銹蝕—鋼筋混凝土粘結性能研究進展

【摘要】整理了目前國內外關于銹蝕鋼筋混凝土粘結性能的研究，介紹了不同學者的研究內容，為以后進行這方面研究的學者提供了一定的參考。

【關鍵詞】鋼筋銹蝕；粘結性能

鋼筋混凝土結構目前在世界范圍內依然是很多工程的首選結構，這是由其諸多優良的性能決定的，其中最重要的就是鋼筋和混凝土之間優秀的粘結能力，正是因為它的存在才使得兩者協同工作成為了可能。混凝土結構的多孔性決定了它不能有效的阻隔有害離子進入，這些離子進入混凝土后接觸到剛筋發生一系列化學反應導致鋼筋生銹。鋼筋銹蝕不僅引起自身截面損失和力學性能退化，且銹蝕產物的體積膨脹為原來的2-4倍[1-4]，銹蝕產物不斷堆積對混凝土保護層產生向外的擠壓力從而導致保護層開裂，嚴重的危害了鋼筋混凝土結構的安全，特別是一些與水有接觸的構件安全隱患嚴重如圖1。目前國內外學者對于這方面已經進行了大量的研究，很有必要對目前的研究進行整理以便于開展更加符合實際工程的研究。

1、銹蝕鋼筋與混凝土粘結性能的研究現狀

目前國內外的學者已進行了很多關于銹蝕鋼筋-混凝土界面粘結性能的研究，Kemp[5]等人對銹蝕程度不同的RC構件進行粘結性能試驗，認為在一定范圍內的銹蝕對粘結性能是有利的，不會對試件的承載能力造成很大危害；Sulaimani[6]等人試驗研究了銹蝕率對鋼筋-混凝土粘結性能的影響，發現較小的銹蝕率（小于1%）對鋼筋-混凝土的粘結性能是有利的，但隨著銹蝕率的增加，粘結性能出現將出現顯著的退化；也就是說鋼筋的銹蝕率存在一個閾值，當銹蝕率超越該閾值后將破壞鋼筋-混凝土的粘結性能。Almusallam[7]等人通過對系列試驗數據分析提出這個銹蝕率的閾值小于4%。Rinaldi[4]等人進行更小銹蝕率下的鋼筋-混凝土粘結試驗研究，認為對粘結性能有利的銹蝕率閾值應為0.6%。可見現有研究共識是雖然微小的銹蝕率對粘結性能有利，但銹蝕率超越一定閾值后，鋼筋-混凝土的粘結性能將發生顯著退化。國內方面袁迎曙[8]等人對不同銹蝕率試件的粘結滑移曲線進行了研究并給出了退化模型。王小惠[9]利用彈性力學相關知識，理論上推導了銹蝕鋼筋-混凝土粘結強度模型。Fu[10]等人通過研究給出了影響銹蝕RC構件鋼筋-混凝土粘結性能的因素包括：銹蝕程度、保護層厚度、鋼筋直徑等，而實際工程中是存在環向約束的，那么研究環向約束對于RC構件銹蝕后粘結性能的影響是很有必要的。

