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6 低温建筑技术 2 0 1 2年第 1 1期( 总第 1 7 3期) 锈蚀对钢筋与混凝土粘 结性能的影响 仲济波 ( 镇江市工程勘察设计研究院 江苏镇江2 1 2 0 0 0) 【 摘要】 采用钢筋混凝土结构最常用 的变形肋钢筋和光 圆钢筋进行拔 出试验， 钢筋的锈蚀率为 0 1 2 2 ， 钢筋锈蚀采用电化学加速锈蚀方法 ， 研究了钢筋表面形状和锈蚀率对粘结力的影响， 试验结果表明： 在低 锈蚀率时， 两种类型钢筋与混凝土的粘结力有所提高， 随着锈蚀率的增加， 钢筋的粘结力急剧下降； 变形肋钢筋试 件的破坏模式均为劈裂破坏， 光圆钢筋在无锈蚀和较高锈蚀率时， 发生钢筋拔出破坏， 在低锈蚀率时， 发生劈裂 破坏 。 【 关键词】 钢筋混凝土； 劈裂破坏 ； 锈蚀； 粘结力 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 l 一 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 1 一 o 0 o 6 0 2 钢筋与混凝土的粘结力是其能够共同工作的关 键点， 但是钢筋混凝土结构在其使用过程中， 混凝土 中钢筋容易发生锈蚀， 钢筋锈蚀使得钢筋截面减小， 降低 了钢筋的力学性能 ， 钢筋表面产生的锈蚀产物 ， 其体积是原来的2 6 倍 ， 使得钢筋周围混凝土产生环 向拉应力， 随着钢筋锈蚀率的增加， 混凝土保护层产 生顺筋裂 缝， 从 而降低 钢筋 与混凝 土间 的粘结 强 度 。 。混凝土对钢筋的摩擦力减小， 因此降低 了钢 筋混凝土结构的承载力和使用寿命 ， 例如北京西直门 立交桥 1 9 8 0年建成通车， 使用一段时间后 ， 保护层剥 落露筋 ， 钢筋严重锈蚀 ， 其主要原 因为冬季为清除冰 雪而撒的除冰盐和盐水， 使得氯离子有机会渗透到混 凝土中， 使得钢筋严重锈蚀 ， 因为损伤严重， 危及安 全， 于 1 9 9 9年不得已拆除重建， 使用不到 2 0年； 同样 近海钢筋混凝 土结 构长期受 到氯离 子侵蚀 ， 混 凝土保 护层开裂、 钢筋锈蚀等现象普遍非常严重， 锈蚀钢筋 与混凝 土的粘 结力 是评 估锈 蚀钢 筋混 凝 土结 构承 载 力的关键 。 。 由于光面钢筋和变形钢筋是现在钢筋混凝 土结 构 最 常用 的钢筋 形 式 ， 并 且其 表面形 状不 同 ， 文 中通 过电化学加速锈蚀方法对钢筋进行锈蚀 ， 对不同锈蚀 率的钢筋与混凝 土进行拔 出试验 ， 钢筋采 用变 形肋钢 筋和光圆钢筋两种 ， 研究了不同锈蚀率对不同钢筋的 粘结力的影响， 为目前钢筋混凝土结构的耐久性评估 和鉴定提供依据。 1 试 验概况 1 1 试验试件 试件采用混凝土材料为3 2 5级普通硅酸盐水泥、 天然 中砂 和粒径 小 于 2 0 m m 的碎石 ， 试 件采 用混凝 土 长方体试件 ， 试件尺寸为 1 5 0 m m 1 0 0 ra m1 0 0 m m， 将 直径为 1 6 m m的钢筋浇筑于长方体的中心位置 ， 钢筋 采用变 形 肋 钢 筋 和 光 圆钢 筋 ， 钢筋 设 计 粘 结 长 度 为 5 0 m m， 钢筋无粘结部分均用环氧树脂涂层 ， 避免其发 生钢筋锈蚀， 在试件的两端位置， 采取塑料套管包裹 钢筋， 模拟无粘结段， 试件的具体尺寸如图 1 所示 ， 混 凝土配合 比为水泥： 水： 砂： 石 =1 ： 0 4 4 ： 1 2 7 ： 2 7 0 ， 混 凝土浇筑时， 掺加 1 水泥质量的氯化钠， 并预留混凝 土立方体试件， 标准养护2 8 d后， 实测混凝土立方体平 均抗压强度为 3 3 5 MP a 。 