銹蝕鋼筋混凝土試件的粘結性能退化研究

徐亞楠

摘要：鋼筋混凝土中的鋼筋銹蝕后會引起混凝土保護層的開裂甚至剝落，鋼筋的有效承載面積減小，鋼筋與混凝土之間的粘結力下降等問題，最終導致構件的承載性能退化。鋼筋與混凝土之間的粘結力是兩者協調變形、共同工作的基礎，粘結力下降對構件的承載性能影響較大，因此對銹蝕鋼筋混凝土試件的粘結性能進行研究具有重大意義。本文主要按照有橫向約束對銹蝕帶肋/光圓主筋的粘結性能退化研究現狀進行介紹，并總結帶肋鋼筋、光圓鋼筋粘結強度特點以及銹蝕后粘結性能變化特點。

關鍵詞：鋼筋混凝土;鋼筋銹蝕;橫向約束;粘結性能

1銹蝕主筋粘結性能退化特點

1.1銹蝕帶肋主筋粘結性能退化

帶肋鋼筋具有較好的錨固性能，以及與混凝土之間的協調變形能力，因此在大部分結構中作為主要受力鋼筋，帶肋鋼筋與混凝土之間的粘結強度主要為橫肋與混凝土之間的機械咬合力。隨著時間的推移，結構中的鋼筋會發生銹蝕，從而影響結構的承載性能。對于帶肋鋼筋而言，鋼筋銹蝕后將會引起混凝土保護層的開裂甚至剝落，填充在粘結界面的銹蝕產物將會降低鋼筋與混凝土之間的摩擦系數，更為重要的是鋼筋橫肋遭到破壞，這些都會引起鋼筋與混凝土之間的粘結力下降。

1.2銹蝕光圓主筋粘結性能退化

光圓鋼筋與帶肋鋼筋在粘結機理上有很大不同，對于光圓鋼筋而言，粘結強度主要由摩擦力組成，其與混凝土之間的粘結強度要弱于帶肋鋼筋。在鋼筋混凝土承重結構中常用帶肋鋼筋作為主要受力鋼筋，光圓鋼筋作為箍筋使用。統計結果表明，發生輕微銹蝕的鋼筋試件粘結強度略大于完好試件，這也間接的表明光圓鋼筋發生輕微銹蝕可能有利于其粘結強度的發展。

2橫向約束下銹蝕鋼筋粘結性能退化研究現狀

影響鋼筋與混凝土粘結強度的因素有很多：混凝土的強度和組成成分;鋼筋的直徑和外貌特征;鋼筋位置、受力方向與澆筑方向;保護層厚度及鋼筋凈距;鋼筋埋長;橫向箍筋;橫向壓應力;鋼筋銹蝕等[1]。本文主要考慮鋼筋的外貌特征、橫向箍筋以及銹蝕率的影響。

2.1橫向約束下對銹蝕帶肋主筋粘結性能退化研究現狀

張小林[2]通過中心撥出試驗研究了混凝土強度、銹蝕率對粘結強度的影響，得出：在低銹蝕率的情況下（主筋銹蝕率大約為3.6%），混凝土強度越低，峰值粘結應力上升的幅度越大，當銹蝕率大于3.6%時，兩種混凝土強度試件的峰值粘結應力下降的幅度相差不大。Congqi Fang等[3]通過中心撥出試驗和有限元分析研究了不同銹蝕程度下的鋼筋對其粘結性能的影響，并比較了兩者的結果，得出：對于有橫向箍筋約束的帶肋鋼筋，低銹蝕率（約4%）的腐蝕對粘結強度沒有實質性的影響，但當銹蝕率增加到6%左右時，粘結強度大幅度降低。Yuxi Zhao等[4]通過對普通混凝土和再生混凝土試件進行中心拔出試驗，得出：粘結強度隨著銹蝕率的增大呈現出先增大后減小趨勢，但在同一銹蝕率下正常混凝土試件的平均粘結強度要高于再生混凝土。Congqi Fang等[5]通過對不同銹蝕率的試件進行中心拔出試驗，得出：在低銹蝕率下隨著銹蝕率的增大，鋼筋的粘結強度沒有明顯的下降，銹蝕率為6.0%的試件相比完好試件粘結強度僅下降了12%。肖小瓊[6]通過單拔和循環加載拔出試驗研究了銹蝕鋼筋的粘結強度隨銹蝕率的變化，并從單拔試驗結果中建立了銹蝕鋼筋混凝土的粘結滑移本構關系。蔣連接等[7]通過用人工氣候環境加速混凝土內鋼筋銹蝕的方法，分析了鋼筋銹蝕程度、箍筋約束等對銹蝕鋼筋與混凝土粘結性能的影響。得出：隨著鋼筋銹蝕程度的增加，粘結強度先略有提高而后下降，箍筋約束對試件的粘結性能影響很大。

