[发明专利]一种钢筋锈胀引起混凝土开裂锈胀力的测量方法

说明书

本发明属于混凝土锈蚀技术领域，涉及一种钢筋锈胀引起混凝土开裂锈胀力的测量方法，基于数字图像相关方法拍摄钢筋混凝土表面变形，分析计算混凝土表面的全场位移及应变，通过建立完成的理论模型，找到锈胀力与混凝土表面应变的关系，计算出钢筋锈胀力并分析其变化规律；其方法简便，操作安全可靠，原理科学，成本低，能实时监测钢筋混凝土锈蚀膨胀过程中锈胀力的变化。

技术领域:

本发明属于混凝土锈蚀技术领域，涉及一种通过无损监测实现混凝土内钢筋锈蚀过程中锈胀力的测量方法，特别是一种钢筋锈胀引起混凝土开裂锈胀力的测量方法，采用数字图像相关方法，对钢筋混凝土表面的位移及应变等信息进行实时监测，并通过建立的理论模型推导出混凝土内部钢筋锈胀力，从而分析出钢筋在锈蚀过程中的锈胀力变化规律。

背景技术：

19世纪初期，钢筋混凝土材料在建筑领域引起了一场革命，越来越多的建筑物采用钢筋混凝土材料进行建造。钢筋有着良好的抗拉性能，混凝土则有着良好的抗压性和可塑性。并且两者具有优良的粘结性，使得混凝土和钢筋的结合成为可能。钢筋混凝土材料充分发挥了混凝土和钢筋的优点并弥补了对方的不足，钢筋嵌入混凝土中可以增加混凝土的抗拉强度和抗弯强度，混凝土则为钢筋提供碱性环境，防止钢筋发生腐蚀，混凝土保护层还能起到很好的隔热作用，能够有效的防止钢筋由于受热导致性能下降，这些特点使得钢筋混凝土材料成为工业和民用中最常见的建筑材料。混凝土水化物所形成的碱性环境以及钢筋表面存在的钝化膜能使钢筋免于腐蚀，因此一般认为钢筋混凝土结构不会因为自然原因发生锈蚀，导致混凝土保护层开裂。但是随着钢筋混凝土材料应用场景的增多，服役于沿海港口等湿润潮湿环境下的钢筋混凝土结构，受到氯盐侵蚀使混凝土产生的碱性环境失效、钢筋钝化膜破裂，导致钢筋发生锈蚀，最终钢筋锈蚀产物引起混凝土保护层开裂。因此近年来钢筋锈蚀问题受到了众多学者的广泛关注和重视，成为国内外研究者关心的热点话题。

目前针对钢筋锈胀力的研究，获取钢筋锈胀力的途径主要有三种方法：一是通过钢筋锈蚀产物厚度、混凝土碳化深度等钢筋混凝土结构内部数据获取锈胀力；二是在试件内部预埋仪器获得钢筋电流或应变的形式来计算锈胀力；三是通过建立模型获得开裂瞬时的锈胀力。但是这些现有方法不能实时监测锈胀力的变化，而且实施起来难度较大，成本也比较高。因此，亟待设计一种操作简单、成本低的由于钢筋锈胀引起混凝土开裂过程中锈胀力的测量方法。而数字图像相关方法(Digital Image Correlation，DIC)的非接触无损监测的特点，有效的弥补现有方法的不足，能够实时监测变化过程，使得无损监测混凝土开裂过程中的锈胀力成为一种可能。

发明内容：

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，试图提供一种简便、易操作的方法测量钢筋混凝土锈蚀膨胀过程中锈胀力的大小，基于数字图像相关方法拍摄钢筋混凝土表面变形，分析计算混凝土表面的全场位移及应变，通过建立完成的理论模型，找到锈胀力与混凝土表面应变的关系，计算出钢筋锈胀力并分析其变化规律。

为了实现上述目的，本发明测量钢筋混凝土锈蚀膨胀过程中锈胀力的具体步骤为：

(1)先将钢筋固定在100mm×100mm×300mm模具中间位置，同时将一根不锈钢钢筋作为电加速的电极使用，再浇筑搅拌好的混凝土，使钢筋的截面与混凝土的表面齐平后放到振动台上振动5min，静置24h后脱模并放入蒸汽养护室进行养护两个月得到混凝土试块，在制作好的混凝土试块两个侧面、底面和背面上黏贴应变片；

(2)配备两台CCD相机以及一台与相机相连接的电脑，其中CCD相机包括机身和镜头，调整好两台CCD相机的位置，使CCD相机正好拍摄到混凝土试块未黏贴应变片的正面和上表面，同时调整CCD相机镜头的焦距使镜头与混凝土试块的距离保持在合适范围内，以获得更清晰有效的图像；并减弱室内光强，外加一个光源，调节外加光源的光强使得混凝土试块表面散斑处于既不能过饱和又不能过暗，满足数字图像相关方法中对散斑的要求，混凝土试块完全由外加光源提供光线，以降低昼夜交替带来的光线强度影响；