图1 试件尺寸( mm) l 0 O 1 2 钢筋锈蚀 实 际钢筋混 凝 土工程 中， 钢筋 锈 蚀速 度很 慢 ， 为 了达到较高的钢筋锈蚀率， 需要数年的时间， 为了在 较短时问内获得期望的钢筋腐蚀率， 实验室通常采用 电化学加速锈蚀的方法进行钢筋锈蚀 ， 钢筋的理论锈 蚀率设定为0 ， 3 ， 6 ， 9 和 1 5 ， 采用法拉第定 律进行计算， 如式 ( 1 ) 所示， 钢筋在通电锈蚀前 ， 将钢 筋混凝土试件放人 5 的氯化钠溶液 中 1 d ， 使得氯化 钠溶液能够渗透到钢筋表面， 将试件中的钢筋用导线 与恒流电源的阳极相连， 而恒流电源的阴极则与溶液 中的铜片相连， 通过氯化钠溶液形成回路 ， 使阳极的 钢筋发生锈蚀 。 m=( A ， f ) Z F ( 1 ) 式 中， m为 阳极金属 的质量损 失 ， g ； M 为铁 的摩 尔质量， 5 6 g m o l ； ， 为锈蚀 电流强度， A； t 为锈蚀持续 时间 ， s ； z 为 阳极 反应 电极化 学价 ( 铁 为 +2 ) ； F为法 T 1 仲济波 ： 锈蚀对钢筋与混凝土粘 结性 能的影响 7 拉第常数 ( 9 6 5 0 0 ) 。 试件加载完成后， 将钢筋从试件中取 出， 先将钢 筋用 1 2 盐酸溶液进行酸洗 ， 经清水冲洗干净后， 用 石灰水 中和， 并再用清水冲洗干净并烘干 ， 然后精确 称取钢筋的重量， 钢筋的实际锈蚀率按照锈蚀前后钢 筋的质量损失率计算。 = ( r r t 0 一 m ) m 0 X 1 0 0 式中， 为钢筋锈蚀率； m 。 和 m。 分别为钢筋锈蚀 前后的重量 。 1 3 试件加载 采用万能试验机 M T S 8 8 0对试件进行加载， 加载 全程采用位移控制方法， 加载速度为0 2 m m s ， 设计专 门的加载框架结构 ， 在钢筋的自由端设置位移计 ， 荷 载值和位移值通过数据采集系统 自动记录和保存。 2试 验结果与讨 论 2 1 粘结滑移关 系 4 o 3 2 堇2 4 1 6 8 O O l 2 3 4 5 6 7 8 位移 tar a 图2 光 圆钢筋试件粘结滑移 光圆钢筋由于锈蚀在其表面形成锈坑， 从而改变 钢筋的表面状况特征 ， 增大了光圆钢筋与混凝土的摩 擦力， 研究表明钢筋锈蚀将可能提高摩擦系数至初始 值的 2 3倍， 钢筋与混凝土的粘结力提高 ， 如图 2所 示， 锈蚀率为 2 3 时， 粘结显著提高， 而后 随着锈蚀 率的增加 ， 其粘结力逐渐降低 ， 对于钢筋无锈蚀和锈 蚀率大于 4 8 的试件 ， 其粘结滑移曲线的下降阶段 较为平缓 ， 发生钢筋拔出破坏 ， 而锈蚀率为 4 8 时， 存在较大的下降段 ， 钢筋发生劈裂破坏。 