劣化混凝土的本构关系

劣化混凝土的本构关系

1，本构关系定义：反映物质宏观性质的数学模型，即应力张量与应变张量的关系。

2，本构关系主要模型：线弹性模型，非线性弹性模型，塑性理论模型及其他力学理论的本构模型。

（1）线弹性均质本构模型：当混凝土无裂缝时，可将混凝土视为线弹性均质材料。用广义胡克定律来描述本构关系。（2）非线弹性本构模型：属于经验型的，适用于单调加载和混凝土受压区处于非线性变形阶段。有两种形式，一是全量式应力应变关系，采用不断变化的割线模型；二是增量式应力应变模型，采用不断变化的切线模型

（3）经典塑性理论模型：主要为增量型塑性理论的混凝土本构关系？？

混凝土材料的典型非线性特性：（1），单边效应：在受拉和受压应力作用下材料的强度和变形特性明显不同。荷载反向后受拉裂缝闭合导致材料刚度全部或部分恢复。（2），峰值应力后存在明显的强度软化和刚度退化。（3），双轴受压应力状态时材料强度和延性明显增大，双轴拉压应力下受压强度降低（即所谓的拉压软化效应），(4),超过一定阀值后，完全卸载后存在不可恢复变形

混凝土的受伤破坏形态一般可分为3种：受拉损伤破坏，受剪损伤破坏以及高静水压力下的损伤破坏

受拉损伤破坏面由Ⅰ型张开裂缝发展而成；受剪损伤破坏由Ⅱ

型滑移裂缝发展形成；而压碎性破坏则是在高静压力水作用下

的材料组分破坏或者大量的剪切性裂缝贯通构成，没有明显的

破坏面

劣化原理和相关机理

混凝土耐久性的概念：指混凝土在自然环境，使用环境和混凝土内部因素的作用下，保持其自身工作能力的一种特性，或者说结构在使用寿命年限内抵抗外部环境和内部所产生的侵蚀破坏的能力

一，劣化内因

混凝土的组成和结构存在导致混凝土性能劣化的不利因素。（一），组成因素，1，水泥中的有害组分是可溶性氯盐和碱。国家标准虽然有明确的规定，但是，由于原材料中带有的部分不能避免，另外还有一些人为的因素，导致水泥中有过量的氯盐和碱。2，粗骨料：有些地方存在一些活性骨料，活性骨料和碱发生反应,混凝土结构出现开裂现象,导致混凝土内部结构破坏.我国至今没有骨料的普查报告，使用时又不预先检测,给混凝土的长期性能埋下了很大的隐患.破坏原理: R2O+SiO2=R2SiO3。碱—骨料反应的破坏是长期的,不可逆转的,破坏后的混凝土性能是不能恢复的。3、有些外加剂中有碱存在,如低浓萘系减水剂中有20%左右的Na2SO4.防冻剂中存在氯盐及硝酸盐.(生产要求和性能要求产生矛盾,对立的矛盾如何统一?)。氯盐的破坏原理:氯盐腐蚀钢筋,

在钢筋表面发生电化学反应,这个反应也是长期的,连续的.

（二）结构方面的因素

1、早期开裂，第一道保护屏障被破坏,外界有害组分极易

进入结构内部.

2、渗透，混凝土的抗渗性能差。原因：水灰比太高，界面

结构比较薄弱，有渗透通道。

二，外因

（一）外因导致的混凝土的破坏形式

结构完好的混凝土受外界环境因素影响导致混凝土基体破坏的形式有：冻融破坏，硫酸盐侵蚀破坏，钢筋的锈蚀破坏，外力的破坏

三，综合因素：混凝土结构的破坏，单一因素的破坏比较少，多数都是综合作用的结果。只是在不同的环境下，主要因素和次要因素的破坏作用表现不同而已。

具体破坏因素:(1),碱与混凝土反应生成碱性硅酸，碱性硅酸会吸收混凝土中的水分而膨胀，造成混凝土劣化破裂，反应式为：SiO2+2NaOH+8H2O→Na2H2SiO4.8H2O（碱性硅酸）

（2），盐害，化学侵蚀，碱性反应实例：盐害和化学侵蚀通常是水化后的固化物中存在着的游离氢氧化钙，硅酸钙和铝酸钙的水化物，他们中的氧化钙与酸性介质反应生成可溶性盐，结晶后体积膨大；而与强碱介质氢氧化钠反应生成胶结力弱的氢氧化钙和易溶于碱液中的硅酸钠，偏铝酸钠，他们与碱液反应生成易溶于水的盐类。混凝土

和水泥砂浆都是多孔材料，所以极容易渗入侵蚀性介质或吸湿的侵蚀性粉末。当氧化钠，硫酸钠，氯化铵，尿素等侵入后。在空隙内结晶成固体盐，渗入的可溶性碱于空气中的CO2作用，生成含10个结晶水的硫酸钠，其反应式如下所示。

NaOH+CO2→Na2CO3+10H2O

H2SO4+Ca(OH)2→CaSO4+2H2O

上述介质渗入混凝土后生成的结晶物质，体积膨胀，产生内应力，使混凝土及水泥砂浆开裂，疏松，脱落而破坏或出现麻面等。其中氮厂盐害，化学侵蚀，油侵蚀和冻害都会造成混凝土的破坏。

设计合理的混凝土配比

问题：钢筋混凝土的锈蚀会对结构的受力性能造成不良影响，因此可以考虑用新型材料来替代钢筋，或者使钢筋能够更加禁受硫酸盐等腐蚀液体和不良气候的影响．当然也可以从阻止或延缓侵蚀源的角度出发，但是由于环境是固定的，不知道可不可行。（可以通过电化学方法提高结构的抗侵蚀性能??不明白是什么东西）当混凝土完好时，由于混凝土性能稳定且具有高碱性，在钢筋表面会形成一层钝化膜从而使钢筋处于钝化状态，不易受到环境腐蚀。但是若钢筋混凝土的构件长期暴露于具有腐蚀介质的恶劣环境中，结构的使用寿命将会明显缩短。钢筋锈蚀和混凝土劣化是影响钢筋混凝土耐久性的主要因素

前者的方法

(1),采用高性能的混凝土：通过掺杂火山灰质材料微硅粉，磨细矿

渣或粉煤灰，使氯离子在混凝土中的渗透速率下降，混凝土电阻率增加，从而延迟开始腐蚀的时间和降低腐蚀的速率。其中超细材料微硅粉在混凝土中能够有效降低空隙尺寸和阻断毛细孔，因此能够大幅度的提高混凝土的抗掺性，降低氯离子渗透对混凝土的危害吗。采用抗渗防水混凝土，聚合物混凝土或掺入钢筋阻锈剂以对钢筋进行防护。在混凝土拌合物中直接加入钢筋阻锈剂，在钢筋表面形成保护膜来抑制电化学反应。高性能混凝土对钢筋有良好的保护作用且耐久性良好，因此采用高性能混凝土是实际工程中的首选方案。

（2），设表面涂层（具体过程不再赘述，参考钢筋混凝土桥梁的腐蚀研究和防护，作者曾志强）