锈蚀程度对钢筋混凝土抗冻耐久性影响研究.pdf

分类号TU528单位代码10618密级公开学号2150093006硕士学位论文锈蚀程度对钢筋混凝土抗冻耐久性影响研究研究生姓名：余鑫导师姓名及职称：董玉文（副教授）申请学位类别工学硕士学位授予单位重庆交通大学一级学科名称水工结构工程论文提交日期2018年4月16日二级学科名称水利水电工程论文答辩日期2018年6月3日2018年6月3日 StudyonthefrostdurabilityofreinforcedconcreteunderthedegreeofcorrosionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YuXinSupervisor：Prof.DongYuwenChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China 重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明，：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期年月曰ｆ３重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研宄所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。学位论文作者签指导教师签名《曰期：別年０月曰曰期：样／月泛曰§ｊ本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社ＣＮＫＩ系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定孚受相关权Ｍ。论文：学位作者签名Ｈ指导教师签名４：：年曰月曰曰期／ｒ月期年Ｗ／６２抑３ 摘要在北方的严寒地区的钢筋混凝土建筑物受到气候、温度的影响时常会遭受冻融所带来的损伤，最终会发生冻融破坏，此外，钢筋结构在潮湿的气候当中也会发生锈蚀，这将对结构安全稳定性产生巨大影响。因此本文采取室内试验与数值模拟相结合的方法，制备了三组锈蚀率不同的钢筋混凝土试块，着重对冻融循环作用以及锈蚀影响之下钢筋混凝土抗冻性以及粘结性能的变化状况展开研究，研究内容及主要结论如下：（1）采用冲击回波法测试了经历不同冻融循环次数以及不同锈蚀率的钢筋混凝土试块的应力波波速。研究发现，对于同一组试块，冻融循环次数越大，试块的抗冻性能越来越差，试块的应力波波速越低。随着钢筋锈蚀率的进一步增加，锈蚀率较小的钢筋混凝土试块波速较大，下降幅度较缓，抗冻性能较好；而当锈蚀率进一步增加时，试块的波速下降幅度变大，抗冻性能也越来越差。（2）通过拉拔试验研究了不同冻融循环次数、不同锈蚀率的试块界面粘结性能以及抗拉承载力-位移曲线的变化规律。试验表明，随着冻融循环影响次数变大，其粘结性能就越差，抗拉承载力幅值越小，发生相对滑移的位移值也越小，试块早早地发生相对滑移。而对于同一冻融循环次数的试块，当试块锈蚀率慢慢增加时，其粘结性能相比于未锈蚀试块会变好，当试块锈蚀率进一步增加时，其粘结性能也将变差，试块延性变差。（3）对于同一锈蚀率的试块，研究了经过不同冻融循环次数后试块应力波传递波速与抗拉承载力的关系。结果表明，遭受冻融破坏的钢筋混凝土其抗拉承载力与内部应力波传递波速存在良好的相关性，并服从幂函数、指数函数关系。（4）根据试验所得数据，采用ABAQUS软件模拟分析了钢筋混凝土拉拔试验中混凝土强度等级、钢筋直径、钢筋锈蚀率对试块应力、位移值等特征值分布规律的影响。发现当混凝土的强度等级提高或是钢筋的直径变大时，试块的Mises等效应力均会增大，其粘结性能会提高；而当钢筋的锈蚀率增大时，试块的Mises等效应力呈现出先增大后减小的趋势，粘结性能也随之变化。关键词：钢筋混凝土，冻融循环，锈蚀，冲击回波法，拉拔试验，数值模拟I ABSTRACTBecauseoftheeffectofclimateandtemperature,thereinforcedconcretestructuresinnortherncoldareawillsufferfromthedamageoffreezing.Finally,freeze-thawdamagewilloccur,whichwillcauseagreatinfluenceonthesafetyandstabilityofthestructure.Inaddition,thereinforcedconcretestructurewillrustinhumidclimate,italsohasgreatinfluenceonstructuralsafetyandstability.Therefore,thispaperadoptsthecombinationoflaboratoryexperimentandnumericalsimulation,choosingthreegroupsofreinforcedconcretespecimenswithdifferentcorrosionrates,focusesonthestudyofthechangeofantifreezeandbondpropertiesofreinforcedconcrete,whichisunderthefreeze-thawcyclesandcorrosioneffect.Theresearchcontentandthemainconclusionsareasfollows:(1)Theinternalstresswavevelocityofreinforcedconcretesubjectedtodifferentfreeze-thawcyclesanddifferentcorrosionratesweretestedbyimpactechomethod.Thestudyfoundthatforthesamesetofspecimens,withtheincreaseofthenumberoffreeze-thawcycles,reinforcedconcretespecimenswithlowcorrosionratehavehigherwavevelocities,atthesametimethedecreaseisslowandthefrostresistanceisgood.Whenthecorrosionrateincreasesfurther,thewavevelocityofthetestblockdecreasesmoreandthefrostresistanceisworse.(2)Thespecimens’bondperformanceandthechangeruleofthetensileload-displacementcurveunderdifferentfreeze-thawcyclesanddifferentcorrosionratearestudiedbydrawingexperiment.Theresultsshowthat,astheinfluencetimesoffreezing-thawingcyclebecomelarger,itsbondperformancebecomesworse.Thesmallerthetensilecapacityamplitudeis,thesmallertherelativeslipdisplacementis.Forthetestblockswithsametimesoffreeze-thaw,whenthetestblockshaveasmallcorrosionrate,whichbondperformanceisbetterthanthatoftheuncorrodedtestblock.It’stensilestrengthamplitudewillalsoincreased.Whenthecorrosionrateofthespecimenswasfurtherincreased,thebondperformancewillalsodeteriorated,inaddition,thetensilestrengthofthetensilestrengthwillalsobedecreased.Theductilityofthetestblockbecomesworse.(3)Forthesamerustratetestblock，therelationshipbetweenthestresswavepropagationvelocityandthetensilestrengthsubjectedtodifferentfreeze-thawcycleswasstudied.Thedatawerefittedbyexponentialfunction.TheresultshowsthattheII tensilestrengthofreinforcedconcretesubjectedtofreeze-thawdamagehasagoodcorrelationwiththeinternalstresswavetransfervelocity,andissubjecttoexponentialandpowerfunctionrelations.(4)Accordingtotheexperimentaldata,wecansimulatethedrawingexperimentofthereinforcedconcretewithABAQUSwhichundertheeffectsofdifferentgradesofconcretestrength、thediameterofsteelandthecorrosionrate.Itisfoundthatwhenthestrengthgradeofconcreteisincreasedorthediameterofreinforcementisincreased,theMisesequivalentstressofthetestblockwillincreaseanditsbondperformancewillbeimproved.Inaddition,whenthecorrosionrateofreinforcementincreases,theMisesequivalentstressofthetestblockfirstincreasesandthendecreases,andthebondperformancechangesaccordingly.KEYWORDS:reinforcedconcrete,freeze-thawcycle,corrosion,impactechomethod,drawingexperiment,numericalsimulationIII 目录第一章绪论.................................................................................................11.1研究背景与意义...................................................................................................11.2国内外研究现状...................................................................................................21.2.1钢筋锈蚀机理的研究现状.............................................................................21.2.2钢筋锈蚀后钢筋混凝土粘结性能的研究现状.............................................31.2.3钢筋锈蚀后钢筋力学性能的研究现状.........................................................31.2.4冻融循环后钢筋混凝土粘结性能的研究现状.............................................41.2.5混凝土冻融破坏的无损检测技术研究现状.................................................51.2.6钢筋与混凝土粘结性能的数值模拟研究现状.............................................71.2.7亟待研究的内容.............................................................................................71.3研究内容和研究方法...........................................................................................81.3.1研究内容.........................................................................................................81.3.2研究方法.........................................................................................................81.3.3研究技术路线图..............................................................................................9第二章试验方案设计...............................................................................102.1引言.....................................................................................................................102.2试验仪器与设备.................................................................................................102.3试块制备与养护.................................................................................................112.3.1试块制备.......................................................................................................112.3.2试块养护.......................................................................................................132.4试块锈蚀处理方法.............................................................................................132.4.1试验锈蚀方法及试验装置...........................................................................132.4.2试验过程电流控制.......................................................................................142.4.3钢筋锈蚀时间控制.......................................................................................152.4.4钢筋酸洗.......................................................................................................152.5钢筋混凝土冻融循环试验方法.........................................................................172.6试验流程与具体实施方案..................................................................................20I 