Z 褥 枢 4 o 3 2 2 4 l 6 8 O 0 l 2 3 4 5 6 7 8 位移 r a m 图3 变形钢筋试件粘结滑移 变形钢筋由于钢筋锈蚀 ， 增加了混凝土对钢筋的 握裹力， 当钢筋锈蚀率为 2 1 时， 钢筋与混凝土的粘 结强度会有所增加， 如图3所示， 随着钢筋锈蚀率的增 加， 粘结力逐渐下降； 粘结滑移曲线均存在明显 的下 降段， 发生劈裂破坏。 2 2 破坏模 式 变形肋与混凝土的粘结力主要是变形肋与混凝 土的机械咬合力， 在钢筋拔出过程中， 变形肋对周围 混凝土产生斜向挤压力， 斜向挤压力使得混凝土中产 生环向拉力， 当拉力超过混凝土的抗拉强度时， 混凝 土保护层产生劈裂裂缝； 当钢筋发生锈蚀使得混凝土 保护层产生裂缝时， 那么钢筋拔出过程中， 将在裂缝 处发生劈裂破坏。 光圆钢筋与混凝土粘结力主要是表面的不平整 与混凝土的摩擦力 ， 对于无锈蚀的光圆钢筋发生拔出 破坏； 对于锈蚀率较低的钢筋， 对于锈蚀率较小的试 件， 钢筋锈蚀产生的锈层增加了钢筋与混凝土间的粘 结力 ， 同时锈蚀钢筋周围的混凝土产生微裂缝， 使其 粘结类似于变形钢筋试件， 在钢筋拔出过程 中， 发生 劈裂破坏 ； 对于锈蚀率较大的光圆钢筋试件， 由于试 件的混凝土保护层已经开裂， 同时钢筋的截面积减小 较多， 混凝土对钢筋的握裹力较小， 钢筋与混凝土的 粘结力较低， 钢筋发生拔出破坏。 3结语 ( 1 ) 由于光面钢筋锈蚀以后， 钢筋与混凝土间 的摩擦力增加 ， 提高了其粘结强度 ， 随着锈蚀的增加 ， 当混凝土保护层开裂以后 ， 粘结力急剧降低。 ( 2 ) 当变形钢筋锈蚀率低于 2 1 时， 钢筋与混 凝土的粘结力显著提高， 随着锈蚀率的增加， 其粘结 力逐渐降低 。 ( 3 ) 光面钢 筋在 无锈 蚀 和锈蚀 率较大 时 ， 均 发 生钢筋拔出破坏， 当钢筋锈蚀率为4 8 时， 发生混凝 土劈裂破坏； 而变形肋钢筋与混凝土均发生劈裂破坏。 参考文献 1 L i u Y ，We y e r s R M o d e l i n g t h e t i m e t o c o r r o s i o n c r a c k i n g i n c h l o r i d e c o n t a m i n a t e d r e i l e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s J A C I Ma t e r J ， 1 9 9 8， 9 5( 6 ) ： 6 7 56 8 1 2 We y e r s R E S e r v i c e l i f e mo d s f o r c o n c r e t e s t r u c t u r e i n c Mo fi d e e n v i r o n m e n t s J AC I Ma t e r J ， 1 9 9 8， 9 5 ( 4) ： 4 4 54 5 3 3 金伟良， 赵羽习混凝土结构耐久性 M 北京： 科学出版 社 ， 2 0 0 2 4 牛荻涛 混凝土结构耐久性与寿命预测 M 北京： 科学出版 社 ， 2 0 0 3 5 袁迎曙， 余索， 贾福萍 锈蚀钢筋混凝土的粘结性能退化的试 验研究 J 工业建筑， 1 9 9 9 ( 1 1 ) ： 4 7 5 0 收稿日期】 2 0 1 2 0 5 2 9 作者简介】 仲济波( 1 9 7 7 一) ， 男 ， 江苏镇江人， 工程师， 研究 方向： 钢筋混凝土结构设计与加固。