層脹

保護層銹脹開裂是腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評估的主要依據(jù)之一，因而相關(guān)研究一直備受關(guān)注，國際上從20世紀70年代開始，我國研究起步較晚，基本上始于20世紀90年代末期。

銹蝕產(chǎn)物膨脹引起的鋼筋和混凝土之間的銹脹應(yīng)力是客觀存在的，但很難測定，目前對其的認識側(cè)重于理論研究，比較有代表性的理論成果有Bazant的理論模型、Liu的理論模型、金偉良的經(jīng)驗公式、Morinaga的經(jīng)驗公式。國內(nèi)外學者在這些前人的研究成果基礎(chǔ)上對于鋼筋銹蝕引起混凝土開裂問題展開了更深入的研究。

王元戰(zhàn)等通過對現(xiàn)有典型鋼筋銹蝕模型進行比較分析，選擇考慮因素較全面合理的Liu指數(shù)模型作為鋼筋銹蝕基本模型。將考慮荷載影響的氯離子擴散模型引入到基本模型中，建立了考慮荷載影響的鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋銹蝕模型。

付傳清基于混凝土各向異性損傷和損傷軟化，考慮了腐蝕產(chǎn)物和鋼筋的彈性力學性能，以及腐蝕產(chǎn)物對鋼筋－混凝土界面區(qū)孔隙和混凝土開裂裂縫的填充效應(yīng)，建立了鋼筋－腐蝕產(chǎn)物－混凝土三相介質(zhì)模型。該模型可以計算由鋼筋銹蝕引起的混凝土位移場和應(yīng)變場，也可以用來預測混凝土保護層的初裂時間。通過與試驗結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)模型可以較好地預測混凝土的開裂時間，并且確定了混凝土環(huán)向應(yīng)變是評價混凝土開裂的理想指標。

近些年來，學者們對于鋼筋銹蝕引起混凝土保護層開裂的研究正在往更深層次發(fā)展，考慮的因素也越來越接近于真實的工程情況。但由于諸多主、客觀因素的存在，得出的各種計算模型相差很大，因而并不能很好的應(yīng)用與實際工程。為了完全掌握鋼筋銹蝕引起混凝土保護層開裂的機理，得出精確的預測模型，要在以下方面做出努力:

(1) 由于鋼筋銹蝕引起的混凝土開裂過程是極其復雜的，單純用某種理論或某種方法很難達到預期的結(jié)果?？梢越Y(jié)合不同的理論基礎(chǔ)來分析保護層的各個階段的損傷狀態(tài)，如以彈性力學為基礎(chǔ)，結(jié)合塑性力學、斷裂理論、損傷理論及連續(xù)介質(zhì)力學研究混凝土的開裂破壞;同時，需要更多的試驗數(shù)據(jù)和工程調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進行量化，得到更可靠的預測模型。

(2) 自然氣候變化情況復雜，影響混凝土保護層銹脹開裂的因素多，自然環(huán)境下的侵蝕必然與室內(nèi)模擬侵蝕之間存在差距。因此，需要改進模擬試驗設(shè)備和方法，考慮多種因素耦合情況下鋼筋的腐蝕，同時考慮實際情況中構(gòu)件所處的力學環(huán)境狀況，時變效應(yīng)和尺寸效應(yīng)的影響，進一步提高室內(nèi)腐蝕環(huán)境的設(shè)計參數(shù)與自然環(huán)境的相似性，并從理論解決加速模擬試驗與自然環(huán)境條件下的相似性問題。

(3) 有限元方法是研究混凝土保護層開裂的一種有效方法，在數(shù)值模擬過程中，鋼筋銹脹力的模擬加載是模擬準確性的關(guān)鍵。在今后的數(shù)值模擬混凝土銹脹過程中，應(yīng)考慮銹蝕產(chǎn)物非均勻分布的實際情況，將其作為位移荷載輸入。原來常用的二維平面模型不能模擬實際的復雜應(yīng)力情況，與實際構(gòu)件存在很大的差異，應(yīng)二維模型向三維模型發(fā)展，構(gòu)建更符合實際情況的混凝土保護層銹脹開裂數(shù)值模型。