2.7本章小结.............................................................................................................22第三章冻融循环与锈蚀作用下钢筋混凝土应力波传播特性研究......233.1引言.....................................................................................................................233.2无损检测.............................................................................................................233.3冲击回波法.........................................................................................................233.4试验设备及试验操作方法.................................................................................253.4.1试验设备.......................................................................................................253.4.2操作方法.......................................................................................................253.5结果分析.............................................................................................................273.5.1质量变化分析...............................................................................................273.5.2波速变化分析...............................................................................................293.6本章小结.............................................................................................................34第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究..........................................354.1引言.....................................................................................................................354.2试验方法.............................................................................................................354.3钢筋混凝土试件拉拔试验.................................................................................364.3.1操作方法.......................................................................................................364.3.2冻融循环作用及锈蚀情况下钢筋混凝土的粘结强度...............................374.3.3冻融循环作用及锈蚀影响下钢筋混凝土抗拉特性...................................414.4冻融循环作用下钢筋混凝土抗拉承载力与应力波波速之间的关系.............484.5本章小结.............................................................................................................51第五章钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟研究......................................525.1引言.....................................................................................................................525.2软件介绍.............................................................................................................525.3拉拔试验数值模拟.............................................................................................525.3.1模型建立........................................................................................................525.3.2数值模拟结果...............................................................................................555.4本章小结.............................................................................................................64第六章结论与展望...................................................................................66II 6.1主要结论.............................................................................................................666.2建议与展望.........................................................................................................66致谢...........................................................................................................68参考文献.....................................................................................................69攻读学位期间发表的学术论文和参加的科研项目................................72III 第一章绪论第一章绪论1.1研究背景与意义混凝土在建筑工程中的运用非常广泛，其使用历史早就超过了200年。但是，快速的发展也相应带来了诸多问题。1987年，美国国家材料顾问委员会提交的调查研究报告使混凝土结构的耐久性在美国乃至全世界范围内引起很大轰动，该报告指出，大约25.3万座混凝土桥梁的桥面板，其中部分仅使用不到20年就已经发生不同程度的损坏，使用年限远低于40-50年的设计寿命。冻融破坏与钢筋锈蚀则是给混凝土耐久性带来巨大影响的因素。冻融破坏会使得混凝土耐久性下降，这也是如今所公认的混凝土破坏的关键[1]因素之一，Mehtal在《混凝土耐久性50年进展》报告中也指出了这一因素，从全世界范围来看，往往在比较寒冷的地区，那些经常暴露在空气中，并经常与水接触的建筑物，经过一段时间的使用，就很大可能出现混凝土层表面剥落以及整体物理力学性能下降等情况。而我国的华北、东北、西北则是属于比较寒冷的区域，将近22%的大坝以及21%的中小型水利工程均存在冻融破坏问题，而且存在此类问题的工程主要集中在这三个区域内；另一方面，即使是在气候温和的华东区域，钢筋混凝土建筑物也时常会产生冻融现象。由此可见冻融破坏现象遍布范围十分广泛，这就使得开展研究冻融循环作用对混凝土耐久性的影响所对应的工作变得十分关键。此外，钢筋生锈以后，往往会对钢筋与混凝土彼此所产生的粘结作用造成影响。当钢筋生锈之后其体积将增大为最初的2-4倍，并对周围混凝土产生压力，在这一作用影响之下便会产生顺筋裂缝，进一步削弱了了混凝土对钢筋的约束作用，导致粘结退化。在第二届混凝土耐久性国际学术会议上，美国加州大学P.K.Metha教授指出：“目前世界上，混凝土破坏原因按重要性递降顺序为：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用。”由此可见，钢筋锈蚀将会给钢筋混凝土结构耐久性带来严重损害。一方面，经过锈蚀影响过后的钢筋其力学性能将下降很多，使得结构物承载力不能达到相应水准；另一方面，钢筋锈蚀后，钢筋与混凝土之间的黏结作用也会削弱，这就会导致结构处于危险的状态。根据学者的长期研究成果来看，混凝土结构耐久性不足而引发的危害超过40%是钢筋锈蚀所导致的，而这其中的主要影响因素便表现为钢筋锈蚀之后钢筋与混凝土之间的黏结作用下降。从此一因素出发来看，研究钢筋休锈蚀对混凝土结构耐久性的影响具有非常重要的意义，它对于降低工程预算，提高人民的生命财产安全性均显得十分迫切而关键。随着这两个方面的问题不断暴露，国内外研究人员开展了大量的针对混凝土1 重庆交通大学硕士学位论文冻融破坏作用以及钢筋锈蚀相关问题的研究，但关于冻融作用下混凝土内部钢筋力学性能的研究很少，而冻融与锈蚀作用下的这一方面的研究更是少之又少。这便给我们的研究工作提出的新的挑战。综上所述，关于冻融循环作用以及钢筋锈蚀对钢筋混凝土耐久性方面的研究十分重要，国内外已经开展了大量的研究工作，并已取得了丰硕的成果，但问题依然很多，并且冻融与锈蚀作用下的混凝土内部钢筋力学性能的研究成果不多。因此很多时候我们必须要充分考虑到混凝土的抗冻性能以及钢筋的锈蚀的影响因素，这将会带来巨大的实际意义和社会经济效益。1.2国内外研究现状1.2.1钢筋锈蚀机理的研究现状目前我们都已明白钢筋锈蚀会对钢筋混凝土结构耐久性造成巨大影响，学者们经过对钢筋锈蚀机理的深入研究，取得了许多成果。钢筋混凝土在通常状况下表现为强碱性，PH值大概为13。此时钢筋表面将产生一种致密的氧化物从而保护其不产生锈蚀，钢筋也会在氧化物的保护处于钝化状态，然而，此类钝化保护在强碱环境下最为稳定，若PH值减小那么其便会变得不稳定，当PH小于11.5时，钝化膜开始变得不稳定，此时为临界值；当PH小于[2][3]9.88时，钝化膜便慢慢被破坏。根据Fontana的研究，钝化膜是由一层薄薄的三氧化二铁包裹着一层较厚的四氧化三铁，最里面包裹着一层更厚的氧化亚铁所组成的。从中可以看出，钢筋锈蚀的前提即为钢筋处于弱碱性或是酸性环境下，在此环境中钢筋脱钝，而产生这一现象的主要因素为混凝土表面碳化和氯离子侵入钢筋表面达到某一程度。因此，对锈蚀的研究往往会针对含氯离子的锈蚀和不含氯离子的锈蚀两类状况。对于含氯离子侵入导致钢筋锈蚀往往诞生在沿海区域，氯离子的进入一般包含混入和掺入两类途径：混入往往是用含氯离子的海砂、搅拌混凝土时所用水含有氯离子以及含有氯离子的外加剂；而掺入则是在混凝土浇筑完成后周围环境中的氯离子通过混凝土的缺陷进入其内的钢筋表面。当氯离子进入钢筋表面并达到一定程度时钢筋便开始脱钝，此时脱钝钢筋与未脱钝的氧化物及水将产生电位差从而构成了微电池。而其产生的电化学反应往往取决于钢筋和混凝土之间的环境因素。当处于有氧气的环境下时，阳极发生还原反应产生亚铁离子，阴极发生氧化反应生成氢氧根离子，亚铁离子与氢氧根离子发生化学反应生成氢氧化亚铁，其将进一步反应生成铁锈三氧化二铁。若环境中没有氧气存在时，在阳极钝化物与氯离子化合生成一种含铁的复合离子，其进一步与水发生化学反应生成氢氧化亚铁，而在阴极，氯离子将丢失电子生成氯气，并且复合氯离子会进一步与水泥的氢氧化铁发生反应变为氢氧化亚铁。2 第一章绪论由此可见，氯离子是极强的阳性活化剂，当氯离子浓度达到一定程度时就可以破坏钝化膜，进而使钢筋表面产生电位差，形成电化学反应的先决条件。1.2.2钢筋锈蚀后钢筋混凝土粘结性能的研究现状钢筋混凝土在受到不同介质的影响之下其材料与结构性会发生退化，大量学者通过对不同的引起耐久性失效的因素以及机理的研究，对钢筋混凝土结构在耐久性性能退化方面进行了大量试验与理论分析，从中掌握其对结构性能的影响程度及维修加固措施，并进行耐久性评估。现如今已对混凝土碳化后性能，钢筋锈蚀后性能，锈蚀后钢筋混凝土构件的性能，锈后钢筋与混凝土的粘结性能等展开了大量的试验与理论研究。钢筋锈蚀后，人们主要关注的问题在于钢筋与混凝土之间的粘结力，由于铁锈的力学性能极差，具有松散性，这便让钢筋和混凝土之间的黏结作用发生破坏从而使得二者不能协同工作，这是影响结构耐久性与承载力的关键要素之一。[4][5][6][7][8]王采玉、张伟平、张誉、张国学、王林科、潘振华、牛荻涛等在钢筋与混凝土粘结力方面进行了试验与理论研究。[9]张誉等研究了锈蚀对钢筋和混凝土之间粘结性能的影响，锈蚀往往会引起钢筋体积膨胀，而体积增大所出现的锈胀力会导致钢筋与混凝土发生粘结破坏，最终会出现裂缝。[7]王林科、陶峰等进行了锈后钢筋（光圆）混凝土粘结锚固的试验研究，结果显示：钢筋出现锈蚀的初始阶段，钢筋锈蚀产物的膨胀作用使得混凝土对钢筋的约束增加，其二者之间的摩擦系数也将由于钢筋表面变的凹凸不平而稍稍增大，这便会使得钢筋与混凝土之间的黏结性能反而变强了许些。[10]中国建筑科学研究院徐有邻等人对环氧涂层钢筋黏结锚固性能的研究显示：涂层钢筋相对于未涂层钢筋在一般情况下黏结锚固强度缩减大约10%，而最不利锚固状况下回缩减20%；涂层钢筋比未涂层钢筋锚固长度增加大约25%。