銹蝕對鋼筋混凝土梁的影響

張俊杰 鐘美慧

(黑龍江科技大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150027)

0 引言

鋼筋的銹蝕是造成混凝土梁早期惡化，減少使用壽命的主要因素之一［1，2］。鋼筋的銹蝕導(dǎo)致鋼筋截面的削減以及力學(xué)特性的變?nèi)酰?］?；炷龄P蝕產(chǎn)物的膨脹導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生裂縫［4，5］。由于銹蝕導(dǎo)致鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)性能退化，以及混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和適用性也受到了很大的影響。所以本文研究銹蝕對鋼筋混凝土梁的影響。

1 試驗梁的概況

為保證試驗的充分進行，本文采用了6種不同類型的梁，除了第一種類型梁的尺寸是2 050 mm×200 mm×150 mm外，其他類型的梁均是2 300 mm×200 mm×150 mm。這些梁的特性在表1中顯現(xiàn)出來，第一種類型的梁準(zhǔn)備用來做加速銹蝕試驗以及承載力試驗。通過梁的類型的不同，能夠研究不同類型對于混凝土梁的表現(xiàn)差異，比如:第一類型的梁僅底部鋼筋銹蝕，而其他類型的梁縱向鋼筋和剪力筋均銹蝕。型號11與12的梁有不同的張拉筋配筋率(分別為0.52%，1.51%)。12號梁與21號梁有不同的受壓區(qū)配筋率(分別為0.33%，0.66%)。21號梁與31號梁的剪力筋有不同的間距(分別為170 mm，85 mm)。12號梁與13號梁有相同的配筋率，但13號梁50%的張拉鋼筋位于錨固區(qū)外。

表1 混凝土梁的特性

2 試驗概況

需要指出的是粗骨料的含水量都還不清楚，因此，混凝土中總的含水量不是準(zhǔn)確的。為了加速鋼筋的銹蝕，CaCl2(占水泥重量的3%)被加入在類型2混凝土中的水溶液中。加速銹蝕系統(tǒng)，梁從澆筑到加工處理需要28 d，在室內(nèi)環(huán)境提供一個水利系統(tǒng)保證梁處于潮濕的環(huán)境。從而，加速腐蝕過程便開始，向梁中添加CaCl2。為了達到所需要的銹蝕程度，一般需要100 d～200 d。混凝土中鋼筋腐蝕過程如圖1所示。

圖1 混凝土中鋼筋腐蝕過程

當(dāng)銹蝕開始一直達到計劃預(yù)定的銹蝕程度，每種梁都呈現(xiàn)出不同裂縫，以及鋼筋半徑的減少。評估滲透程度采用的是計重法，稱得鋼筋銹蝕前后的重量，洗凈銹蝕產(chǎn)物后，加載直到梁破壞、混凝土產(chǎn)生變形，那么最大值便可以通過幾何量在點蝕鋼筋上測得。

鋼筋混凝土梁有4種不同類型的破壞模式，如圖2所示。類型①:彎曲破壞(底部張拉筋)，類型②:彎曲破壞(受壓區(qū)混凝土壓碎)，類型③:剪切破壞，類型④:由錨固張拉筋共同引起的斜壓破壞。

圖2 銹蝕鋼筋混凝土梁中破壞模式

3 試驗結(jié)果

經(jīng)過試驗，發(fā)現(xiàn)銹蝕鋼筋混凝土的鋼筋截面面積減少，混凝土截面壓壞，混凝土和鋼筋之間粘結(jié)力的退化以及最終相對較低的混凝土受壓承載力等現(xiàn)象，得出非銹蝕鋼筋混凝土梁正截面極限承載力比銹蝕鋼筋混凝土梁正截面極限承載力高;梁體跨中的變形由于銹蝕的影響而增大;銹蝕同樣影響混凝土與主筋之間的橫向裂縫。

綜上所述，銹蝕筋對混凝土梁的特性有很大影響，在使用荷載作用下，影響變形和裂縫寬度，降低極限承載力。鋼筋銹蝕改變了混凝土梁在普通配筋率情況下的破壞模式，健全的梁發(fā)生彎曲破壞，大多數(shù)惡化梁發(fā)生剪切破壞。箍筋的點蝕已經(jīng)成為梁體內(nèi)最為相關(guān)的危害，與梁的承載力有直接關(guān)系。由受壓區(qū)鋼筋銹蝕引起的裂縫擴張對混凝土表面有惡化作用也被證實了與承載力有相關(guān)性。

［1］袁迎曙.腐蝕鋼筋的力學(xué)性能退化研究［J］.工業(yè)建筑，2011(3):22-23.

［2］范穎芳，周 晶.考慮蝕坑影響的銹蝕鋼筋力學(xué)性能研究［J］.建筑材料學(xué)報，2012(1):15-16.

［3］曹雙寅，朱伯龍.受腐蝕混凝土和鋼筋混凝土的性能［J］.同濟大學(xué)學(xué)報，2011(2):17-18.

［4］Salomon M.Levy，Paulo Helene.Durability of recycled aggregates concrete;a safe way to sustainable developments［J］.Cement and Concrete Research，2004(1):1975-1980.

［5］李群波，劉 敏.鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕與防護研究概況［J］.全面腐蝕控制，2010(5):37-38.