(4) 多尺度數(shù)值計算方法可以在精度和計算代價之間尋求一個較好的平衡點，是混凝土銹脹開裂數(shù)值模擬的發(fā)展方向。在微觀尺度上建立鋼筋銹蝕產(chǎn)物產(chǎn)生和發(fā)展的微觀尺度模型，采用多尺度過渡方法將微觀尺度模型植入到宏觀尺度模型中，建立由微觀結(jié)構(gòu)向宏觀結(jié)構(gòu)過渡的鋼筋混凝土銹脹開裂多尺度模型，運用有限元分析軟件進行多尺度數(shù)值分析，可以更真實的模擬出鋼筋銹蝕損傷的發(fā)展過程及機理。 2100433B

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有便于就地取材、可磨性好、形成的結(jié)構(gòu)整體性好、剛度大等特點，因而，廣泛用于房屋建筑、地下結(jié)構(gòu)、橋、隧道、水利、港口等工程中。但由于混凝土結(jié)構(gòu)的自身材料和使用環(huán)境的特點，使其不可避免的存在耐久性問題?；炷恋哪途眯詥栴}已經(jīng)成為現(xiàn)代工程的一個緊迫的重大科技問題。

混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕引起混凝土保護層開裂被認為是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效最主要原因之一。鋼筋銹蝕后由于銹蝕產(chǎn)物密度小于鋼筋本身，銹蝕產(chǎn)物體積膨脹為原來的2～4倍，使周圍混凝土受到擠壓，隨著銹蝕程度的加劇，將導致混凝土保護層受拉而開裂。鋼筋混凝土構(gòu)件一旦開裂，環(huán)境中的有害介質(zhì)經(jīng)銹脹裂縫直接侵入到鋼筋表面，鋼筋銹蝕速度將會加劇，從而進一步加劇裂縫的擴展甚至保護層剝落嚴重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

因此，研究鋼筋銹蝕引起的鋼筋保護層開裂，對混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能評估和剩余壽命預測有著重要的意義。鋼筋銹蝕引起混凝土保護層脹裂的過程相當復雜，國內(nèi)外學者就此展開了大量的研究工作。

強度脹接基本原理

液壓脹接與液袋脹接的基本原理相同，都是利用液體壓力使換熱管產(chǎn)生塑性變形。橡膠脹接是利用機械壓力使特種橡膠長度縮短，直徑增大，從而帶動換熱管擴張達到脹接的目的。爆炸脹接是利用炸藥在換熱管內(nèi)有效長度內(nèi)爆炸，使換熱管貼緊管板而達到脹接目的。這些脹接方法具有生產(chǎn)效率高，勞動強度低，密封性能好等特點。

強度脹接主要適用

強度脹接主要適用于設(shè)計壓力小于等于4.0MPa；設(shè)計溫度小于等于300°C；操作中無劇烈振動、無過大溫度波動及無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。

強度脹接簡介

是指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。常用的脹接有非均勻脹接（機械滾珠脹接）和均勻脹接（液壓脹接、液袋脹接、橡膠脹接和爆炸脹接等）兩大類。

強度脹接脹接方法

機械滾珠脹接為最早的脹接方法，到2012年仍在大量使用。它利用滾脹管伸入插在管板孔中的管子的端部，旋轉(zhuǎn)脹管器使管子直徑增大并產(chǎn)生塑性變形，而管板只產(chǎn)生彈性變形。取出脹管器后，管板彈性恢復，使管板與管子間產(chǎn)生一定的及壓力而貼合在一起，從而達到緊固與密封的目的。

脹縮波（dilatational wave）是體波的一種，其傳播方向同質(zhì)點振動方向一致，傳播過程是沿著波前進的方向出現(xiàn)疏密不同的部分。實質(zhì)上，脹縮波的傳播是由于介質(zhì)中各體元發(fā)生壓縮和拉伸的變形，并產(chǎn)生使體元回復原狀的縱向彈性力而實現(xiàn)的。因此脹縮波只能在拉伸壓縮的彈性介質(zhì)中傳播，一般的固體、液體、氣體都具有拉伸和壓縮彈性，所以它們都能傳遞脹縮波。