銹蝕鋼筋力學(xué)性能的試驗(yàn)研究

銹蝕鋼筋力學(xué)性能的試驗(yàn)研究

中國建筑科學(xué)研究院

徐有鄰一、前言二、試驗(yàn)方案三、鋼筋截面積的銹蝕損失四、銹蝕前后的鋼筋本構(gòu)關(guān)系五、銹蝕對(duì)鋼筋強(qiáng)度的影響六、銹蝕對(duì)鋼筋延性的影響七、工程結(jié)構(gòu)中銹蝕鋼筋的試驗(yàn)分析八、結(jié)論一、前言鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的耐久性問題。鋼筋銹蝕的發(fā)生過程：混凝土的碳化和鋼筋的脫鈍

鋼筋逐漸銹蝕

銹蝕發(fā)展而引起的銹脹

鋼筋性能及鋼筋與混凝土粘結(jié)錨固能力的退化

引起承載力降低及其它影響使用功能和結(jié)構(gòu)安全的問題。二、試驗(yàn)方案鋼筋試件：7種鋼筋，共31組試件。分別測(cè)定直徑、密度、截面積，屈服強(qiáng)度(fy)、抗拉強(qiáng)度(fb)及均勻伸長率(δgt)。具體見鋼筋試件表1。腐蝕環(huán)境：4%的鹽(NaCl)溶液中并加入少量鹽酸(HCl)以模擬氯離子(Cl－)及酸性介質(zhì)的腐蝕性環(huán)境

編號(hào)鋼筋類型試件數(shù)量公稱直徑(mm)實(shí)測(cè)直徑(mm)A熱軋光面HPB2359×4=366、8、10、126.27、7.92、9.62、11.73B熱軋帶肋HRB3359×4=3614、20、25、2813.67、19.61、24.50、27.63C熱軋帶肋HRB4009×9=816、8、10各三組5.95、7.84、9.84D冷軋帶肋LL5509×1=955.0E冷軋扭LZN5809×3=278、10、127.32、9.59、11.34F螺旋肋鋼絲1570級(jí)9×8=723、4、4.8、5、6、7、7、82.8、4.7、4.92、5.03、6.1、6.94、6.95、8.99G鋼絞線1860級(jí)9×2=188.6、12.78.74、13.35表1鋼筋試件總表二、試驗(yàn)方案量測(cè)及分析：在170d、213d、340d時(shí)分別取出部分試件進(jìn)行量測(cè)。工程調(diào)查：對(duì)已發(fā)生耐久性問題的實(shí)際混凝土結(jié)構(gòu)中的銹蝕鋼筋進(jìn)行研究。

三、鋼筋截面積的銹蝕損失銹蝕速度：

銹蝕鋼筋的截面損失率數(shù)值ψA(%)(表2)

銹蝕鋼筋面積減小(圖1)鋼筋類型的影響：熱軋鋼筋最耐銹蝕，而冷加工鋼筋及經(jīng)過熱處理的預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線銹蝕速度較快。鋼筋直徑的影響隨著直徑減小，銹蝕速度相對(duì)加快。編號(hào)鋼筋類型170d213d340dAHPB235-0.38-0.84-0.87BHRB335-0.30-0.54-0.50CHRB400-0.51-0.97-1.27DLL550-1.81-2.37-2.75ELZN580-0.42-1.43-2.28F螺旋肋鋼絲1570級(jí)-1.19-2.67-3.32G鋼絞線1860-0.27-1.62-2.19表2銹蝕鋼筋的截面損失率ψA(%)

圖1銹蝕鋼筋面積減小及強(qiáng)度降低四、銹蝕前后的鋼筋本構(gòu)關(guān)系熱軋鋼筋：對(duì)HRB400及HRB335影響不大，對(duì)HPB235影響較大。冷加工鋼筋：與無銹蝕狀態(tài)基本一致，本構(gòu)曲線略有波動(dòng)。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線：影響不大，曲線形狀基本不變。五、銹蝕對(duì)鋼筋強(qiáng)度的影響

銹蝕前后鋼筋強(qiáng)度的變化(表3)

