d e a r l y wa r n i n g s y s t e m f o r d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e o f h a n g z h o u b a y s e a — c r o s s i n g b r i d g e [ J ] ． C h i n a J o u r — n a l o f Hi g h wa y a n d Tr a n s p or t ， 2 0 1 0， 23( 2 )： 3 0 — 3 5 ．( i n Ch i — n e s e ) [9] 金伟 良， 岳增国 ， 许晨 ， 等． 混凝土 中钢筋脱钝氯离子阈值 的快 速测定[ J ] ． 中国腐蚀与防护学报， 2 0 1 2 ， 3 2 ( 3 ) ： 2 2 3 — 2 2 7 ． J I N We i l i a n g，YUE Ze ng g uo ，XU Ch e n，e t a 1 ．Ac c e l e r a t e d s i m u l t a ne o u s d e t e r mi na t i o n o f c h l o r i d e d e D a s s i v a t i o n t h r e s h — o l d o f r e b a r i n c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n a l o f C h i n e s