摘 ?要：本文提出一種基于數(shù)字圖像相關(guān)方法（Digital Image Correlation Method，DIC）的測量手段用于直接獲取鋼筋混凝土試件中鋼筋銹蝕產(chǎn)生的膨脹力。在鋼筋混凝土試件外表面貼應(yīng)變片，同時開展光測試驗，利用CCD相機采集電加速鋼筋銹蝕過程中混凝土表面變形，計算鋼筋銹蝕膨脹力，并與應(yīng)變片測量結(jié)果進行對比。試驗表明，在鋼筋混凝土試件開裂前，使用數(shù)字圖像相關(guān)方法獲得得到的膨脹力與應(yīng)變片測量結(jié)果吻合度較好。因而，該方法為鋼筋銹蝕產(chǎn)生的膨脹力測量提供了新途徑。

關(guān)鍵詞：鋼筋銹蝕;銹脹力;數(shù)字圖像相關(guān)方法

中圖分類號：TP391.41 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）12-0162-03

Abstract：This paper proposes a digital image correlation method （DIC） based measurement method for directly obtaining the expansion force of steel corrosion in reinforced concrete specimens. The strain gauge was attached to the outer surface of the reinforced concrete specimen，and the light test was carried out at the same time. The CCD camera was used to collect the deformation of the concrete surface during the accelerated corrosion of the steel，and the rust expansion force of the steel was calculated and compared with the measurement results of the strain gauge. The test shows that before the cracking of the reinforced concrete specimen，the expansion force obtained by the digital image correlation method is in good agreement with the measurement results of the strain gauge. Thus，this method provides a new way to measure the expansion force generated by steel corrosion.

Keywords：reinforcement corrosion;rust expansion force;digital image correlation method

0 ?引 ?言

處于海洋環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)容易受到氯離子的侵蝕[1]，鋼筋產(chǎn)生的銹蝕物體積比原有鋼筋體積要大得多，使得混凝土保護層受拉破壞。影響結(jié)構(gòu)物的耐久性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的承載能力下降。

眾多國內(nèi)外學者就鋼筋銹蝕引起混凝土脹裂變化規(guī)律進行了研究，其中Bazan[2]根據(jù)鋼筋銹蝕理論的物理模型，由靜力平衡條件計算混凝土開裂時鋼筋膨脹的銹蝕力。李俊[3]等人使用光纖光柵法檢測銹蝕過程。王名杏[4]使用數(shù)值模擬的方法分析鋼筋銹蝕的膨脹力。王明斌[5]等人運用疊加原理和復(fù)勢理論的級數(shù)展開技術(shù)，獲得混凝土環(huán)向應(yīng)力的解答。王顯利[6]等人在分析混凝土開裂時，運用混凝土斷裂理論，通過斷裂韌度與最大荷載的關(guān)系預(yù)測臨界膨脹力。Malumbela等人[7]考慮鋼筋不均勻銹蝕的情況，建立了鋼筋銹蝕程度與混凝土表面應(yīng)變之間的關(guān)系模型。趙羽習[8]等人運用彈性力學的方法，建立了鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土保護層開裂時的力學模型。

對于鋼筋銹蝕產(chǎn)生膨脹力的監(jiān)測，眾多學者使用理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬、試驗監(jiān)測等方法進行研究，取得了可喜的進展。但也存在許多不足。例如，光纖光柵法檢測銹蝕需要將整個傳感器埋設(shè)在所要監(jiān)測的鋼筋周圍，且該方法主要適用于鋼筋早期銹蝕過程的監(jiān)測。為了更加精確、全面地對鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土脹裂全過程中的應(yīng)力應(yīng)變場進行監(jiān)測，本文運用數(shù)字圖像相關(guān)方法，通過混凝土表面的應(yīng)變進行鋼筋膨脹力的計算。

1 ?DIC試驗

1.1 ?數(shù)字圖像相關(guān)方法原理

1.2 ?混凝土試塊及試驗器材

混凝土中的鋼筋采用長度為60mm、直徑為10mm的光圓鋼筋，先經(jīng)過除銹處理，然后用保鮮膜包裹中間部分，鋼筋一段綁扎電線，兩端用環(huán)氧樹脂封閉防止養(yǎng)護期間生銹。澆筑混凝土時，去掉保鮮膜?；炷链止橇蠟槭樱韬纤疄楹Ｋ?，配合比為水泥：石子：水=470：715：1000，試件尺寸為50mm×50mm×50mm。同時在混凝土中埋入不銹鋼作為輔助電極，如圖1所示。CCD相機采用德國Basler產(chǎn)品（scA1600-14fm）CCD工業(yè)相機。

1.3 ?試驗過程

按上述方法制成混凝土試件，標準養(yǎng)護至28d后，在混凝土表面黏貼應(yīng)變片，并噴涂人工散斑。試驗采用30V恒壓，加速混凝土中鋼筋的銹蝕速度[9]。使用應(yīng)變采集儀定時采集應(yīng)變，同時使用CCD相機定時采集混凝土表面圖像，如圖2所示。直到試件表面出現(xiàn)0.1mm寬裂紋時，停止通電。

2 ?鋼筋銹蝕產(chǎn)生的膨脹力分析

2.1 ?理論分析

對比圖6和圖7，不難發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)觀測點，使用數(shù)字圖像相關(guān)方法測量和使用傳統(tǒng)應(yīng)變片測量，兩者結(jié)果趨勢相近。由于觀測點2是混凝土裂縫產(chǎn)生的位置，因而當應(yīng)變過大時，應(yīng)變片無法繼續(xù)測量混凝土表面的應(yīng)變，這時候數(shù)字圖像相關(guān)方法的優(yōu)勢便顯示出來了。

3 ?結(jié) ?論

使用數(shù)字圖像相關(guān)方法測量混凝土中鋼筋產(chǎn)生的膨脹力是可行的，而且相比應(yīng)變片測量，能夠全場測量，并且能夠根據(jù)混凝土銹蝕過程中混凝土表面應(yīng)力應(yīng)變的變化預(yù)測裂縫位置。

參考文獻：

[1] 趙暢.海洋環(huán)境下高性能混凝土耐久性試驗研究 [D].大連：大連理工大學，2010.

[2] Bazan Z P. Physical model for steel corrosion in Concrete sea structures-Application [J].Journal of Structural Division，1979，105（ST6）：1155-1166.

[3] 李俊，吳瑾.鋼筋銹蝕的光纖光柵監(jiān)測 [J].南京航空航天大學學報，2008（3）：395-398.

[4] 王名杏.混凝土中鋼筋銹蝕膨脹的應(yīng)力分析 [J].福建建材，2004（4）：19-21.

[5] 王明斌，李術(shù)才.雙向應(yīng)力加載條件下鋼筋銹蝕致混凝土破壞應(yīng)力分析 [J].水利學報，2008（2）：224-229+234.

[6] 王顯利，鄭建軍，吳智敏.鋼筋臨界銹脹力預(yù)測的斷裂模型 [J].水力發(fā)電，2007（2）：49-52.

[7] Malumbela，Goitseone，Alexander，etal. Model for cover cracking of RC beams due to partial surface steel corrosion [J].Construction and Building Materials，2011，25（2）：987-991.

[8] 趙羽習，金偉良.鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土構(gòu)件保護層脹裂的全過程分析 [J].水利學報，2005（8）：939-945.

[9] 盧明.混凝土抗氯離子性能電加速試驗方法改進研究 [D].廣州：華南理工大學，2011.

作者簡介：郭鵬飛（1991.12-），男，漢族，山東平度人，碩士，主要研究方向：工程力學。