[11][12][13]Xuli，Lauyeung等研究过锈蚀后钢筋黏结强度的变化；KyleStanish等进行试验研究了钢筋混凝土梁受拉钢筋锈蚀后粘结力与混凝土强度的关系；邸小[14][15]坛、周燕，袁迎曙通过试验与理论方法研究了锈蚀后钢筋的力学性能，主要的结论为锈蚀钢筋的强度与延性都将减小。综合以上研究成果可以发现，对于锈蚀钢筋的粘结性能的相关研究已十分充分，但是对于锈蚀与冻融循环作用共同影响之下的钢筋粘结性能的研究还比较匮乏，这也是本文的一个研究重点。1.2.3钢筋锈蚀后钢筋力学性能的研究现状受力构件在受到腐蚀后其承载力、变形和延性等与未腐蚀构件相比，均会产生不同程度的变化，而混凝土中钢筋锈蚀以成为导致结构力学性能发生变化的重3 重庆交通大学硕士学位论文要原因。国内外的诸多学者已从各个方面进行了研究，取得了诸多研究成果。钢筋混凝土试件在锈蚀的影响之下其承载力将会减小。若想全面展开分析承载力减小的原因就得全面研究钢筋锈蚀后的各种力学性能。而如今国内外的试验研究手段往往分为四类：①从实际工程中拆取锈蚀钢筋；②试验室通电快速锈蚀钢筋；③放在自然环境下锈蚀的钢筋；④机械模拟加工钢筋试件。方法①由于仅仅可以获取实际锈蚀而无法获取无锈钢筋的数据这将给其力学性能的分析带来影响；方法②由于锈蚀所需时间短因此运用十分广泛，然而其与自然锈蚀彼此的关系尚未确定，此外其锈蚀试验结果往往无法达到实际锈蚀水准；方法③由于钢筋是置于试验室外堆放，其周围环境与实际肯定存在差异，因此其往往仅用于分析钢筋锈蚀后的力学性能；方法④获得的试件其锈蚀形态与位置很难反应真实环境中的钢筋，仅用于研究蚀坑对钢筋力学性能的影响。如今锈蚀对钢筋力学性能的影响的研究成果包含为两类观点：一种是锈蚀后[16-17]钢筋强度并无太大变化，而当锈蚀率增加时极限伸长率下降；另一种是当锈蚀率小于5%时，由于锈蚀均匀，其力学性能变化不大。随着锈蚀加深，锈后钢筋[18-20]屈服强度、极限强度一级极限伸长率均减小。对比这两种观点，区别表现为强度方面，而极限伸长率均伴随锈蚀率增大而下降。[18][20]惠云玲和张平生从实际工程中所取得的钢筋开展拉伸试验研究，根据结果不难发现，钢筋的应力一应变曲线出现明显变化，随着锈蚀率增加，塑流阶段变短，曲线渐渐平缓，屈强比升高。当锈蚀程度加深时，屈服段几乎不存在，钢筋均发生脆性破坏。有关锈蚀后钢筋弹性模量的研究并不多，计算时往往都假设[21]其与未锈蚀钢筋的一致。Lee，Noguchi，Tomosawa根据试验研究发现钢筋弹性模量的回归公式，当出现坑状时，钢筋的弹性模量下降，均匀锈蚀的时候，其将[22]稍稍上升。假设弹性模量不变，用有限元进行实际分析后得出较为满意的结果。[23]王军强研究实际工程中的锈蚀钢筋发现Ⅱ级钢筋的抗锈能力没有Ⅰ级钢筋好。[24]杨淑慧通过研究七种不同类型的锈蚀钢筋得出，当钢筋级别处于同一情况下，直径越小其锈蚀速度也越快，腐蚀性就越差。由此可见，钢筋锈蚀对于钢筋混凝土的力学性能的影响很大，国内外许多学者已做出很多相关的研究，本文也将基于此基础之上探究钢筋锈蚀与冻融循环共同作用之下将会给钢筋混凝土试件带来怎样的影响。1.2.4冻融循环后钢筋混凝土粘结性能的研究现状众所周知，冻融循环的作用会很大程度上降低混凝土特别是普通混凝土的强度，使其内部结构发生改变，这将给混凝土与钢筋的粘结性能带来一定影响，根[25-27]据国内外研究显示，混凝土的抗冻性与水饱和程度、其内部孔结构、受冻龄期等许多因素有关，其中最主要的因素是它的孔结构。而国内外关于冻融循环作4 第一章绪论用对于钢筋混凝土抗冻耐久性中关于粘结性能的研究工作并不多。[28]1988年，施士升研究了直径为一英寸（25.4mm）钢筋经受0，1，10，30次冻融循环作用以及循环荷载作用后混凝土粘结强度的变化状况。其通过近似梁式粘结试件，总结出了一些有益结论：当冻融循环作用次数增加时，粘结强度的最大值会随之下降；而粘结强度达到最大值后，发现经过1次与10次冻融循环作用次数的试块其荷载下降得更快；粘结因子（粘结强度最大值与相同冻融循环作用后的混凝土圆柱体抗压强度值之比）随之冻融循环次数的增加而减小。[29]2005年，大连理工大学的何世钦探究了冻融循环对锈蚀钢筋与混凝土粘结3性能的影响，钢筋直径为12mm、试件尺寸为100×100×400mm的梁式粘结试验试块，冻融后为保护试块的完整性便在钢筋与混凝土界面贴上了钢板和纤维布来进行加固，并从中总结出有益结论：当冻融循环次数逐渐增加时，粘结强度以及粘结刚度均大幅度下降，粘结机理也改变了许多。钢筋锈蚀之后，当锈蚀程度比较微弱时，粘结强度会有小幅度的增强；而当锈蚀程度进一步加深时，粘结强度会慢慢下降，但极限荷载下所对应的滑移有很大幅度地减小，这说明滑移量很小时便发生了破坏，构件延性降低。冻融锈蚀后的黏结性能进一步劣化。在冻融循环影响之下的钢筋锈蚀黏结试块，随着冻融循环次数的进一步增加，最大粘结强度下降，锈胀开裂之后冻融循环对黏结强度的影响减弱。当处于同一冻融循环次数状况时，锈蚀率较小的，随着锈蚀率上升，黏结强度逐渐上升；伴随着锈蚀率进一步提高，黏结强度慢慢下降。处于北方寒冷地区的钢筋混凝土构筑物往往在冻融循环作用的影响下工作性能大幅度减弱，甚至发生破坏。研究冻融循环作用后钢筋混凝土的黏结性能及抗拉承载力的变化，为那些可能受到冻融循环作用的钢筋混凝土构筑物进行抗冻耐久性设计以及维修加固作业提供了有力试验依据和理论参考。1.2.5混凝土冻融破坏的无损检测技术研究现状现如今电子技术、超声波等技术发展迅速，检测技术在混凝土力学性能检测方面地运用越来越多。若想要了解钢筋混凝土构件的力学性能就得对其开展检测工作，常规的混凝土检测手段为现场随机抽样来开展检测，同时根据其检测结果来判断工程的状况。然而，此类检测手段往往都是随机取样，不仅给建筑建构带来了一定损伤，需要消耗大量的人力物力，此外也很难及时反映出混凝土结构的变化过程。为了应对以上这些限制条件，混凝土的无损检测技术便随之诞生。这几年，电子技术发展迅速，对工程质量也日益重视，混凝土无损检测技术进入发展的黄金期，通过和其它检测手段的联合运用，让其拥有了更为辽阔的运用空间，得到了大家的多方面关注。混凝土的无损检测技术主要集中于混凝土的材质（强度）检测、尺寸/形状检5 重庆交通大学硕士学位论文测以及缺陷检测等方面。此外根据其所采取的介质可分为冲击弹性波、电磁波、[30]红外线、放射线等手段，冲击弹性波法分为冲击、弹性波以及诱导振动，其主要测试对象为混凝土强度、材质以及缺陷，操作方便，测试种类多，范围广；电磁波法主要运用于混凝土雷达上，用于测试内部钢筋的缺陷，操作较为方便，形象直观；红外线法往往运用于红外线成像仪，用于测试混凝土剥离、脱落以及漏水等现象，测试面积大并可远距离测试；放射线法包含X射线法以及伽马射线法，X射线法用来测量结构内部的钢筋与空洞，分辨率高，形象直观，而伽马射线法主要用于测量混凝土材质，对密度、水分较为敏感。通过对这几类介质的应用状[31-34]况开展比较分析，从中发现冲击弹性波法在混凝土的缺陷检测中的应用日益成熟，可根据混凝土缺陷区域与其它完好区域的不同，采取冲击弹性波等检测介质对混凝土内部缺陷开展检测与评估，该方法的理论基础以及发展前景颇为良好。[35]除了一般的混凝土检测手段，混凝土检测中往往也将采取超声波等无损检测方法对混凝土性能开展分析。然而，由于超声波法的检测范围存在局限性，学者们便开始研究运用冲击弹性波法来对混凝土力学性能开展检测与分析，探讨冲击弹性波与混凝土力学性能的关联性，分析冲击弹性波法运用在混凝土力学性能检测方面的合理性，拓展了冲击弹性波等无损检测手段的运用范围。如今，弹性波无损检测技术已经被运用在混凝土抗压强度、结构厚度、混凝土缺陷、裂缝深度、[36-41]变形特征、钢筋布置及修饰特性检测等方面，并已取得良好效果。很多研究成果显示，运用无损检测技术来对混凝土力学性能进行检测是一种经济、合理、简洁、高效的检测手段。[42]郝挺宇等人分析了冲击弹性波法在现场检测混凝土剥离缺陷中的应用状况，发现通过剥离云图，同时采取频谱MEM分析，便可腿短出缺陷位置及其尺寸[43]大小。黄万春等人探索了冲击弹性波技术在探索大体积混凝土结构深部裂缝中的运用，并结合了新丰江坝这个实际工程来验证此一手段，发现弹性波在混凝土[44]坝体中的传播深度超过了36m。吕小彬等人研究了基于冲击弹性波的CT技术原理及其在水工混凝土结构无损检测中的应用，发现检测所得的弹性波波速可以和[45]混凝土力学性能（动弹性模量和强度）建立直接的物理相关关系。徐济平等人分析了水泥土弹性波波速与强度彼此的关系，验证了水泥土弹性波波速和抗压强[46]度间存在非线性指数关系。刘力博用冲击回波法检测了混凝土构件厚度及内部的缺陷，发现冲击弹性波在传播期间遇分界面反射以及绕射的传播特性，与混凝土构件厚度及内部缺陷检测具有良好的相关性。虽然无损检测技术发展飞快，但是采取冲击弹性波无损检测技术研究混凝土抗冻耐久性的应用并不多，因此有必要来研究此类方法在混凝土抗冻耐久性中的应用。6 第一章绪论1.2.6钢筋与混凝土粘结性能的数值模拟研究现状目前钢筋与混凝土粘结性能的数值模拟方法主要分为两种：有限元模拟以及界面元模拟。有限元模拟主要包含分离式模型、组合式模型、整体式模型；界面元模拟包括不考虑钢筋混凝土相对位移的模型以及考虑钢筋混凝土之间相对位移的模型。钢筋与混凝土的粘结是二者共同工作的基础，传统的试验方式存在许多限制，数值模拟由于其诸多优点已经成为试验的有效补充，目前国内外学者关于钢筋与混凝土粘结性能的数值模拟方面内容已做出大量的研究工作，并取得了许多优秀成果。[47]为了模拟钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土的相互作用，Ngo和Scordelis率先引入了专门的钢筋与混凝土的联结单元。随之国内外的学者们以此为基础展开了关于钢筋混凝土结构的有限元模拟研究，并对钢筋与混凝土的粘结滑移关系开展了有限元分析。[48]1990年，徐有邻根据筋端锚固问题以及钢筋混凝土界面层内混凝土应力场的复杂性，提出用数值分析方法来得到六个基本变量，宏观上解决了锚固的工程问题。他所提出的数值迭代方法能过全方位地求得满足粘结锚固基本方程以及边界条件的六个基本变量，得到加载与滑移曲线，由此来用计算机模拟实现钢筋拉拔试验。其对探究出粘结锚固的基本规律以及明确锚固设计内的基本问题作出杰出贡献。[49]2003年同济大学的高向玲从钢筋与混凝土之间粘结本构关系的基本问题入手，提出运用数值模拟的手段来探究粘结本构关系，采取不连续介质力学的界面元法，编制出三维问题的界面元分析程序，以此对混凝土结构中钢筋与混凝土界面的粘结性能开展力学分析，计算结果与试验结果相符。[50]2005年大连理工大学的牟小光通过试验所得到的钢筋与混凝土的基本力学性能指标，运用弹性接触问题、根据空间轴对称方法来处理钢筋与混凝土的相互作用问题，引入无厚度接触面计算模型，对试验内取得的荷载-滑移曲线开展模拟，并采取这一数学模型对钢筋与混凝土间界面的内力分布开展计算，得到了颇为理想的结果。综上所述，钢筋与混凝土之间粘结性能的数值模拟研究已取得很多成果，本文在此基础之上以试验所得到的数据为蓝本，进一步模拟出锈蚀率、混凝土强度等级、钢筋直径等因素对钢筋混凝土拉拔试验所造成的影响。1.2.7亟待研究的内容根据以上国内外的研究现状来看，关于冻融循环后钢筋混凝土粘结性能、钢筋的锈蚀机理、钢筋锈蚀后钢筋的力学性能以及钢筋混凝土粘结性能的数值模拟等方面的研究已取得了不少成果，然而关于冻融循环作用以及钢筋锈蚀共同作用7 重庆交通大学硕士学位论文之下钢筋混凝土粘结性能方面的研究却少之又少，因此本文先从试验出发探究冻融循环作用与钢筋锈蚀对钢筋混凝土拉拔试验的影响，进一步探究两者对钢筋混凝土粘结性能的影响，再通过ABAQUS软件模拟不同锈蚀率、不同强度等级的混凝土对钢筋混凝土其拉拔试验过程的影响。1.3研究内容和研究方法1.3.1研究内容本论文开展了锈蚀程度对钢筋混凝土抗冻耐久性影响的相关研究，其研究内容如下：（1）冻融循环作用对钢筋混凝土内部钢筋力学性能的影响研究。采用万能试验机，分析研究在不同冻融循环次数下混凝土内部钢筋粘结性能及抗拉承载力，研究冻融循环作用下混凝土内部钢筋力学性能变化规律。（2）锈蚀程度与冻融循环作用对钢筋拉拔性能的影响研究。通过钢筋拉拔试验，分析不同锈蚀程度下钢筋混凝土在经历不同冻融循环次数后的拉拔承载力，分析锈蚀程度对钢筋混凝土抗冻耐久性的影响。（3）基于冲击弹性波检测技术的钢筋混凝土抗冻耐久性无损检测方法研究。通过SCE-MATS混凝土多功能无损测试仪测量不同冻融循环次数及锈蚀程度下钢筋混凝土弹性波波速的传播规律，建立弹性波波速与冻融次数、钢筋锈蚀程度之间的关系，探索基于冲击弹性波检测技术的钢筋混凝土抗冻耐久性检测方法。（4）钢筋混凝土抗拉性能数值模拟。以钢筋混凝土拉拔试验所得结果为基础，采用ABAQUS有限元软件模拟不同锈蚀率、不同混凝土强度等级等因素影响下钢筋混凝土的拉拔试验，分析钢筋混凝土在此类因素影响下拉拔试验的变化规律，同时与试验所得结果结合比对，总结规律。1.3.2研究方法本课题采用试验与数值模拟相结合的方法来开展关于冻融循环与锈蚀共同影响之下钢筋混凝土抗冻耐久性与其粘结性能变化的研究。研究方法如下所示：（1）钢筋混凝土试块的制备与养护，在此期间应利用室内通电锈蚀装置，对混凝土钢筋开展锈蚀处理，并开展全面的养护工作；（2）进行冻融循环试验，并开展不同冻融循环次数下钢筋混凝土试件的拉拔试验，研究冻融循环作用对钢筋混凝土粘结性能及抗拉承载力的影响，分析拉拔过程中的抗拉承载力与位移的关系；（3）进行冻融循环试验，用万能试验机对不同锈蚀程度、不同冻融循环次数下的钢筋混凝土试块进行拉拔试验，研究锈蚀程度对钢筋粘结性能及拉拔力的影响规律，分析拉拔过程中的抗拉承载力与位移的关系；8 第一章绪论（4）进行冻融循环试验，利用SCE-MATS混凝土多功能无损测试仪（B型）来检测出不同冻融循环次数、不同锈蚀程度下钢筋混凝土试块冲击弹性波波速大小，分析钢筋混凝土试块的抗冻性能，探索冻融循环作用下钢筋混凝土抗冻耐久性冲击弹性波无损检测方法。（5）以试验所得数据为蓝本，利用ABAQUS软件来模拟不同锈蚀率、不同混凝土强度等级等因素影响之下钢筋混凝土拉拔过程中的Mises等效应力、位移的变化规律，同时与试验所得数据进行比对分析。1.3.3研究技术路线图试验研究技术路线图如图1-1所示。锈蚀程度对钢筋混凝土抗冻耐久性的影响研究钢筋混凝土试块制备与养护利用无损检测仪检测不同无锈蚀试件不同锈蚀程度试件冻融循次数，不同锈蚀程冻融循环试验冻融循环试验度下钢筋砼的冲击弹性波波速。进行不同冻融次数的钢筋不同锈蚀程度、不同冻融次混凝土试件拉拔试验数钢筋硂试件拉拔试验建立冲击波波速与冻融次数，钢筋锈蚀程度之间的关系。研究冻融循环作用对钢筋研究锈蚀程度对钢筋粘结粘结性能及抗拉承载力的性能及拉拔力的影响规律，影响，分析拉拔过程中抗拉分析拉拔过程中抗拉承载承载力-位移的关系。力-位移的关系。研究冻融循环作用下钢筋。砼抗冻耐久性冲击弹性波无损检测方法。ABAQUS模型建立数值模拟模拟拉拔试验结果分析图1-1研究技术路线图9 重庆交通大学硕士学位论文第二章试验方案设计2.1引言钢筋混凝土的耐久性是其性能研究的一个重要内容，而抗冻性以及粘结性能在钢筋混凝土耐久性的研究中一直颇受关注。钢筋混凝土的冻融破坏主要表现在两个方面，第一个是外部损伤，指的是混凝土表面出现的损伤，第二个是内部损伤，指的是混凝土一些性能方面的变化。一般情况下，遭受冻融破坏的钢筋混凝[52]土会同时产生这两种损伤。而钢筋混凝土中发生锈蚀也会使钢筋混凝土一些性能发生变化，如混凝土保护层锈胀开裂，钢筋有效面积减少，钢筋锈胀力作用等原因。本文采用室内通电锈蚀装置对钢筋混凝土试块采用锈蚀处理，利用快冻法，采用混凝土室内冻融循环试验机，在设置好冻融的温度上限、温度下限、冻融循环次数前提下进行冻融循环试验以检测钢筋混凝土的抗冻耐久性大小，同时进行钢筋拉拔试验，借此得到不同锈蚀程度、不同冻融循环程度下钢筋混凝土其粘结性能的变化规律。2.2试验仪器与设备本次试验采用的仪器包含北京康路达试验仪器有限公司生产的YSHY-800D混凝土快速冻融循环机（如图2-1所示）、四川升拓检测技术股份有限公司生产的SCE-MATH混凝土多功能无损检测仪（如图2-2所示）、恒温恒湿标准养护箱（如图2-3所示）、APS3003S-3D多路直流稳压稳流电源（如图2-4所示）。