2.2有橫向約束下銹蝕光圓主筋粘結性能退化研究

Congqi Fan等[8]通過對銹蝕試件進行循環加載拔出試驗發現：在循環荷載作用下，粘結強度顯著降低，尤其是在較高銹蝕率水平下，粘結強度在加載的前5個循環中降低較多。陳留國等[9]通過不同銹蝕率下的中心拔出試驗發現：配有箍筋的銹蝕光圓鋼筋試件其粘結強度要高于無配箍試件，且拔出時沒有新增裂縫，破壞形態均為徐徐拔出。宋立等[10]進行了銹蝕試件的中心拔出試驗，考慮了不同水灰比和銹蝕率的影響，得出：銹蝕鋼筋與混凝土之間的粘結力隨著水灰比的增大而減小，銹蝕程度大的鋼筋粘結力降低。Congqi Fang等[5]進行了有橫向箍筋約束的銹蝕光圓鋼筋研究，得出：在較低的銹蝕程度下，粘結強度隨著銹蝕水平的增加而增加。即使在大于5%的腐蝕水平下，也可以觀察到粘結強度的增加。

3 結論

通過對銹蝕鋼筋粘結性能退化的研究可以發現：

（1）相同工況條件下，銹蝕帶肋鋼筋的粘結強度大于光圓鋼筋，其主要與鋼筋的錨固粘結機理有關。統計發現，發生輕微銹蝕的鋼筋其粘結強度要高于完好試件，但隨著銹蝕率的進一步增大，粘結強度開始下降;

（2）配有箍筋的銹蝕混凝土試件其粘結強度要大于無配筋試件，箍筋的存在將會延緩混凝土保護層的開裂，對銹蝕試件的拉拔破壞形態有一定的影響;

（3）銹蝕鋼筋混凝土的粘結性能與鋼筋的銹蝕率、鋼筋表面形態以及橫向約束等有關。

參考文獻

[1]徐港.銹蝕鋼筋混凝土粘結錨固性能研究[D].華中科技大學，2007.

[2]張小林.銹蝕鋼筋混凝土基本力學性能退化的試驗研究[D].深圳大學，2016.

[3]Fang C，Lundgren K，Plos M，et al.Bond behaviour of corroded reinforcing steel bars in concrete[J].Cement & Concrete Research，2006，36（10）：1931-1938.

[4]Zhao Y，Lin H，Wu K，et al.Bond behaviour of normal/recycled concrete and corroded steel bars[J].Construction & Building Materials，2013，48（11）：348-359.

[5]Fang C，Lundgren K，Chen L，et al.Corrosion influence on bond in reinforced concrete[J].Cement & Concrete Research，2004，34（11）：2159-2167.

[6]肖小瓊.銹蝕鋼筋混凝土粘結性能試驗研究[D].中南大學，2011.

[7]蔣連接，馬歡，朱方之.銹蝕鋼筋與混凝土粘結性能退化規律的試驗研究[J].四川建筑科學研究，2012，38（6）：70-72.

[8]Fang C，Gylltoft K，Lundgren K，et al.Effect of corrosion on bond in reinforced concrete under cyclic loading[J].Cement & Concrete Research，2006，36（3）：548-555.

[9]陳留國，方從啟，寇新建，等.受腐蝕鋼筋混凝土的粘結性能[J].工業建筑，2004，34（5）：15-17.

[10]宋力，曲福來，趙順波.銹蝕鋼筋與混凝土黏結性能試驗研究[J].混凝土，2010（4）：74-75.

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