銹蝕鋼筋強(qiáng)度降低(圖1)銹蝕后屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的降低有差別。銹蝕后強(qiáng)度降低的速度不均衡。與截面積損失的程度比較，強(qiáng)度降低速度相對(duì)較大。熱軋鋼筋強(qiáng)度降低數(shù)值相對(duì)不大，冷加工鋼筋及高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線強(qiáng)度降低較大。

編號(hào)鋼筋類型屈服強(qiáng)度(f

yR/fy0)抗拉強(qiáng)度(f

bR/fb0)170d213d340d170d213d340dAHPB2351.0351.0180.9531.0090.9970.973BHRB3351.0090.9991.0010.9941.0101.004CHRB4000.9940.9860.9780.9960.9960.969DLL5500.8520.9700.9560.8601.0100.940ELZN580———0.9800.9520.957F螺旋肋鋼絲1570級(jí)0.9660.9410.9090.9960.9730.915G鋼絞線1860級(jí)———0.9570.9760.970表3銹蝕前后鋼筋強(qiáng)度的變化六、銹蝕對(duì)鋼筋延性的影響

銹蝕前后鋼筋均勻伸長率相對(duì)變化(表4)

銹蝕后不同鋼筋的均勻伸長率降低(圖2)銹蝕對(duì)鋼筋延性的影響要比強(qiáng)度明顯得多。熱軋鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線延性損失的速度比較均衡，而冷加工鋼筋隨時(shí)間延性呈加速退化趨勢(shì)。熱軋鋼筋的延性損失較小，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線次之，而冷加工鋼筋最大。延性的損失實(shí)際更為嚴(yán)重(尤其是冷加工鋼筋)，應(yīng)引起廣泛注意

。

圖2銹蝕后均勻伸長率的降低編號(hào)鋼筋類型170d213d340dAHPB2350.7390.6760.755BHRB3350.9761.0480.884CHRB4000.9880.9270.786DLL5500.7040.7320.449ELZN5800.8660.9860.364F螺旋肋鋼絲1570級(jí)0.8500.5470.700G鋼絞線1860級(jí)0.9680.8730.885表4銹蝕前后鋼筋均勻伸長率相對(duì)變化(δgtR/δgt0)七、工程結(jié)構(gòu)中銹蝕鋼筋的試驗(yàn)分析試件取樣及試驗(yàn)方案從始建于上世紀(jì)六十年代某火電廠混凝土結(jié)構(gòu)中取出19根直徑d=14mm的HPB235級(jí)鋼筋，研究方案同前。截面的平均損失率ψA與承載面積減小率φA

統(tǒng)計(jì)各試件，在ψA>10%的嚴(yán)重銹蝕的條件下，兩者有以下近似的線性關(guān)系：

φA＝0.784ψA+0.225(γ=0.843)φA數(shù)值較小是由于銹蝕的不均勻性引起的。

七、工程結(jié)構(gòu)中銹蝕鋼筋的試驗(yàn)分析銹蝕對(duì)鋼筋本構(gòu)曲線的影響呈現(xiàn)出無預(yù)兆的脆性破壞特征。銹蝕對(duì)強(qiáng)度的影響

銹蝕對(duì)延性的影響

銹蝕對(duì)鋼筋延性的影響更甚于強(qiáng)度

八、結(jié)論腐蝕環(huán)境中鋼筋銹蝕對(duì)力學(xué)性能影響的主要原因?yàn)椋翰男缘母淖?、承載截面的削弱、銹坑引起的應(yīng)力集中。最早起作用的是腐蝕性介質(zhì)引起的鋼筋材性退化，銹蝕發(fā)展以后才逐漸疊加上截面削弱以及應(yīng)力集中的影響。

冷加工鋼筋及高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲對(duì)腐蝕環(huán)境的反應(yīng)比較敏感,熱軋鋼筋比較耐銹蝕。銹蝕后鋼筋強(qiáng)度降低的速度超過截面減小的速度，抗拉強(qiáng)度降低的速度超過屈服強(qiáng)度降低的速度。

八、結(jié)論由于銹蝕的不均勻性，鋼筋承載截面的減小遠(yuǎn)超過由稱重所測(cè)得的平均截面損失。

銹蝕對(duì)鋼