其中，YSHY-800D混凝土快速冻融循环机主要用于模拟寒冷区钢筋混凝土遭受冻融破坏的情况，SCE-MATH混凝土多功能无损检测仪用于测量经过冻融之后的钢筋混凝土内部应力波传递波速，恒温恒湿标准养护箱主要用于标准养护钢筋混凝土试块，APS3003S-3D多路直流稳压稳流电源用于在室内通电锈蚀试验充当电源使用。图2-1YSHY-800D混凝土快速冻融循环机图2-2SCE-MATH混凝土多功能无损检测仪10 第二章试验方案设计图2-3恒温恒湿标准养护箱图2-4APS3003S-3D多路直流稳压稳流电源2.3试块制备与养护2.3.1试块制备（1）试块材料选取混凝土是一种复合材料，由砂、石子、水泥、水按照一定的配比制作而成。本次试验试块所用水泥采用的是普通硅酸盐水泥，其标号为P.O42.5，砂所采用的是普通的细河沙，骨料由大小石子按照6:4的比例配合而成（如图2-5、图2-6所示）最大粒径不超过20mm，水则是平时运用的自来水。钢筋采用的是HPB235光圆钢筋，长度为250mm，直径为12mm。图2-5试验用细骨料图2-6试验用粗骨料（2）钢筋混凝土配合比选取本次试验一共制作了三组试块，均采用同一配合比。其中第一组试块未经过锈蚀处理，而第二、三组试块均进行过锈蚀处理。钢筋混凝土的具体配比表如表2.1所示。11 重庆交通大学硕士学位论文表2.1混凝土配合比-3-3-3-3水灰比水泥(kg·m)水(kg·m)砂(kg·m)碎石(kg·m)0.494082005471245（3）试块规格3由于冻融循环机内的橡胶模的规格为100*100*400mm，为了使试块能够放入3其中，因此本次试验所制作的试块规格为100*100*100mm立方体混凝土试块，中间插入一根直径为12mm的HPB235光圆钢筋，此外在钢筋与混凝土的粘结处应套上PVC软管，防止在之后的拉拔试验中粘结端出现应力集中的现象，具体如图2-7所示。设置三组试块，每组试块制作24个，一共72个，浇筑完成的试块如图2-8所示。在冻融循环试验期间，为了让试验机准确的控制混凝土中心温度，我3们还要放置芯温控制试块。芯温控制试块的规格为100*100*400mm，在其上方正中间钻出一个直径大小为10mm的圆孔，圆孔深入混凝土试块内部200mm，然后将温度感应计插入其中，以此控制混凝土中心温度。图2-7钢筋混凝土试块示意图12 第二章试验方案设计图2-8浇筑完成的钢筋混凝土试块2.3.2试块养护根据规范《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009），所有试块均在制作完成的24h后拆模，养护周期为28d。根据不同的试验条件，规范中提供了俩种不同的养护方法。第一种方法为拆模后先在标准养护室中养护时间24d，在第24d的时候，提前将试块从养护室内取出，放入水中（202）℃养护4d，在水中养护时，水面要高出试块表面（20-30）mm；第二种方法为拆模后始终在水中养护28d，养护时，水面要高出试块表面（20-30）mm。根据现有条件，本次试验采取第一种方法，先在标准养护室内养护24d，再取出放在水中养护4d。埋置混凝土中的钢筋在拆模之后将外端用纱布缠绕以防止端部在试块养护期间发生锈蚀反应。2.4试块锈蚀处理方法2.4.1试验锈蚀方法及试验装置由于本次试验有两组试块需要进行钢筋锈蚀处理，因此在试块养护完成之后需对其进行室内通电锈蚀试验。试块养护28d后取出拆除外露端部缠绕纱布，并做表面清洁处理，然后将试块放置于配置好的氯化钠溶液中，保持混凝土中钢筋与溶液水面高度一致。钢筋混凝土快速锈蚀期间应采取恒稳电流加速锈蚀，应存在加速锈蚀池，将试块水平的放置浸泡在浓度为5%的氯化钠溶液中，用恒电流仪做恒流源输出的电流从钢筋（阳极）流经氯化钠溶液，再通过放置于氯化钠溶液中并位于试块附近的紫铜板（阴极），形成电流回路，如图2-9所示，其示意图如图2-10所示。13 重庆交通大学硕士学位论文图2-9室内通电锈蚀试验图2-10通电锈蚀试验示意图通电后每天应检查电流回路，每间隔6h检查试验状况，内容包括：均匀搅动氯化钠溶液，保证箱内溶液浓度均匀；保持液面高度不变；观察稳流电源所示电流，并及时做出调整；定期对紫铜板上所黏着的锈蚀物进行清理，使得锈蚀速度维持恒定。2.4.2试验过程电流控制许多学者通过加速锈蚀试验研究混凝土的钢筋锈蚀，通电过程大致采取三种通电方式，即：控制电压强度、控制电流强度、控制电阻变化。而本次试验采取控制电流强度的方法来加速锈蚀，钢筋的电流强度控制在0.5A，而锈蚀钢筋的时14 第二章试验方案设计间第一组控制在12h，第二组控制在24h。2.4.3钢筋锈蚀时间控制在对试块进行加速锈蚀时，设计锈蚀率计算试验过程中钢筋需要加速锈蚀的时间和钢筋的腐蚀电流密度，根据法拉第定理计算恒电量加速锈蚀时间，原理如下：设需要锈蚀的钢筋重量为W，由于钢筋混凝土通电锈蚀其阳极将会发生氧化2反应Fe2eFe,每有1mol的Fe发生锈蚀便会有2mol的电子释放，那么，若要(WMmol/)的铁发生锈蚀那么就需要释放(2WMmol/)电子，由此可以计算出所需消耗的电量为：Q=(2WMNe/)(2.1)式中：Q—所需消耗的总电量（C）；W—所需锈蚀的铁的质量（g）；M—铁的摩尔质量（56g/mol）；231N—阿伏伽德罗常数（6.0210mol）；19e—电子电量（1.6010C）。假设通电期间电流强度为I，通电时间为t，那么所消耗的电量即为Q=It。根据式2.1即可得到：It(2WMNe/)(2.2)即：W(MI)/(2Net)(2.3)设锈蚀的速度为Va，由WVat可得：Va(MI)/(2Ne)(2.4)因此，当电流强度I设置好之后，通过运算便能得出锈蚀速度Va，然后根据通电时间t，进一步得到锈蚀铁的质量，从而控制钢筋的锈蚀量。经计算，第二组试块的锈蚀率为2.8%，第三组试块的锈蚀率为5.6%。2.4.4钢筋酸洗拉拔试验完成之后将混凝土试块破型，清楚钢筋表面的混凝土残渣，并用浓度在5%-8%的HCl溶液浸泡进行酸洗，除去钢筋表面铁锈。酸洗完成之后将钢筋放入氢氧化钠溶液中中和钢筋表面残留的盐酸。完成中和之后将钢筋放入烘烤箱中烘干并立即称量钢筋质量，对锈后钢筋质量和钢筋锈蚀做分析。处理之后钢筋15 重庆交通大学硕士学位论文的锈蚀分析如表2.2以及表2.3所示所示，锈蚀率由公式2.5表示。mm12100%（2.5）im1式中：——钢筋锈蚀率；im1——锈蚀前钢筋质量；m2——酸洗后钢筋质量。表2.2第二组（锈蚀率=2.8%）试件处理后钢筋锈蚀率钢筋编号锈蚀前质量(g)锈蚀后质量(g)锈蚀率(%)2-1-1216.3210.22.82%2-1-2217.9211.82.80%2-1-3216.4210.22.87%2-2-1217.3211.22.81%2-2-2211.8205.82.83%2-2-3207.4201.62.80%2-3-1214.0208.02.80%2-3-2215.4209.52.74%2-3-3229.2222.82.79%2-4-1215.5209.42.83%2-4-2206.6200.82.81%2-4-3210.1204.12.86%2-5-1220.6213.13.40%2-5-2207.5201.03.13%2-5-3206.3199.73.20%2-6-1214.5207.33.36%2-6-2215.1208.13.25%2-6-3213.8206.53.41%2-7-1212.1204.23.72%2-7-2213.1205.03.80%2-7-3218.3209.63.99%16 第二章试验方案设计表2.3第三组（锈蚀率=5.6%）试件处理后钢筋锈蚀率钢筋编号锈蚀前质量(g)锈蚀后质量(g)锈蚀率(%)3-1-1242.3228.95.53%3-1-2225.1212.75.51%3-1-3216.8204.95.49%3-2-1219.3207.15.56%3-2-2217.4205.25.61%3-2-3210.1198.35.62%3-3-1201.0189.85.57%3-3-2208.1196.55.57%3-3-3214.4202.45.60%3-4-1216.6204.25.72%3-4-2218.9206.55.66%3-4-3218.0205.65.69%3-5-1223.1209.85.96%3-5-2217.8204.46.15%3-5-3202.6190.26.12%3-6-1212.6198.66.59%3-6-2211.3197.36.63%3-6-3219.8205.26.64%3-7-1215.1201.06.56%3-7-2214.3200.06.67%3-7-3213.0198.86.67%从表2.2以及表2.3的数据中可以看出，第二组试块的实际锈蚀率在2.8%到4%之间，第三组试块的实际锈蚀率在5.5%到6.8%之间，两组试块的钢筋随着冻融循环次数的增加，其锈蚀率明显呈现出上升的趋势。2.5钢筋混凝土冻融循环试验方法本次试验为普通低温下钢筋混凝土的冻融循环试验，采用快冻的方法进行，设定温度下限为-13.5℃，温度上限为0.4℃。在冻融循环机里放置四个温度感应计来控制温度，其中有三个温度感应计插在用来传递温度的冻融液中，还有一个温度感应计插在专门制作的芯温控制试块内部，冻融机内部温度感应计及试块放置如图2-11所示，试验时温度以芯温控制试块的中心温度为准。由于芯温控制试17 重庆交通大学硕士学位论文块的配比并没有对应要求，因此这里是用做试验时多余的材料来制作的，但是若想在试块中间开孔，就必须得制作对应的木制模具，木制模具如图2-12所示。图2-11冻融机温度感应计放置示意图试块养护结束时，从水中将其拿出，用湿抹布或纸巾将其表面的水擦干净，在试块放入冻融循环机之前，需要进行一些初始的参数测量，测量完毕后，即可将试块放入冻融循环机里的橡胶模具内。除了中间芯温控制试块的橡胶模，其它所有放置试验试块的橡胶模内全部要加水，并且水的液面高度应超过试块表面5mm，不宜超出太多。芯温控制试块由于要控制混凝土中心温度，不能受到冻融破坏，所以应在芯温控制试块所对应的橡胶模内加入防冻液，而防冻液的高度也应高出芯温控制试块表面5mm。图2-12木制模具18 第二章试验方案设计在经过冻融循环试验之后，对于不同的冻融循环次数影响试块的表面变化并不相同，在0-50次冻融循环次数期间，试块表面与冻融之前相比而言并无太大变化；到了50-100次冻融循环次数期间时，试块表面出现了浮浆，并且有小颗粒剥落；到了100-150次冻融循环次数期间时，试块表面粗骨料剥落，混凝土部分遭受严重损害。经历各种冻融循环次数下的钢筋混凝土试块如图2-13所示。（a）0次（b）50次（c）75次（d）100次19 重庆交通大学硕士学位论文（e）125次（f）150次图2-13经历不同冻融循环次数下的钢筋混凝土试块图根据上图来看在不同冻融循环次数的影响之下，钢筋混凝土的变化状况并不相同。在冻融循环0-50次期间内，试块的表面平整；在75-100次冻融循环次数内，试块表面变得不平整，甚至还会有浮浆出现；当冻融循环次数达到125-150次时，试块的粗骨料被剥落，混凝土质量严重受损，甚至部分混凝土部分被粉碎。2.6试验流程与具体实施方案本文主要是为了测试钢筋混凝土试块的抗拉承载力、内部应力波传递波速及锈蚀率这三个参数，以及探究钢筋混凝土试块在冻融与锈蚀共同作用下黏结性能的变化过程。测量得到同一批试块在不同冻融循环次数下这些参数的变化以及不同批次的试块在相同冻融循环次数下这些参数的变化。主要研究内容是冻融循环次数、钢筋锈蚀率对钢筋混凝土粘结性能的影响。试验流程安排如下：第一步：按照配合比制作钢筋混凝土试块，每组21个试块，其中一组未经锈蚀处理，三个为一小组，一共七小组，接着在标准状况下养护24d后放入水中浸泡4d，浸泡时水面至少高出混凝土试块上表面5mm，养护完成以后采取APS3003S-3D多路直流稳压稳流电源利用室内通电锈蚀的方法来对钢筋混凝土块进行锈蚀处理，同时要通过法拉第定理计算得出各个试块的锈蚀率大小；第二步：将养护完成的混凝土试块进行编号（1-1-1、1-1-2、1-1-3、1-2-1、1-2-2、1-2-3…2-1-1…3-7-3）并放入混凝土快速冻融循环机里的橡胶模中，每个橡胶模内放两个试块，同时往橡胶模内注水，水面应高出试块顶部至少5mm，启动仪器，进行冻融循环试验。该种冻融循环试验冻融一次的时间为4小时左右，其中融化的时间不少于一次冻融循环时间的1/4，25次循环进行一次测试，总共有150次，试块的编号及对应的冻融循环次数如表2.4所示；20 第二章试验方案设计表2.4试块编号及对应冻融循环次数表冻融循环次数第一组试块第二组试块第三组试块1-1-12-1-13-1-101-1-22-1-23-1-21-1-32-1-33-1-31-2-12-2-13-2-1251-2-22-2-23-2-21-2-32-2-33-2-31-3-12-3-13-3-1501-3-22-3-23-3-21-3-32-3-33-3-31-4-12-4-13-4-1751-4-22-4-23-4-21-4-32-4-33-4-31-5-12-5-13-5-11001-5-22-5-23-5-21-5-32-5-33-5-31-6-12-6-13-6-11251-6-22-6-23-6-21-6-32-6-33-6-31-7-12-7-13-7-11501-7-22-7-23-7-21-7-32-7-33-7-3第三步：当钢筋混凝土冻融循环达到设定的次数后，将试块从冻融循环机中取出，利用SCE-MATS混凝土多功能无损测试仪（B型），采用冲击回波法，测量经历一定冻融循环次数后试块内部应力波传递波速；接着便采取万能试验机开展试块的拉拔试验，以此来得到不同冻融循环次数下、不同锈蚀率的试块其抗冻性能以及抗拉承载力-位移的变化规律，详情见表2.5；第四步：拉拔试验完成以后，取出各个试块中的钢筋，去除表面粘结的混凝土残渣，用5%-8%的HCL溶液进行酸洗，再用氢氧化钠溶液进行中和后洗净放入烘烤箱内烘烤，利用称重法进一步验证钢筋锈蚀率的大小；第五步：对所得试验结果进行比较分析，探究得到冻融循环次数、锈蚀率对21 重庆交通大学硕士学位论文钢筋混凝土粘结性能的影响，同时采取ABAQUS软件来模拟锈蚀率、混凝土强度等级等因素对钢筋混凝土粘结性能造成的影响，与试验所得数据进行对比，总结规律。表2.5试验规划试块第二个标号冻融次数试验内容10225350弹性波波速测试；钢筋混凝土475内部钢筋粘结力以及抗拉承载5100力大小612571502.7本章小结本章主要介绍了试验方案的设计，并且详细地展示了本次试验所用到的各种仪器、试块的制备与养护、试验操作流程以及试验具体的实施方案，为试验的顺利开展奠定了基础。22 第三章冻融循环与锈蚀作用下钢筋混凝土应力波传播特性研究第三章冻融循环与锈蚀作用下钢筋混凝土应力波传播特性研究3.1引言传统的工程检测一般均采取破损检测法，比如说经常所采用的钻孔取芯法、拔出法等等。但是破损检测法往往是在对工程结构带来损伤的前提之下开展的，另一方面若取样没有满足要求，还得重新取样，回填效果往往也不好，因此利用这种方法进行检测有时候便显得相当麻烦。正是基于此种原因，工程上的无损检测方法受到了越来越多科研工作者的关注。本章主要研究的内容是冻融循环与锈蚀作用下钢筋混凝土应力波传播特性以及其质量变化，探讨钢筋混凝土内部应力波传递波速和冻融循环次数以及锈蚀率之间的关系，为采用应力波无损检测技术进行钢筋混凝土抗冻、抗锈蚀性检测提供了理论依据。3.2无损检测无损检测即在不破坏结构构件的前提之下，直接从结构物上测试检测对象的各方面性能的一门技术。无损检测的优点很多，一般集中体现在非破坏性、全程性、全面性等几个方面。从现在的发展趋势来看，无损检测技术已经涉及到了很多领域，诸如医疗、工程、工业等领域，在这些领域中发挥着相当重要的作用。工程领域的无损检测技术始于20世纪30年代，其中，混凝土结构的无损检测便是发展的主要内容之一。到现在为止，根据无损检测技术所依托的技术手段往往可以分为电子波类（包括红外线、可视光、射线等）、波动震动类（包括冲击弹性波、AE、打声法、超声波等）以及其他类（机电等）等等。