2、環向約束下銹蝕鋼筋與混凝土粘結性能的研究現狀

目前學者對于有環向約束的RC銹蝕構件也進行了一些研究，Lee[11]等人研究了箍筋約束對銹蝕鋼筋-混凝土粘結性能的影響，發現箍筋約束使試件的破壞模式由混凝土脆性劈裂破壞變為了鋼筋延性拔出；Fang[12]等人研究發現箍筋約束對銹蝕光圓鋼筋-混凝土的粘結性能的改善要優于對銹蝕帶肋鋼筋-混凝土粘結性能的改善。另外目前碳纖維增強復合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics， CFRP）普遍應用于結構修補和加固，其對結構的也產生了環向約束力。Soudki[13]等人對CFRP約束下銹蝕鋼筋-混凝土粘結試件進行拔出試驗，研究結果發現CFRP約束有效提升了銹蝕鋼筋-混凝土的粘結強度，提高幅度與混凝土保護層厚度有關，且混凝土保護層厚度越小提升效果更顯著；Papakonstantinou[14]等人研究了CFRP約束水平對銹蝕鋼筋-混凝土粘結性能的影響，研究表明CFRP約束對高銹蝕率的鋼筋-混凝土粘結強度的提升效果更加明顯，有效地抑制了因鋼筋銹蝕而引起的粘結強度的退化，且CFRP約束水平對粘結試件的延性提升要顯著地優于對粘結強度的提升；代曉東[15]等人分別采用先加固后銹蝕、先銹后加固和直接銹蝕等方法研究了碳纖維加固對粘結性能的影響，得出CFRP加固可以顯著提高兩者粘結性能；鄧宗才[16]等人考慮保護層厚度、鋼筋種類以及CFRP約束等因素進行了拉拔試驗，發現CFRP約束會使的RC構件粘結破壞模式發生轉變，且兩者的粘結性能有顯著提高；張偉平[17]等人也通過試驗研究得出了CFRP約束可以提高銹蝕鋼筋-混凝土界面的粘結性能；張軍[18]細致的研究了不同銹蝕率有無CFRP作為環向約束試件的粘結強度變化，發現CFRP可以很大程度上提升銹蝕率對于試件有利的范圍。宋照樺[19]研究了持載用作對于銹蝕鋼筋混凝土結構的影響，發現有無CFRP約束呈現出不同的規律：約束下持載銹蝕對粘結強度是有利的，沒有約束時則是有害的。結構承受的荷載往往以動荷載為主，而動荷載對結構的影響顯然與靜荷載不同，在結構設計中尤其是抗震設計關于動荷載如何影響結構是十分重要的一部分。

3、銹蝕鋼筋與混凝土動力粘結特性研究現狀

目前國內外有一些學者對于這方面進行了研究，方從啟[20]對RC試件進行了鋼筋銹蝕對粘結性能的影響，得出了循環加載這種加載方式下的粘結-滑移曲線，指出較小的銹蝕率有助于減小反復荷載作用下的粘結損失的幅度；Kivel[21]等人對不同鋼筋銹蝕率的RC試件進行了循環加載，得出不同銹蝕率下變幅循環粘結滑移曲線，并以Eligehausen[22]的模型為基礎建立了考慮不同銹蝕率的有約束試件循環加載模型；Yankdevsky[23]等也曾提出了一個關于反復荷載下的粘結-滑移關系的數學模型；Alavi-Fard[24]等人研究了加載歷史、約束、鋼筋直徑在循環加載下的影響，發現循環位移的增加會損失更多的粘結強度、循環荷載并不影響粘結強度只要循環位移小于靜力加載最大荷載位移；楊淑雁[25]等人提出低周反復荷載下，不同銹蝕率RC構件考慮循環裂化的粘結滑移模型；周海俊[26，27]等人研究了有箍筋約束試件在循環荷載作用下，不同鋼筋銹蝕率對于鋼筋混凝土粘結性能的影響，發現銹蝕率對卸載剛度、循環耗能等都有影響。可以發現學者對于這方面的研究主要集中在銹蝕率這方面，也有學者對約束的影響進行了研究，而結構往往是承受著荷載發生鋼筋銹蝕，持載對結構動力性能又有怎樣的影響是很值得研究的。

4、展望

目前國內外對于銹蝕鋼筋對結構的影響已進行了諸多因素的研究，CFRP作為一種新型材料對于結構的改善有著顯著的作用，而進一步研究持載銹蝕如何影響CFRP加固結構動力粘結性能，其研究結果可以作為評估與改善在役鋼筋混凝土結構長期性能的科學依據，同時也可作為分析FRP加固在役混凝土結構的理論基礎。

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作者簡介：

黨雷俊（1991-），男，碩士生，主要從事CFRP約束銹蝕RC構件粘結性能研究。

基金項目：

深圳市戰略新興產業發展專項資金（項目號：JCYJ20150828155800601）