冲击弹性波法分为冲击、弹性波以及诱导振动，其主要测试对象为混凝土强度、材质以及缺陷，操作方便，测试种类多，范围广；电磁波法主要运用于混凝土雷达上，用于测试内部钢筋的缺陷，操作较为方便，形象直观；红外线法往往运用于红外线成像仪，用于测试混凝土剥离、脱落以及漏水等现象，测试面积大并可远距离测试；放射线法包含X射线法以及伽马射线法，X射线法用来测量结构内部的钢筋与空洞，分辨率高，形象直观，而伽马射线法主要用于测量混凝土材质，对密度、水分较为敏感。3.3冲击回波法采用机械式击振，振动传感器接受信号的方法称为冲击弹性波法。根据不同的测试厚度又可分为单一反射法以及重复反射法（冲击回波法）。冲击回波法最早是在1986年由Sansalone和Carino提出的。其主要操作方法则是通过冲击锤在结构物表面进行敲打，产生瞬间的应力脉冲。此应力脉冲由压缩波（P波）、剪切波（S波）以及瑞利波（R波）所构成。P波和S波沿球形波振面传入试体，R波23 重庆交通大学硕士学位论文沿表面传播。而实体波（尤其是P波）在传播期间受到缺陷或边界干扰时，由于两种介质的声阻抗率不同，应力波将在这些界面发生反射。厚度较薄的混凝土结构，其反射信号一般会和激发信号重叠，无法在时域上进行分离。对此，应利用FFT，MEM等频谱分析手段对回波信号进行分析。采取冲击弹性波法进行检测时还应当符合下列要求：（1）检测表面不得沾水并用纸巾去除表面的污垢与残渣；（2）在混凝土结构表面选择接受传感器以及敲击点的位置时，应当注意要避开混凝土表面的裂缝、蜂窝、接缝等不利缺陷；（3）根据结构厚度选择对应的激振锤，重复测试保证波形的再现性；（4）根据需要，改变激振锤测试方位并比对检测结果的一致性当检测对象比较薄时，击振信号与反射信号无法全面分离开，通过频谱分析的方法便可以算出一次反射所需的时间，以此来检测出对象的厚度。此种方法即为冲击回波法。若检测对象的厚度已知，那么通过冲击回波法测得一次反射的时间后，即可通过公式3.1来算出波在测量物体内部传递的速度。2lv(3.1)t式中：v—P波传递波速（km/s），数值精确到0.001；l—混凝土厚度（mm）；t—P波在混凝土内部反射一次的时间。冲击回波法示意图如图3-1所示。图3-1冲击回波法示意图根据规范《水工混凝土结构缺陷检测技术规程》（SL713-2015），冲击回波法的测试深度为5-200cm。根据不同的混凝土厚度应选取对应不同大小的钢球，24 第三章冻融循环与锈蚀作用下钢筋混凝土应力波传播特性研究钢球的大小决定了检测的分辨率与深度，直径较小的钢球其测试的结果分辨率较高，测试深度较小；而直径大的钢球其测试的结果分辨率较低，测试深度较大，3钢球的具体规格参照表3.1所示。本次的钢筋混凝土试块为100*100*100mm的立方体，因此选用冲击回波法进行试验符合相应要求的。钢球的直径根据规范表3.1选取，本次试验选取直径为5mm的钢球。表3.1钢球直径选取规范表结构厚度/cm10-2020-3030-5050-100>100钢球直径/cm56-88-9.59.5-20>20关于混凝土性能质量与其内部应力波传递波速的关系，国际上已经达成共识，目前普遍采用的是Leslie和Cheeseman于1949年所提出的P波波速检测混凝土质量评定标准，如表3.2所示。表3.2P波波速检测混凝土质量评定标准P波波速>4500m/s3600-4500m/s3000-3600m/s2100-3000m/s<2100m/s一般（可能存混凝土质量优良较好差很差在问题）由于本次实验的测试对象为钢筋混凝土，与普通的混凝土试块相比由于其内部穿插了钢筋，这将使得通过冲击回波法测得的P波波速略为大一些，但是从整体上来看测得的所有试块波速均会略为增大，并不会对波速的变化规律带来影响。3.4试验设备及试验操作方法3.4.1试验设备本次试验的应力波传递波速测试所用到的仪器主要是四川升拓检测技术股份有限公司所生产的SCE-MATH混凝土多功能无损检测仪（B型）以及电子秤，辅助工具有凡士林耦合剂以及在测试时用来垫放钢筋混凝土试块的橡胶垫。3.4.2操作方法本次试验先用电子秤称取冻融前后钢筋混凝土试块的质量大小，再采取冲击回波法来测取试块的波速大小。测波速期间首先在具体的测量工作开始之前，应当先在试块上标记出需要进行测量的点位，每个试块均含有四个测试点，各个测试点测量三次，测点的大概位置示意图如图3-2所示。在测量期间，混凝土无损测试仪上传感器的位置应尽量放置在钢筋混凝土表面的正中间，由于某些试块经历过冻融循环试验，其表面会产生不平整的状况，因此在传感器以及混凝土表面接触的地方涂抹上凡士林耦合剂以及来让传感器以及混凝土表面接触的更好，此外为了缩小测量误差，应把试块放置在橡胶垫上进行测量。由于试验所测的波是由25 重庆交通大学硕士学位论文振动所产生的，因此很容易受到外界环境的干扰，因此在测量前应进行滤波处理以此来排除周围环境所产生的干扰。图3-2测点位置示意图试验的测量工作是由两个人来协力完成的，其中一个人负责混凝土多功能无损检测仪的操作步骤，另一个人负责紧压传感器并进行试块表面的敲击工作，每敲击以此，应立即对波开展分析，将分析结果保存下来，若存在问题，应立即重新进行测量。测量的具体操作如图3-3所示。图3-3具体操作示意图测定完试块的波速以后，再用电子秤称取经过不同冻融循环次数及锈蚀率影响之后各组试块的质量。26 第三章冻融循环与锈蚀作用下钢筋混凝土应力波传播特性研究3.5结果分析本次试验所研究的主要内容是冻融循环作用及锈蚀下钢筋混凝土质量变化及内部应力波传递波速，总共有三组试块，其中一组试块未进行锈蚀处理，另外两组试块进行过锈蚀处理。由于部分试块在达到预定的冻融循环次数时已经发生了冻融破坏，因此数据则以最终测量次数为准，此外本次冻融循环试验以25次冻融循环次数为一个周期，总共经历了150次冻融循环作用，也就是说一共有7个周期的试块。3.5.1质量变化分析称取冻融前后钢筋混凝土的质量大小，并分析其质量变化情况。质量变化率由公式3.1表示。mm12100%（3.1）im1式中：——质量变化率；im1——冻融后试块质量；m2——冻融前试块质量。未锈蚀的钢筋混凝土试块的质量变化如表3.3所示。表3.3未锈蚀试块质量变化表冻融循环次数冻融前质量(g)冻融后质量(g)质量变化率(%)02678.82678.80252674.82677.20.09502617.62622.20.18752685.62693.00.281002630.62627.6-0.111252637.82575.2-2.371502635.02507.0-4.86根据表3.3不难发现：当冻融循环次数从0开始增加时，试块经过冻融之后由于其内部细微裂隙在孔隙水的作用下不断拓展，导致试件的含水率增加，从而引起试件质量的增加；然而当冻融循环次数进一步增加时，试块内部孔隙中的水不断地融化由不断凝结，使裂缝进一步拓展，最终倒是试块发生破坏，致使试块的质量下降。27 重庆交通大学硕士学位论文锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土试块质量变化如表3.4所示。表3.4锈蚀率为2.8%的试块质量变化表冻融循环次数冻融前质量(g)冻融后质量(g)质量变化率(%)02668.22668.20252637.02642.60.21502708.42714.20.21752648.62656.40.291002641.22645.80.171252585.42588.80.131502600.62599.0-0.06根据表3.4中的数据不难发现：与未锈蚀的钢筋混凝土试块相同，随着冻融循环次数的增加，试块的质量也出现一定程度的增加；但是也存在与之不同的方面：从0次一直到150次冻融循环期间，试块几乎没有出现过很大的质量损失，这是由于在钢筋处于锈蚀初期锈蚀产物很少，它增加了钢筋与混凝土之间的粘结性能从而增加了试块的抗冻性能，冻融完成之后试块仍旧保持的完好的状态，如此也说明锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土试块其抗冻性能要比未锈蚀的试块要好。锈蚀率为5.6%的钢筋混凝土试块其质量变化如表3.5所示。表3.5锈蚀率为5.6%的试块质量变化表冻融循环次数冻融前质量(g)冻融后质量(g)质量变化率(%)02695.82695.80252653.42655.00.06502683.82684.60.03752691.02690.2-0.031002648.02639.6-0.321252645.22629.0-0.611502686.82600.0-3.23从上表中的数据我们可以看出：在冻融0-50次期间内，试块的质量出现一定程度的增加，而到了75-150次期间内试块的质量随着冻融循环试验的进行进一步28 第三章冻融循环与锈蚀作用下钢筋混凝土应力波传播特性研究减小。不同锈蚀率的试块其质量变化率曲线图如图3-4所示。10锈蚀率=0-1锈蚀率=2.8%锈蚀率=5.6%/%-2-3质量变化率-4-50255075100125150冻融循环次数/次图3-4不同锈蚀率试块其质量变化率曲线图根据图3-4中的曲线变化我们可以发现：在冻融循环次数0-75次期间内，各组试块的质量变化率均为正值，这也意味着试块在此期间的质量均有所增加，而在75-125次期间内，未锈蚀以及锈蚀率为5.6%的试块其质量开始下降，并随着冻融循环次数的增加其幅度越来越大，而锈蚀率为2.8%的试块其质量变化率依旧为正值；到了150次时三组试块的质量变化率均为负值，其中未锈蚀试块的质量变化最大，锈蚀率为5.6的试块次之，而锈蚀率为2.8%的试块其质量几乎没有减小。这也就说明了锈蚀率为2.8%的试块其抗冻性能要好一些。3.5.2波速变化分析为了使分析结果更加清晰，根据波速试验定义两个变量，分别为波速损失率Pi、波速损失率差值ΔPi+1，其中Pi用公式3.2表示、ΔPi+1用公式3.3表示。VV0iP100(3.2)iV0式中：Pi—波速损失率；V0—未冻融的钢筋混凝土试块内部应力波传递的波速；Vi—遭受了一定次数冻融循环作用的钢筋混凝土内部应力波传递波速；i—冻融循环周期数（i=0,1,2,3,4,5,6）PPP(3.3)i11ii29 重庆交通大学硕士学位论文式中：P—波速损失率差值；i1Pi—波速损失率。其中，未锈蚀的钢筋混凝土试块所对应的不同冻融循环次数与应力波传递波速关系如表3.6所示，冻融循环次数与应力波传递波速图像如图3-5所示。表3.6未锈蚀试块不同冻融循环次数与应力波传递波速关系应力波传递波速波速损失率波速损失率差值冻融循环次数-1(km·s)(%)(%)03.73100253.5913.7523.752503.4936.3792.627753.29211.7665.3871003.24213.1061.3401253.19714.3131.2061502.80824.73910.4263.83.6-13.4/km·s波速3.23.02.80255075100125150冻融循环次数/次图3-5未锈蚀试块冻融循环次数-波速关系曲线根据表3.6便可以发现，未锈蚀试块的最终冻融循环次数为150次，随着冻融循环次数的进一步增加，钢筋混凝土其内部的应力波传递波速会明显呈现出逐渐下降的趋势，由0次最初的3.731km/s慢慢降低到2.808km/s。根据其波速损失率差值这一项内容来看，从0次到125次之间，这一组试块其内部应力波传递波速下降趋势基本一致，保持在5%以内，而当冻融循环次数进行到125次与150次之间时，产生了突变，两次波速的变化率差值达到了10.426%。由此可见，当冻融循环进行到125次至150次期间内，未锈蚀试块的性能出现了较大的变化。图3-530 第三章冻融循环与锈蚀作用下钢筋混凝土应力波传播特性研究中相邻两点之间的斜率便代表着波速损失率差值的变化状况，若斜率的绝对值越大，两点间的图线便越陡峭，速度变化也就越大，在125次到150次之间的曲线明显比之前的曲线陡峭，因此在125次到150次之间试块波速的变化较为明显。锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土试块所对应的不同冻融循环次数与应力波传递波速关系如表3.7所示，其冻融循环次数与应力波传递波速图像如图3-6所示。表3.7锈蚀率为2.8%的试块不同冻融循环次数与应力波传递波速关系应力波传递波速波速损失率波速损失率差值冻融循环次数-1(km·s)(%)(%)03.62400253.6120.3310.331503.5880.9930.662753.4813.9462.9531003.3866.5672.6211253.2979.0232.4561503.3018.913-0.113.653.603.55-13.50/km·s3.45波速3.403.353.303.250255075100125150冻融循环次数/次图3-6锈蚀率为2.8%的试块冻融循环次数-波速关系曲线分析表3.7中的数据可以知道，锈蚀率为2.8%的试块最终冻融循环次数为150次，随着冻融循环次数的逐渐增加，钢筋混凝土试块的应力波传递波速逐渐下降，由最初0次的3.624km/s逐渐下降到3.301km/s。从波速损失率来看，在冻融循环次数0次至50次的试块其波速损失率较小，维持在1%以内；而随着冻融循环次数的进一步增加，当进行到75-100次时，其波速损失率已经达到了5%左右；而当进行到100-150次时，其波速损失率已经达到了9%。从波速损失率差值来看，当31 重庆交通大学硕士学位论文冻融循环次数进行到0-50之间时，差值很小；而当冻融循环次数进行到75-125次时，波速损失率差值已然达到了3%左右，而当冻融循环次数进行到125-150次时，此时波速损失率差值为-0.11%，呈负数形式。锈蚀率为2.8%的试块其波速变化状况与未锈蚀试块相比明显的不同之处在于当冻融循环次数进行到125-150次时，其波速曲线呈现出上升状态，这也是此一阶段其波速损失率差值呈现出负数状态的原因，由于在这一期间试验室的冻融循环机出现故障，由于机器维修搁置以及防冻液的更换导致冻融了150次的试块其波速却比冻融了125次的试块大。锈蚀率为5.6%的试块其不同的的冻融循环次数与应力波传递波速关系如表3.8所示，冻融循环次数与应力波传递波速图像如图3-7所示。表3.8锈蚀率为5.6%的试块不同冻融循环次数与应力波传递波速关系应力波传递波速波速损失率波速损失率差值冻融循环次数-1(km·s)(%)(%)03.77500253.5386.2786.278503.4418.8482.570753.32012.0533.2051003.26313.5631.5101253.19615.3381.7751503.08018.4113.0733.83.73.6-13.5/km·s3.4波速3.33.23.13.00255075100125150冻融循环次数/次图3-7锈蚀率为5.6%的试块冻融循环次数-波速关系曲线分析表3.8中的数据可以看出，锈蚀率为5.6%的试块最终冻融循环次数为15032 第三章冻融循环与锈蚀作用下钢筋混凝土应力波传播特性研究次，随着冻融循环次数的进一步增加，钢筋混凝土的应力波传递波速与前面两组试验数据状况类似，呈现出下降的趋势，由最初0次的3.775km/s逐渐下降到3.080km/s。从波速损失率来看，随着冻融循环次数的逐渐增加，波速损失率也由最初的6.278%逐渐升高至18.411%，这也明显说明第三组试块其应力波传递波速损失随着试验的进行越来越大。根据波速损失率差值来看，不同的冻融循环次数情况下试块的波速损失率差值并没有出现很大的变化幅度，基本都维持在7%以内。根据图3-7可以看出，从0次到150次，试块内部的应力波传递波速下降幅度基本呈现出一条直线，虽然其变化幅度在慢慢减小，但是整体下降的趋势比较平稳。锈蚀率不同的钢筋混凝土试块在不同冻融循环次数下其内部应力波传递波速如表3.9所示，冻融循环次数-波速曲线如图3-8所示。表3.9各组试块冻融循环次数与应力波传递波速表（单位km/s）冻融循环次数第一组试块第二组试块第三组试块03.7313.6243.775253.5913.6123.538503.4933.5883.441753.2923.4813.3201003.2423.3863.2631253.1973.2973.1961502.8083.3013.0803.8锈蚀率=0锈蚀率=2.8%3.6锈蚀率=5.6%-13.4/km·s波速3.23.02.80255075100125150冻融循环次数/次图3-8不同锈蚀率试块冻融循环次数-波速变化图33 重庆交通大学硕士学位论文综合分析锈蚀率不同的三组试验试块，我们可以看出，当冻融循环次数逐渐增加时，钢筋混凝土内部的应力波传递波速全部呈现出下降的趋势，但不同锈蚀率的试块之间下降趋势并不完全一致。通过对比分析，得出以下结论：（1）对比分析未锈蚀以及锈蚀率为2.8%的试块不难发现，这两组试块的最终冻融循环次数都是150次，其抗冻性能有所差异。根据图3-8来看，这两组试块内部的应力波传递波速随着冻融循环次数的增加而下降的趋势基本相同，但是未锈蚀试块的下降趋势明显更突出一些，下降的幅度也明显更大一些，从25-150次冻融循环时期内的应力波速均小于锈蚀率为2.8%试块的应力波速。这是由于钢筋混凝土在发生轻度锈蚀后在钢筋与混凝土的粘结界面上形成了一层铁锈，由于铁锈的密度很小导致体积变大，对其钢筋周围的混凝土产生了较大的膨胀力，因此在轻锈时期锈蚀产物的膨胀增大了混凝土对钢筋的约束力，试块会变得更加紧固，所以说钢筋混凝土在内部发生此类轻微锈蚀之后其应力波波速下降趋势会缓一些，抗冻性会好一些；（2）对比分析未锈蚀以及锈蚀率为5.6%的试块不难发现，这两组试块的最终冻融循环次数都是150次且两组试块的波速变化幅度大致相同，但是未锈蚀的试块在125-150次冻融时期内下降趋势更突出，下降幅度更大一些，这也反映出了冻融循环次数越往后试块遭受的破坏越明显，波速变化幅度越剧烈；（3）对比分析锈蚀率为2.8%以及锈蚀率为5.6%的试块可以看出，这俩组试块除了最开始波速的大小略为不同，但随着冻融循环次数的进一步增加，这两组试块的应力波波速变化状况、幅度基本一致，锈蚀率为2.8%的试块其波速大小明显高于锈蚀率为5.6%的试块，这是由于钢筋锈蚀量的继续增大，钢筋与混凝土之间的化学胶着力破坏程度加大，锈蚀产物增多致使试块内部发生轻微破坏所导致的。3.6本章小结本章主要研究了冻融循环作用影响之下钢筋混凝土质量以及其内部应力波传递波速的变化状况。根据试验结果分析来看，当冻融循环次数逐渐增加时，钢筋混凝土内部应力波传递波速呈现下降的趋势，而质量却是先有一定幅度的增加，然后再下降。另一方面，处于锈蚀初期的钢筋混凝土试块其抗冻性能会好一些，质量下降幅度缓慢，内部应力波传递波速变化会慢一些，但随着锈蚀程度的进一步增加，质量下降幅度增大，其抗冻性能也将逐渐降低。34 第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究4.1引言冻融循环作用下钢筋混凝土的抗拉承载力以及其粘结性能会随着冻融循环次数以及锈蚀率的不同而出现变化，粘结应力、位移作为表征抗拉承载力以及粘结性能的重要参数可以从这两个方面的数据分析得出钢筋混凝土抗拉承载力以及粘结性能的大小。钢筋混凝土内部的应力波传递波速与试块的粘结性能存在着一定的关系。本章主要就是针对经过锈蚀以及冻融循环之后钢筋混凝土试块粘结强度、位移的研究，通过开展钢筋拉拔试验，初步得到钢筋混凝土的极限荷载以及此荷载所对应钢筋的位移大小，并由此计算得到极限荷载对应下的粘结强度，探究得到不同锈蚀率、不同冻融循环次数对钢筋混凝土抗拉承载力-位移关系的影响。4.2试验方法本次拉拔试验采用的试验研究方法为中心拉拔试验，将试块放置在万能试验机下进行拉拔试验，对于未锈蚀试块，参考《GB50152-2012混凝土结构试验方法标准》中关于未锈蚀钢筋混凝土粘结性能对比试验内容，试验采用力控制，加载速率由公式4.1确定：2vd0.03(4.1)p其中：v—KN/minpd—钢筋直径（mm）。而针对锈蚀率为2.8%以及锈蚀率为5.6%的钢筋混凝土试块，考虑到钢筋已发生了锈蚀，此时的加载速率应该在之前所确定的速率基础上稍加以减少，未锈、轻度锈蚀采用5KN/min加载，中度锈蚀采用2.5KN/min加载，重度锈蚀采用2KN/min加载，在处于加载过程中，应保持加载速率均匀，避免出现荷载冲击的现象，减少误差。在加载期间，万能试验机控制系统会自动记录下各个时间点的极限荷载大小以及钢筋位移的大小，当钢筋混凝土试块发生劈裂破坏时，其力学性能会随之改变，加载力会在此时出现一个峰值，之后便会有一段突然下降的区间，之后由于仪器仍然处于加载期间，加载力随后会持续上升，直至钢筋完全从混凝土试块中拔出。根据我国《混凝土结构试验方法标准》（GB50512-2012），试件在各种荷载作用下的平均粘结应力应该按照公式4.2计算，由此便可计算出钢筋混凝土平均粘结应力，此时的位移便是峰值位移。35 重庆交通大学硕士学位论文F=(4.2)dl式中：—极限荷载对应下的平均粘结强度，（MPa）；F—极限荷载，（KN）；d—钢筋直径，（mm）；l—钢筋与混凝土的锚固长度，（mm）。4.3钢筋混凝土试件拉拔试验4.3.1操作方法本次的拉拔试验主要是测得不同冻融循环次数以及锈蚀率的钢筋混凝土试块在静力加载下的粘结强度，试验参照我国现行的规范《混凝土结构试验方法标准》（GB50512-2012）进行。试验的具体操作方法如下所示：（1）将万能试验机的夹具换上，将其清理干净，并将试块放置在夹具中间，让钢筋加载端从夹具预留的孔洞中伸出，并用仪器下方的夹具夹住钢筋的加载端；（2）通过拉拔试验的软件，设置好各项所需的参数后点击开始进行试验；（3）试块发生相对滑移后便可停止加载，记录并保存相关的试验数据。万能试验机的仪器示意图如图4-1所示，加载示意图如图4-2所示。图4-1万能试验机图4-2拉拔试验加载示意图36 第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究4.3.2冻融循环作用及锈蚀情况下钢筋混凝土的粘结强度本次拉拔试验总共设置了三组钢筋混凝土试块，各组试块所对应的钢筋锈蚀率不同，主要是测这几组试块在经过冻融循环之后的抗拉承载力及其对应的位移值，从中分析冻融循环次数、锈蚀率与抗拉承载力、位移值之间的关系。未锈蚀试块的分析结果如表4.1所示，试块的抗拉承载力与冻融循环次数曲线关系如图4.3所示。表4.1未锈蚀试块拉拔试验结果冻融循环次数极限荷载(KN)平均粘结强度(MPa)对应位移值(mm)010.132.694.77258.132.164.45504.541.23.25751.840.491.591001.570.421.371250.550.150.841500.120.030.13108/KN64抗拉承载力200255075100125150冻融循环次数/次图4-3未锈蚀试块冻融循环次数-抗拉承载力变化曲线关系分析表4.1中的数据不难发现，随着冻融循环次数的增加，钢筋混凝土试块的极限抗拉承载力随之渐渐降低。与之对应的试块粘结强度、对应位移值也随之逐渐降低。在冻融循环次数进行到0-25次时，此时试块的抗拉承载力维持在8KN以上，在25-50次时，试块的粘结强度下降幅度变大，而进行到75次左右时，此37 重庆交通大学硕士学位论文时试块受到的冻融破坏比较严重，抗拉承载力已经下降到了2KN左右，试块的粘结性很差，钢筋与混凝土之间的机械咬合力很小，之后的75-150次冻融循环试验中，试块由于在冻融的进一步影响下出现骨料剥离的现象，其粘结强度进一步减弱，甚至在150次时其抗拉承载力几乎下降到0。通过图4-3，可以明显的发现试块的抗拉承载力是一直呈现出下降的趋势，在0次到25次以及75到150次的曲线斜率基本类似，而25次到75次的曲线斜率相比于这两段曲线明显要陡很多，曲线的下降情况与表中数据所说明的情况完全符合。锈蚀率为2.8%的试块分析结果如表4.2所示，试块的抗拉承载力与冻融循环次数曲线关系如图4-4所示。表4.2锈蚀率为2.8%试块拉拔试验结果冻融循环次数极限荷载(KN)平均粘结强度(MPa)对应位移值(mm)014.583.873.892510.292.733.51508.062.143.38757.832.083.251003.340.892.821252.550.682.771501.700.452.716141210/KN8抗拉承载力64200255075100125150冻融循环次数/次图4-4锈蚀率为2.8%的试块冻融循环次数-抗拉承载力变化曲线关系分析表4.2中的数据不难发现，锈蚀率为2.8%的试块抗拉承载力以及粘结强度的变化情况与未锈蚀的试块及其类似，部分数值上存在差异，在冻融循环次数38 第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究进行到0-50次期间时，试块的抗拉承载力下降幅度几乎一致，而当进行到50-75次期间，抗拉承载力变化幅度并不大，75-100次期间内，其下降幅度进一步增大，到了100-150次时，抗拉承载力逐渐削弱到2KN左右。分析图4-4，同时对比图4-3，两个图像曲线均处于下降的趋势，但是相比于处于同一冻融循环次数下的未锈蚀试块的抗拉承载力，锈蚀率为2.8%的试块其抗拉承载力明显都要高于未经过锈蚀处理的试块，这是由于钢筋在锈蚀初期生成铁锈体积膨胀，此时钢筋与混凝土之间的锈胀力使得混凝土对钢筋的约束增大，它们之间的摩擦力也随之增大，进一步增大了粘结强度。锈蚀率为5.6%的试块分析结果如表4.3所示，试块的冻融循环次数与抗拉承载力曲线关系如图4-5所示。表4.3锈蚀率为5.6%的试块拉拔试验结果冻融循环次数极限荷载(KN)平均粘结强度(MPa)对应滑移值(mm)013.383.554.122510.542.83.87505.871.563.5754.211.123.151000.490.132.481250.370.12.351500.10.032.34141210/KN86抗拉承载力4200255075100125150冻融循环次数/次图4-5锈蚀率为5.6%的试块冻融循环次数-抗拉承载力变化曲线关系分析表4.3中的数据不难发现，随着冻融循环次数的增加，钢筋混凝土试块39 重庆交通大学硕士学位论文的抗拉承载力持续降低，与前两组试块相同，然而其强度的变化状况却稍稍不同于前两组试块。在冻融循环次数进行到0-100次时，试块的抗拉承载力逐渐减小，其下降幅度大致相同，到了100次时，试块的抗拉承载力已经下降到了0.5KN左右，此时试块的粘结性能很差，在随后的100-150次期间内，试块的抗拉承载力下降并不明显，可以认为在冻融循环试验进行到100次时，试块的粘结性能几乎变为0。分析图4-5可以知道试块的抗拉承载力一直呈现出下降的趋势，曲线最陡的情况出现在25-50次时期，而进行到100-150次的时候，几乎为一条直线。相比于锈蚀率为2.8%的试块曲线不难发现，锈蚀率为5.6%的试块其抗拉承载力相比于锈蚀率为2.8%的试块明显要低。三组试块的整体拉拔试验数据如表4.4所示，冻融循环次数-抗拉承载力曲线变化如图4-6所示。表4.4不同锈蚀率试块冻融循环次数与抗拉承载力强度表冻融循环次数未锈蚀试块锈蚀率为2.8%试块锈蚀率为5.6%试块010.1314.5813.38258.1310.7910.54504.548.065.87751.847.834.211001.573.340.491250.552.550.371500.121.700.11614锈蚀率=0锈蚀率=2.8%12锈蚀率=5.6%10/KN86抗拉承载力4200255075100125150冻融循环次数/次图4-6不同锈蚀率试块冻融循环次数与抗拉承载力强度变化图通过对表4.4以及图4-6的对比分析，我们可以得出以下结论：40 第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究（1）随着冻融循环次数的增加，钢筋混凝土试块的抗拉承载力及其粘结强度会出现一定程度的下降；（2）对比未锈蚀以及锈蚀率为2.8%的试块的图像，这两组试块不管是从开始还是在冻融循环末期，锈蚀率为2.8%试块的抗拉承载力以及粘结强度均要比未锈蚀试块高，这是由于钢筋锈蚀初期生成的铁锈导致体积膨胀，进一步增大了锈胀力，增大了二者之间的摩擦力，粘结强度也因此增大；（3）对比未锈蚀以及锈蚀率为5.6%的试块的图像，刚开始时锈蚀率为5.6%的试块的抗拉承载力要高于第一组试块，但是到了冻融循环100次时期，锈蚀率为5.6%的试块的抗拉承载力几乎下降到了0，其下降的幅度非常大，这是由于冻融循环作用进一步加剧了钢筋锈蚀的发生，钢筋锈蚀程度增大，钢筋发生了变形，钢筋与混凝土之间的咬合力下降所致。（4）对比锈蚀率为2.8%和锈蚀率为5.6%的试块的图像，这两组试块的下降曲线即为类似，但是从数值上讲锈蚀率为2.8%的试块抗拉承载力均大于锈蚀率为5.6%的试块抗拉承载力，这也是因为随着锈蚀程度的增加锈蚀产物越来越多，致使钢筋混凝土出现裂缝并逐渐扩大，最终导致试块发生破坏，钢筋与混凝土之间的咬合力也大幅度下降。（5）总的来说，冻融循环初期试块的抗拉承载力及其粘结强度下降幅度一般，随着冻融循环次数的增加，其下降幅度迅速变大，到了冻融循环次数进行到100次左右，由于混凝土受到了冻融破坏，钢筋与混凝土之间的咬合力下降，抗拉承载力的变化幅度趋于平缓，甚至部分试块的抗拉承载力几乎变为0。4.3.3冻融循环作用及锈蚀影响下钢筋混凝土抗拉特性通过钢筋拉拔试验所采集的数据进行分析，可以得到较为准确的各个时刻试块的拉力荷载以及对应的位移量的数值大小，并由此绘制出不同冻融循环次数下试块位移量与拉力荷载之间的关系曲线。未锈蚀试块的拉力荷载-位移量曲线关系如图4-7所示。41 重庆交通大学硕士学位论文10冻融0次冻融25次冻融50次冻融75次冻融100次8冻融125次冻融150次/KN6拉力荷载4200246810位移/mm图4-7未锈蚀钢筋混凝土试块拉力荷载-位移量变化关系图根据图中所显示的曲线变化状况可以分析得到：随着冻融循环次数的逐渐增加，代表着不同冻融循环次数的曲线其峰值，也就是抗拉承载力逐渐下降，由冻融0次曲线所对应的10.13KN渐渐下降至150次所对应的0.12KN；此外，抗拉承载力所对应的粘结位移量也在逐渐减小，由0次所对应的4.77mm逐渐下降至150次所对应的0.13mm。所有曲线均是从0坐标开始，随着拉拔试验的进行，拉力荷载与其对应的粘结滑移值渐渐增加，呈曲线形增长，当拉力荷载达到最大时，此时钢筋的粘结强度达到最大，钢筋与混凝土发生相对滑移，钢筋会随着夹具的运动被拉出混凝土试块，此时由于钢筋从粘结状态瞬间转变为滑动状态，其抗拉承载力在此瞬间会产生一部分损失，因此在曲线顶端右部其拉力荷载会下降，曲线也将随之下滑。锈蚀率为2.8%的试块其拉力荷载-位移量曲线关系如图4-8所示。42 第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究16冻融0次冻融25次14冻融50次冻融75次冻融100次12冻融125次冻融150次10/KN8拉力荷载642002468位移/mm图4-8锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土试块抗拉承载力-位移量变化关系图根据图4-8中的曲线所示，随着冻融循环次数的进一步增加，锈蚀率为2.8%的试块其抗拉承载力逐渐减小，由冻融0次的14.58KN逐渐缩小至150次的1.7KN；此外，各组曲线的抗拉承载力所对应的粘结位移量也在逐渐减小，由0次所对应的3.89mm慢慢减少至150次所对应的2.7mm。不同冻融循环次数所对应的曲线与第一组类似均是由原点开始，随着拉拔试验的进行曲线逐渐上升，当拉力荷载达到最大值时曲线下降，此时钢筋混凝土已发生相对滑移，钢筋将随着拉拔试验机的运动与之一同被拔出混凝土，此时钢筋由粘结状态瞬间转变为滑动状态，便会发生应力损失，因此曲线顶点右端会随着滑移值的上升而出现下降的趋势。锈蚀率为5.6%的试块其拉力荷载-位移量曲线关系如图4-9所示。43 重庆交通大学硕士学位论文14冻融0次冻融25次冻融50次12冻融75次冻融100次冻融125次冻融150次10/KN8拉力荷载64200246810位移/mm图4-9锈蚀率=为5.6%的钢筋混凝土试块拉力荷载-位移量变化关系图从图4-9中分析得到：和前两组试块的状况类似，随着冻融循环试验的进行，冻融循环次数逐渐增长，其所对应的抗拉承载力大小缓缓下降，由冻融0次的13.38KN逐渐降低为0.1KN；与此同时试块抗拉承载力所对应的试块粘结位移量也大致表现为逐渐变小的趋势，由最初的4.12mm变成由150次所对应的2.34mm。在冻融循环次数达到100次以后，曲线变化幅度很小，几乎呈现出水平的状态。各条曲线均是由原点出发，呈曲线形逐渐上涨至抗拉承载力所对应的曲线顶点，当曲线到达顶点时，试块的拉力荷载达到最大值，接着钢筋会随着试验的进行被拔出混凝土，由于此一阶段会发生应力损失因此曲线顶点的右端会随着钢筋的拔出表现出下降的趋势。上述试验结果为不同冻融循环次数下各组试块的拉力荷载与粘结位移量之间的关系，由此我们可以得到冻融循环次数对钢筋混凝土拉力荷载、粘结位移量造成的影响变化；另一方面，根据试验所得数据，我们也能进一步分析锈蚀率对试块拉力荷载、粘结位移量造成的影响。冻融循环次数为0次时试块拉力荷载与位移量曲线如图4-10所示。44 第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究16锈蚀率=014锈蚀率=2.8%锈蚀率=5.6%1210/KN8拉力荷载6420012345678位移/mm图4-10未冻融时钢筋混凝土拉力荷载与滑移量变化图从图4-10中可以发现：同为未经过冻融的钢筋混凝土试块，其抗拉承载力的大小却明显不同，锈蚀率为2.8%的试块抗拉承载力最大，为14.58KN，其次是锈蚀率为5.6%的试块，抗拉承载力为13.38KN，最后才是未锈蚀的试块，其抗拉承载力为10.13KN，这里我们可以发现，在钢筋混凝土试块遭受的冻融破坏处于同一状况下时，锈蚀率对其拉力荷载与粘结强度的影响表现为：当试块处于轻锈状态时，由于锈胀力的影响会使得试块的抗拉承载力及粘结强度比未锈蚀时的情况下得到一定程度的提高，而随着锈蚀程度的进一步增加，锈胀力进一步增大使得试块的钢筋与混凝土粘结处出现裂纹并进一步扩大，试块的抗拉承载力与粘结强度也就慢慢得表现出下降的趋势；此外，根据图形的显示可以发现，未锈蚀试块的钢筋在位移量达到4.77mm时钢筋达到最大拉力荷载，而锈蚀率为2.8%与锈蚀率为5.6%的试块在此之前的3.89mm与4.12mm处便以发生滑移，因此可以证明，锈蚀会使得钢筋混凝土之间的滑移量减少，延性变差，让滑移状态提前出现。冻融次数为50次的试块拉力荷载与滑移量曲线如图4-11所示。45 重庆交通大学硕士学位论文8锈蚀率=0锈蚀率=2.8%锈蚀率=5.6%6/KN4拉力荷载200246810位移/mm图4-11冻融循环次数50次时钢筋混凝土拉力荷载与滑移量变化图从图4-11上可以发现：锈蚀率为2.8%的试块抗拉承载力最大，达到了8.06KN，其次是锈蚀率为5.6%的试块，其抗拉承载力达到了5.87KN，最后则是未锈蚀的试块，抗拉承载力只有4.54KN，与上述情况类似，也是在锈蚀程度的影响下产生了此种变化；另一方面，这三组试块的位移量却相差不明显，均为3.3-3.5mm左右。冻融次数为100次的试块拉力荷载与滑移量曲线如图4-12所示。3.5锈蚀率=0锈蚀率=2.8%锈蚀率=5.6%3.02.5/KN2.0拉力荷载1.51.00.50.001234567位移/mm图4-12冻融循环次数100次时钢筋混凝土拉力荷载与滑移量变化图从图4-12中我们不难发现：在这一状况下，也是锈蚀率为2.8%的试块抗拉承46 第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究载力最大，达到了3.34KN，其次是未锈蚀试块，抗拉承载力达到了1.57KN，最后则是锈蚀率为5.6%的试块，其抗拉承载力仅仅达到了0.49KN。这与之前的各个循环次数情况下有所不同的是未锈蚀试块的抗拉承载力大小超过了锈蚀率为5.6%的试块；锈蚀率为2.8%的试块位移量达到了2.82mm，锈蚀率为5.6%的试块位移量达到了2.48mm，未锈蚀试块与冻融循环次数为75次时的状况类似，早早地发生了滑移，在滑移量为1.37mm处拉力荷载达到最大值，这也是由于受到冻融破坏的影响，试块的抗冻性很明显地产生变化，用肉眼都可以观察到试块表面已脱落，有些骨料都已露在外面，而锈蚀率为2.8%以及锈蚀为5.6%的试块在锈蚀程度的影响之下并没有早早地发生滑移现象。冻融次数为150次的试块拉力荷载与滑移量曲线如图4-13所示。1.81.6锈蚀率=0锈蚀率=2.8%锈蚀率=5.6%1.41.2/KN1.00.8拉力荷载0.60.40.20.001234567位移/mm图4-13冻融循环次数150次时钢筋混凝土拉力荷载与滑移量变化图从图4-13中不难发现：锈蚀率为2.8%的试块抗拉承载力最大，达到了1.7KN，其次是未锈蚀试块，为0.12KN，最后则是锈蚀率为5.6%的试块，仅仅达到了0.1KN；另一方面，与上述的情况类似，未锈蚀试块也是由于受到了很大的冻融损害，早早地在滑移量为0.13mm处便已开始滑移，此时的钢筋混凝土粘结性能极差，甚至用手轻轻便可将钢筋从混凝土试块中取出，锈蚀率为2.8%的试块则是在位移量达到2.7mm处才开始滑移，锈蚀率为5.6%的试块是在位移量达到2.34mm处开始滑移。综合分析三组试块的抗拉承载力级粘结强度的变化状况，我们可以发现随着冻融循环次数的增加，钢筋混凝土的抗拉承载力以及粘结强度是逐渐降低的，但是通过横向与纵向的对比我们又能得到这些结论：47 重庆交通大学硕士学位论文（1）通过三组试块的横向对比我们发现：在整个冻融循环过程中，锈蚀率为2.8%试块的抗拉承载力是最高的，在冻融循环次数为0-100次内时，锈蚀率为5.6%的试块抗拉承载力大于未锈蚀试块，而在100-150次期间内，未锈蚀试块的抗拉承载力却大于锈蚀率为5.6%的试块；此外，在0-50次冻融循环期间内锈蚀率为5.6%的试块达到抗拉承载力时其滑移值也是最大的，而在50-150次冻融循环期间内锈蚀率为2.8%的试块达到抗拉承载力时其滑移值最大，所以说轻微的锈蚀会使得钢筋混凝土的粘结性能提高，滑移值增加，但随着锈蚀程度的进一步增加，这种效果便会大打折扣，甚至会有所减少。（2）通过三组试块的纵向对比我们可以看出：在整个冻融循环过程中，钢筋混凝土试块的抗拉承载力以及粘结强度是逐渐下降的，三组试块的抗拉承载力及其粘结强度均是在未受到冻融循环作用情况下最大，随着冻融循环试验的进行，冻融循环次数越大，其抗拉承载力以及粘结强度越小，到了125-150次期间试块已被冻融破坏，骨料剥离，此时钢筋混凝土的粘结性能极差，甚至用手便可轻轻拉出，另一方面，试块的抗拉承载力所对应的最大滑移值也随着冻融循环试验的进行逐渐减小，所以说冻融循环作用会使得钢筋混凝土的抗拉承载力及粘结性能下降，滑移值减小。4.4冻融循环作用下钢筋混凝土抗拉承载力与应力波波速之间的关系根据之前得到的结论，钢筋混凝土抗拉承载力大小会随着冻融循环次数的增加而逐渐降低，因此在实际工程当中，我们可以通过对钢筋混凝土结构应力波波速的测定，从而得到其抗拉承载力的大小，进一步判断其粘结性能以及抗冻耐久性的程度。这里我们对钢筋混凝土的抗拉承载力与应力波波速进行曲线拟合，研究二者之间的关系，一般来说，抗拉承载力与波速之间无法用统一的一个公式来准确表达，但是二者是符合幂函数或指数函数的关系。未锈蚀试块的抗拉承载力与其内部应力波波速如表4.5所示，拟合曲线关系图如图4-14所示。表4.5未锈蚀试块抗拉承载力与内部应力波传递波速表试块抗拉承载10.138.134.541.841.570.550.12力（KN）应力波传递波3.7313.5913.4933.2923.2423.1972.808-1速（km·s）48 第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究108(/0.35426)xye3.214751.3611926R0.94662/KN4抗拉承载力202.83.03.23.43.63.8-1波速/km·s图4-14未锈蚀试块抗拉承载力-波速拟合曲线通过对第一组未锈蚀试块的波速拟合，我们发现使用指数函数拟合的相关系数的平方为0.94662，相关性比较高。锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土试块其抗拉承载力与应力波波速如表4.6所示，拟合曲线关系图如图4-15所示。表4.6锈蚀率为2.8%的试块抗拉承载力与内部应力波传递波速表试块抗拉承载14.5810.298.067.833.342.551.70力（KN）应力波波速3.6243.6123.5883.4813.3863.2973.301-1（km·s）161412yx98.241930.30356102R0.8361/KN86抗拉承载力4203.253.303.353.403.453.503.553.603.65-1波速/km·s图4-15锈蚀率为2.8%试块抗拉承载力-波速拟合曲线49 重庆交通大学硕士学位论文根据锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土试块波速拟合曲线，我们发现使用幂函数所拟合的曲线相关系数的平方为0.8361，其相关性比较好。锈蚀率为5.6%的钢筋混凝土试块其抗拉承载力与应力波波速如表4.7所示，拟合曲线关系图如图4-16所示。表4.7锈蚀率为2.8%的试块抗拉承载力与内部应力波传递波速表试块抗拉承载13.3810.545.874.210.490.370.10力(KN)应力波传递波3.7753.5383.4413.3203.2633.1963.080-1速(km·s)141210yx68.9417921.918122R0.91652/KN86抗拉承载力4203.03.13.23.33.43.53.63.73.8-1波速/km·s图4-16锈蚀率为5.6%试块抗拉承载力-波速拟合曲线从图4-16的波速拟合曲线我们可以看出，锈蚀率为5.6%的试块使用幂函数进行抗拉承载力与波速拟合后其相关系数的平方达到了0.91652，相关性很高。接下来我们对三组试块的拟合相关系数进行总结，结果如表4.8所示。表4.8不同锈蚀率的试块拟合相关系数表拟合相关系数未锈蚀试块锈蚀率为2.8%试块锈蚀率为5.6%试块R0.972940.914300.957202R0.946620.836100.91652根据表4.8中的数据，不难发现：在使用幂函数或指数函数对这三组试块进行波速拟合时，其拟合相关性都很高，这也就意味着钢筋混凝土试块的抗拉承载力与其内部应力波传递波速确实存在着某种关系。对于不同锈蚀率的试块来说，其拟合公式并不相同，因此在检测某种钢筋混凝土结构时事先应对其进行锈蚀率的测定工作，确定对应的公式，之后便可以根据实际所测结构内部应力波传递波速50 第四章钢筋混凝土试件拉拔力学性能研究的大小来得到其抗拉承载力的数值。4.5本章小结本章主要研究了冻融循环作用以及锈蚀率对钢筋混凝土抗拉承载力以及粘结强度的影响，探讨了不同情况下钢筋混凝土的粘结滑移关系。根据以上的分析可以看出，随着冻融循环次数的进一步增加，钢筋混凝土的抗拉承载力及其粘结强度逐渐下降，到了冻融后期钢筋混凝土的受到冻融破坏，其粘结性能几乎为0，抗拉承载力所对应的滑移值大小也逐渐减小，而处于同一冻融条件下的钢筋混凝土试块其抗拉承载力以及粘结强度会在轻微的锈蚀程度影响之下有所增强，但是随之锈蚀程度的进一步加剧，这种增强效果便会大打折扣，甚至会有所减小。对钢筋混凝土的抗拉承载力与其内部应力波传递波速进行了曲线拟合，通过拟合所得的相关系数R来看拟合相关性都很高均超过了0.9。51 重庆交通大学硕士学位论文第五章钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟研究5.1引言由于钢筋混凝土试块的冻融循环试验周期很长，再加上试块养护与锈蚀方面的工作较为复杂，开展试验往往显得十分麻烦。而数值模拟软件由于其精确、快速的特点，只要调整对应的模型参数即可探究不同因素对钢筋混凝土拉拔性能的影响，因此本章便以前面所做的钢筋混凝土拉拔试验所得到的试验数据为基础，运用ABAQUS软件开展钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟工作，模拟得到在不同锈蚀率、不同混凝土强度等级等因素的影响之下钢筋混凝土拉拔过程其应力、位移值等特征值的不同变化，探究这些因素对钢筋混凝土拉拔特性的影响。5.2软件介绍ABAQUS软件是被开发出来的一款国际上最为先进的大型非线性有限元分析软件，从开发至今由于其优秀分析能力以及对各个领域复杂状况模拟的可靠程度使得它已被全球工业界广泛接受并采用，在不同的领域中运用十分广泛。ABAQUS不仅能进行有效地静态和准静态的分析、瞬态分析、模态分析、弹塑性分析、接触分析、断裂分析和耐久性分析等结构分析，而且还能进行流-固耦合分析、压电和热-电耦合分析、质量扩散分析等，它使用起来非常简便，很容易建立起复杂问题的模型，此外，ABAQUS基于丰富的单元库，可以用于模拟各类复杂的几何形状，并且其拥有丰富的材料模型库，可用于模拟大多数常见的工程材料，例如金属、聚合物、复合材料、橡胶、钢筋混凝土及各种地质材料等。因此，本章采取ABAQUS软件来模拟钢筋混凝土的拉拔试验，由此模拟来得到不同锈蚀率、不同混凝土强度等级等因素对钢筋混凝土拉拔特性的影响变化，从中总结规律。5.3拉拔试验数值模拟5.3.1模型建立模块建立：采用分离式模型分别建立混凝土模型与钢筋模型，其几何尺寸与实际试验尺寸一致。材料参数定义：分别给二者定义材料参数以及截面属性，由于钢筋在试块的拉拔期间基本不会产生塑性变形，因此本次数值模拟钢筋采用弹性体模型来模拟，11混凝土也采用弹性体模型。本次模拟中HPB235光圆钢筋的弹性模量取2.1×10Pa，310泊松比取0.3，质量密度取7851kg/m。C40混凝土的弹性模量取3.25×10Pa，泊3松比取0.2，质量密度取2400kg/m。模型装配：将钢筋与混凝土模型装配到一起，装配之后的整体模型如图5-1所示，所定义的各个材料力学参数如表5.1所示。52 第五章钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟研究图5-1钢筋混凝土数值模拟装备模型图表5.1钢筋混凝土拉拔试验数值模拟材料力学参数混凝土弹性模量钢筋弹性模量钢筋直径D参数混凝土泊松比钢筋泊松比（Pa）（Pa）（mm）数值3.25e100.22.1e110.312分析步设置：此处采取动态分析步。界面属性设置：这里我们主要定义了两个约束，考虑到在之后的步骤当中需要定义荷载，而荷载施加的位置最好不要与接触节点结合，以免后面的分析发生错误，因此这里在钢筋端前部定义一参考点，然后将其与钢筋端圆面定义成耦合约束（Coupling），这样一来在参考点上施加荷载实际上便可以作用到钢筋端面上；为了更好的模拟钢筋与混凝土之间的粘结滑移试验，这里我们引入了cohesive内聚力粘结单元，创建在钢筋与混凝土的粘结层，其厚度设置为0，由于cohesive单元是在混凝土部件中创建的，这里我们需要将其与钢筋和混凝土粘结的部分添加上绑定约束（Tie），将二者绑定在一起。Cohesive单元的属性设置应与实际试验相符，因此这里cohesive单元的具体参数均由实际试验参数为准，具体参数设置如表5.2所示。表5.2cohesive界面单元参数表000E（MPa）G1（MPa）G2（MPa）n（MPa）s（MPa）t（MPa）20000075187.9775187.97552222表中：53 重庆交通大学硕士学位论文E：基体的弹性模量。G1、G2：分别是基体主轴方向的剪切模量。0：沿界面单元法向的临界应力。n00、：沿界面单元切向的临界应力。st这里cohesive单元的损伤准则我们采用应力损伤准则，一旦界面单元出现损伤之后便进入损伤演化阶段，当应力到达最大应力时发生相对滑移。载荷设置：在之前所设置的耦合参考点上设置荷载，此处荷载选择集中力（Concentratedforce）类型并且x、y方向的分量设置为0，钢筋受拉是朝着z轴正方向进行的，由于数值模拟的荷载应与试验中的荷载保持一致，而试验中我们设置的荷载大小的5KN/min，所以在z轴方向的分量我们需要引入幅值荷载，其大小为11KN线性增加，方向为z轴正方向，并将其添加到耦合参考点上。边界条件设置：由于试验中试块是放置在钢板上钢筋自上而下被拔出的，混凝土在受到钢板的约束，因此这里就要对混凝土下表面定义位移约束，将其在z方向的位移U3定义为0，此外对于钢筋在本过程中只有z方向的移动，因此也要对其施加约束。网格划分：混凝土部件大致单元尺寸（Approximateglobalsize）设置为6，单元形状选择六面体，单元类型选择C3D8R；而对于钢筋部件，大致单元尺寸（Approximateglobalsize）设置为3，单元体形状也选择六面体，钢筋与混凝土粘结处的cohesive层其单元family属性应选择为cohesive，划分完成的网格模型如图5-2所示。图5-2钢筋混凝土模型网格划分示意图54 第五章钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟研究5.3.2数值模拟结果提交分析作业模块（job）之后我们便可以在可视化模块（Visualization）中观察到钢筋混凝土在拉拔模拟期间其应力云图以及对应的位移值、Mises等效应力等特征值的变化曲线。Mises应力即材料校核时的屈服应力，由第四强度理论换算所得。这里我们想要模拟出不同混凝土强度等级、钢筋锈蚀率以及钢筋直径等因素对钢筋混凝土拉拔过程中位移值、Mises等效应力等特征值的影响变化，可以通过改变模型参数来实现。（1）拉拔试验的破坏过程通过数值模拟结果，我们可以看到钢筋混凝土拉拔试验的过程，具体如图5-3所示。（a）初始时刻（b）开始加载时刻（c）发生相对滑移时刻（d）钢筋被拉出混凝土图5-3钢筋混凝土拉拔试验过程Mises应力云图从上图我们可以看见，钢筋在荷载集中力的作用之下，慢慢发生滑移，最终被拔出。（2）混凝土强度等级对拉拔特性的影响这里我选择了C30、C40、C50这三个不同强度等级的混凝土来模拟钢筋拉拔过程，由于钢筋与混凝土均设置为弹性体，因此只要改变材料参数的设置，其余变量均可保持一致。不同强度等级混凝土材料参数如表5.2所示。55 重庆交通大学硕士学位论文表5.2不同强度等级混凝土材料参数混凝土强度等级混凝土弹性模量(Pa)混凝土泊松比C303e100.2C403.25e100.2C503.45e100.2分别提交分析作业模块（Job），在后处理环节可以看到分析步当中钢筋混凝土的应力变化云图。其中C30的钢筋混凝土其钢筋的Mises等效应力、位移云图如图5-3所示，混凝土的Mises等效应力、位移剖面云图如图5-4所示。①应力云图②位移云图（a）开始加载时刻①应力云图②位移云图（b）荷载达到抗拉承载力一半56 第五章钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟研究①应力云图②位移云图（c）发生相对滑移时刻图5-4C30混凝土强度等级下钢筋的Mises等效应力、位移云图①应力云图②位移云图（a）开始加载①应力云图②位移云图（b）荷载达到抗拉承载力一半57 重庆交通大学硕士学位论文①应力云图②位移云图（c）发生相对滑移图5-5C30混凝土强度等级下混凝土的Mises等效应力、位移剖面云图分析以上云图数据可以发现，从集中力荷载逐渐加载时，钢筋与混凝土的粘结部分出现了应力变化。对于钢筋部分由于钢筋与混凝土粘结的前端由于在拉拔力的作用下发生了微小滑移，因此这一部分的应力、位移大小是逐渐朝加载端递减的，而钢筋与混凝土的粘结部分的Mises等效应力、则是越靠近加载端其应力值越大，并且随着加载端加载力的逐渐增大，其Mises等效应力值也逐渐增大，位移也随之增大；对于混凝土部分，很明显得看出钢筋与混凝土的粘结处其Mises等效应力最大，并且随着荷载的逐渐增加，其Mises等效应力值也逐渐增大，位移也随之增大。接着改变混凝土材料参数，模拟C40、C50混凝土其拉拔过程，应力云图的分布状况与C30类似，具体的各项特征值的大小如表5.3所示。表5.3不同混凝土强度等级试块其拉拔过程特征值参数表混凝土强度最大滑移值钢筋最大Mises应力混凝土最大Mises应力等级（mm）（MPa）（MPa）C303.2348.7636.63C403.1856.4641.85C503.1058.7336.88根据表中统计数据可以看出：随着混凝土强度等级的增加，钢筋的粘结部分的最大Mises等效应力也随之增加，而混凝土的最大Mises等效应力在混凝土强度等级为C40时最大，C30与C50强度等级影响下的混凝土最大Mises等效应力相差不大；随着混凝土强度等级的增加，钢筋混凝土发生滑移时的最大滑移值出现下降的状态，但其变化幅度并不大。58 第五章钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟研究（3）钢筋直径对拉拔特性的影响这里钢筋直径选取10mm、12mm以及14mm，混凝土强度等级选择C40，其他参数不变，只改变钢筋直径即可，12mm的钢筋混凝土其钢筋的Mises等效应力云图如图5-6所示，混凝土的Mises等效应力剖面云图如图5-7所示。①应力云图②位移云图（a）开始加载①应力云图②位移云图（b）荷载达到抗拉承载力一半59 重庆交通大学硕士学位论文①应力云图②位移云图（c）发生相对滑移图5-612mm的钢筋混凝土其钢筋的Mises等效应力、位移云图①应力云图②位移云图（a）开始加载①应力云图②位移云图（b）荷载达到抗拉承载力一半60 第五章钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟研究①应力云图②位移云图（c）发生相对滑移图5-712mm钢筋混凝土其混凝土的Mises等效应力、位移剖面云图根据以上云图的变化状况可以发现，随着加载端荷载逐渐变大，钢筋与混凝土的粘结部分出现应力、位移变化，并且最靠近加载端的粘结部分Mise等效应力、位移最大，离加载端越远，Mises等效应力、位移也随之慢慢减小；对于混凝土部分，也是里加载端最近的混凝土部分Mises等效应力、位移值最大，并且随着拉拔过程的进行，Mises等效应力、位移也慢慢增大。接着再依次建立直径为10mm、14mm的钢筋混凝土进行拉拔试验模拟，其Mises等效应力分布云图的变化状况及其类似，具体的各项特征值大小如表5.4所示。表5.4不同钢筋直径的钢筋混凝土拉拔试验特征值参数表钢筋直径钢筋最大Mises应力混凝土最大Mises应力最大滑移值（mm）（mm）（MPa）（MPa）103.1351.3739.98123.1856.4641.58143.1958.6342.31根据上表所显示的数据可以发现：随着钢筋直径的增加，钢筋的粘结部分的最大Mises等效应力也随之增加，而混凝土的最大Mises等效应力也呈现出增大的状况，但其变化幅度并不大；此外。钢筋混凝土的最大滑移值也随钢筋直径的增加而增大，但其变化幅度并不明显。（4）钢筋锈蚀率对拉拔特性的影响根据试验所得数据，我们这里选取未锈蚀、锈蚀率为2.8%以及锈蚀率为5.6%的钢筋混凝土来进行拉拔试验的模拟，由于要反应钢筋锈蚀率对试块的影响，这61 重庆交通大学硕士学位论文里钢筋的本构关系我们采用理想弹塑性模型，其屈服强度为实测屈服强度，而对于发生锈蚀的钢筋，为了准确反应其力学性能，我们在这里定义钢筋的名义屈服[51]强度来代替实际所测屈服强度，即ffysy11.077s（5.1）式中，fy为实测钢筋屈服强度，本次试验HPB235钢筋实测屈服强度为318MPa；为钢筋的锈蚀率。s接着我们根据试验所得数据来改变不同锈蚀率的钢筋所对应的Cohesive界面单元的临界应力参数即可。锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土试块其钢筋的Mises等效应力云图如图5-8所示，混凝土的Mises等效应力剖面云图如图5-9所示。①应力云图②位移云图（a）开始加载①应力云图②位移云图（b）荷载达到抗拉承载力一半62 第五章钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟研究①应力云图②位移云图（c）发生相对滑移图5-8锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土其钢筋的Mises等效应力、位移云图①应力云图②位移云图（a）开始加载①应力云图②位移云图（b）荷载达到抗拉承载力一半63 重庆交通大学硕士学位论文①应力云图②位移云图（c）发生相对滑移图5-9锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土其混凝土的Mises等效应力、位移剖面云图从以上云图的变化状况不难发现，随着加载端荷载逐渐变大，钢筋与混凝土的粘结部分出现明显应力变化，并且最靠近加载端的粘结部分Mise等效应力、位移最大，离加载端越远，Mises等效应力、位移也随之慢慢减小；对于混凝土部分，也是离加载端最近的混凝土部分Mises等效应力、位移值最大，并且随着拉拔过程的进行，Mises等效应力、位移也慢慢增大。而对于未锈蚀以及锈蚀率为5.6%的钢筋混凝土，其拉拔试验模拟所得Mises等效应力分布云图的变化状况及其类似，具体的各项特征值大小如表5.5所示。表5.5不同锈蚀率的钢筋混凝土拉拔试验特征值参数表钢筋锈蚀率最大滑移值钢筋最大Mises应力混凝土最大Mises应力（%）（mm）（MPa）（MPa）03.1856.4641.852.83.0776.0448.455.63.1269.5046.26由上表所展示的数据来看发现：随着钢筋锈蚀率的增加，钢筋的粘结部分的最大Mises应力出现先升高后下降的现象，当锈蚀率为2.8%时其Mises应力值最大；而混凝土的最大Mises应力也呈现出此种变化状况，锈蚀率为2.8%时混凝土的最大Mises应力最大；另一方面，当试块锈蚀率逐渐增加时，其最大滑移值的变化范围均在3-3.2mm内，变化幅度并不大。（5）拉拔试验与数值模拟结果比较64 第五章钢筋混凝土拉拔试验的数值模拟研究根据数值模拟的结果来看，其应力变化状况也侧面反映出了钢筋混凝土的粘结性能的变化状况，当钢筋的锈蚀率增加时，其Mises应力会先增大后减小，由此也间接反映出试块的粘结性能也是先增大后减小；而从试验结果来看，随着钢筋锈蚀率的增加，试块的抗拉承载力及其粘结性能也是先增大后减小，而这与数值模拟所得出的结论相符合。通过试验与数值模拟相比较可以总结得出：当钢筋发生锈蚀时，随着钢筋锈蚀率的增加，钢筋混凝土的粘结性能会先增大然后再减小；混凝土的强度等级越高，钢筋直径越大，试块的粘结性能越好；冻融循环次数越大，试块的粘结性能越差。5.4本章小结本章在现有试验的基础之上，以未锈蚀未冻融的钢筋混凝土为模型运用Abaqus软件来模拟其拉拔试验过程，分析其在不同混凝土强度等级、不同钢筋直径、不同钢筋锈蚀率的因素影响之下对钢筋混凝土试块拉拔过程中Mises等效应力、最大滑移值等特征量变化的影响。根据数值模拟所得结果来看，当试块的混凝土强度等级增加时，钢筋的最大Mises等效应力、位移也逐渐增大，最大滑移值虽然在逐渐减小但是变化幅度并不大；当钢筋的直径变大时，试块的最大Mises等效应力、位移逐渐增加，最大滑移值也出现一定幅度的增加；当钢筋发生锈蚀以后，试块Mises等效应力值呈现出先增大后减小的变化状况，在锈蚀率为2.8%的钢筋混凝土试块其Mises等效应力值最大，最大滑移值却最小，这与试验所得到的数据变化状况一致。65 重庆交通大学硕士学位论文第六章结论与展望6.1主要结论本文主要通过对钢筋混凝土试块进行拉拔试验，并且通过ABAQUS软件建立钢筋混凝土模型进行数值模拟研究，得到了以下主要结论：（1）钢筋混凝土试块在冻融循环作用的影响之下其内部的应力波传递波速会随着冻融循环次数的进一步增加而逐渐减小，不同锈蚀程度的钢筋混凝土其内部应力波传递波速的变化状况并不相同。随着钢筋锈蚀率的缓慢增加，试块的抗冻性能会先升高，再降低；（2）钢筋混凝土试块其极限抗拉承载力会随着冻融循环次数的进一步增加而慢慢降低，而不同锈蚀程度的钢筋混凝土试块其极限抗拉承载力变化状况也存在差异。随着钢筋锈蚀率的慢慢增加，试块的极限抗拉承载力也将有所上升，而当锈蚀率继续增加时试块的极限抗拉承载力便会降低；（3）钢筋混凝土试块其最大滑移值会随着冻融循环次数的进一步增加而逐渐降低，但对于锈蚀率不同的试块其最大滑移值的变化也有所不同；（4）经历过冻融循环的钢筋混凝土，其混凝土表面会变得极为不平整，并且随着冻融循环次数的增加，表面的不平整状态也越来越明显，试块受到的冻融损害也就越大，其最大抗拉承载力与最大滑移值也就越来越小；（5）经历过锈蚀处理的钢筋混凝土，其钢筋端会出现一定程度的锈蚀损伤，锈蚀程度越高，钢筋所受到的锈蚀损伤也就越高，试块所对应的极限抗拉承载力也会由此表现出一定程度的下降；（6）不同冻融循环次数下的钢筋混凝土试块其抗拉承载力与内部应力波传递波速有着良好的相关性。根据试验所得数据采取幂函数与指数函数进行拟合，其相关系数R均超过了0.9；（7）通过ABAQUS软件数值模拟发现钢筋混凝土试块其拉拔试验的应力云图、Mises等效应力以及最大滑移值等特征值的变化状况与试验所得结果极其类似，随着锈蚀率的增大，试块的粘结性能会先增大后减小；随着混凝土强度等级以及钢筋直径的增大，试块的粘结性能将会有所提高。6.2建议与展望本文主要研究的是不同锈蚀程度下的钢筋混凝土其抗冻耐久性的状况，由于试验方法以及试验条件的种种约束，依旧表现出许多不足之处。采用冲击回波法测量钢筋混凝土内部应力波波速很容易受到外界环境因素的干扰。虽然已在试验开始之前进行过滤波处理，但无法绝对保证试验进行时外界的干扰不会发生改变，而且在场地的限制之下，无法保证试验能处在绝对安静的66 第六章结论与展望环境中开展，此外由于在冻融后期试块的表面会出现坑洞，因此在敲击时也无法保证试块平面的光滑性，因此部分结果可能会存在问题。钢筋混凝土拉拔试验结果的准确性，主要取决于试验装置的加载系统以及抗拉承载力以及位移值量测系统的可靠性。本次试验是在万能试验机上进行的，由于夹具端无法对混凝土部分进行固定，因此在加载初期试块的抗拉承载力-位移曲线并非是直线型变化的，而加载时也无法保证钢筋处于绝对中间的位置，因此容易造成试验时加载方向并非是竖直的。锈蚀程度对钢筋混凝土抗拉性能的影响应该在多组对照试验的进行之下开展，最后得到数据进行分析总结，由于此次试验仪器所需夹具制作过程缓慢以及试验冻融周期过长的种种原因使得时间较为仓促，仅仅进行了三组对照试验，因此所得到的结论还需进一步验证。ABAQUS有限元软件是一款高精度的数值模拟软件，由于本次试验缺少经历冻融循环作用的混凝土本构模型因此并没有开展不同冻融循环次数影响下的钢筋混凝土拉拔试验模拟。由于本次试验的冻融循环时间较长，试验仪器的制造与设备方面的维修也耽误了很多时间，时间显得相对仓促，虽然本人已尽力地开展工作，但仍旧有许多工作有待完成。限于本人个人水平有限，对试验设计和数据分析难免存在不足之处，恳请各位学者专家批评指正。67 重庆交通大学硕士学位论文致谢时光冉冉，短短的研究生三年生活一晃而过，难忘的时光将永记于心。三年以来，我时时刻刻都在母校的怀抱中成长，收获甚多；同时老师与同学也给与了我诸多关怀，让我终身难忘。三年以来，我的导师董玉文副教授用其平易近人的态度、认真严谨的作风、渊博的学识深深影响着我，让我无论是在学习上亦或是生活上都受益匪浅。本篇论文是在董老师的亲子指导下进行的，无论是从最初论文选题的思路、试验的内容与流程、数值模拟的构造还是最终的论文修改，字里行间都透露着董老师的心血与汗水。在论文筹备之时，董老师给予了我丰富又具有创新的见解；开展试验之时，董老师也会及时观看，遇到任何困难也会提出有效的意见；整理论文之时，董老师也悉心指导，给予了无微不至的关怀。总之，董老师渊博的学识、丰富的经验、严谨的作风、和蔼的态度对我影响深远。所以借此机会我要再次向栽培我的董老师表示崇高的敬意以及深深的感谢，老师的崇高品德以及淳淳的教诲我将铭记于心。同时我也要感谢陈聪师兄、陆木秀师姐在研究生阶段给予我的各种关心与帮助；感谢秦瑶、余雪峰、王钢、卢海龙等师弟在我攻读硕士学位期间给予的帮助与支持；感谢同门彭亮等在硕士期间给予的帮助与关怀，让我的论文与试验的进展能够顺利进行。最后，我要衷心的感谢母校——重庆交通大学，是你为我塑造了一个学习成长的好环境；同时我也衷心的感谢所有的论文评审专家、教授！感谢你们在百忙之中能够抽出宝贵的时间来评阅我的论文并对此提出了珍贵的建议，祝愿你们身体健康，心想事成！68 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