銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土梁斜截面抗剪性能試驗研究

柴 敏

（福建江夏學院工程學院，福建福州，350108）

銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土梁斜截面抗剪性能試驗研究

柴 敏

（福建江夏學院工程學院，福建福州，350108）

對銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土簡支梁進行斜截面抗剪承載力試驗，考察鋼纖維體積率、鋼筋銹蝕率對鋼筋鋼纖維混凝土梁抗剪承載力、裂縫開展的影響。試驗結果表明，梁的承載力隨著鋼纖維體積率的增加而增大，隨著鋼筋銹蝕率的增加而減??；鋼纖維有明顯的阻裂作用；鋼筋銹蝕基本不改變梁的破壞形態(tài)。通過試驗分析，得出鋼筋銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土梁斜截面承載力計算式，可為工程實踐提供參考。

鋼纖維體積率；鋼筋銹蝕；抗剪承載力

混凝土結構的耐久性是世界范圍內普遍存在的問題，尤其是鋼筋銹蝕對結構耐久性的影響已成為混凝土結構剩余壽命預測的關鍵性問題。［1，2］目前，國內外對鋼筋銹蝕混凝土構件的正截面抗彎研究較多，對斜截面受剪的研究還比較少。鑒于鋼纖維混凝土在工程應用中呈現(xiàn)出的良好性能，本文應用電化學銹蝕法對鋼纖維混凝土梁進行銹蝕處理，并進行梁的斜截面受剪承載力試驗，分析鋼纖維混凝土梁與普通鋼筋混凝土梁在力學性能、破壞形態(tài)等方面的異同，建立鋼筋銹蝕下鋼纖維混凝土梁的斜截面承載力計算公式，為實際工程提供參考。

一、試驗概況

（一）試件制作及加載方式

材料選用：水泥采用42.5R普通硅酸鹽水泥；粗骨料采粒徑≤30mm的碎石；細骨料采細度模數(shù)為2.9的天然河砂（中砂）；鋼纖維采用長度30mm等效直徑0.5mm的波浪型鋼纖維，抗拉強度≥600Mpa；外加劑采用緩凝型高效減水劑；普通自來水。

試件配合比、混凝土配合比及工作性能見表1：

表1 混凝土配合比及工作性能

試驗試件根據(jù)鋼筋銹蝕情況分為三組，分別為僅箍筋銹蝕、箍筋與縱筋全部銹蝕及無鋼筋銹蝕，每組試件采用三種鋼纖維體積率，試件分類情況見表2：

表2 試件分類情況

試驗梁配筋情況如圖1所示，加載方式采用鋼梁分配加載，將銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土梁分為純彎區(qū)段和剪跨區(qū)段（見圖2）以觀察其破壞形態(tài)和抗剪承載力。

圖1 試驗梁配筋圖（單位：mm）

圖2 加載裝置（單位：mm）

（二）銹蝕方法及銹蝕率的確定

試驗中鋼筋的加速銹蝕采用電化學方法，［3］通過銹蝕前后鋼筋的質量來計算銹蝕率（）。試驗測得鋼筋銹蝕率見表3：

表3 蝕銹試件鋼筋銹蝕率 單位：%

二、鋼纖維梁的試驗結果及分析

（一）部分銹蝕試件試驗結果及分析

對于未摻入鋼纖維的試驗梁，在加載的初期，試件表現(xiàn)為彈性變形特征。隨著荷載的增加，裂縫首先出現(xiàn)在純彎段或集中力附近。荷載繼續(xù)增加，垂直裂縫延展增寬，并在梁的剪跨段出現(xiàn)斜裂縫。荷載繼續(xù)增加，斜裂縫延伸、增多，最終試件斜截面破壞。

鋼筋鋼纖維混凝土試件跨中撓度及裂縫的變化情況與鋼筋混凝土梁基本相同。［4，5］不同之處表現(xiàn)為開裂荷載增大，垂直裂縫增多、斜裂縫較晚出現(xiàn)，各類裂縫發(fā)展緩慢。從圖3可以看出，相同條件下與無銹蝕試件相比，銹蝕試件裂縫開展速度更快、寬度更大，表明鋼筋銹蝕對試件承載力和剛度有顯著影響，鋼筋銹蝕率越大，裂縫開展速率越快、寬度越大；鋼纖維的參入對試件裂縫開展速度、寬度也有一定影響，鋼纖維體積率越大，裂縫開展速率越慢、寬度越小。

圖3 部分銹蝕試件荷載-裂縫曲線

（二）全銹蝕試件試驗結果及分析

全銹蝕試件荷載-撓度曲線如圖4所示：

圖4 全銹蝕試件荷載-撓度曲線

從圖3和圖4可以看出，全銹蝕試件與部分銹蝕試件在裂縫發(fā)展、跨中位移隨荷載變化規(guī)律方面基本一致，銹蝕率越高裂縫寬度及增長速率越快。此外，鋼筋銹蝕降低了梁的剛度，影響試件的延性，對受彎試件的斜截面抗剪承載力有顯著影響。

加載初期，銹蝕試件荷載—裂縫曲線與無銹蝕試件荷載-裂縫曲線基本重合，兩者跨中位移、裂縫開展規(guī)律基本一致，裂縫都首先出現(xiàn)在跨中純彎段或集中力附近，銹蝕試件開裂荷載略低，但銹蝕率對開裂荷載影響不是很明顯。裂縫隨著荷載的增加逐漸延伸，但發(fā)展緩慢。試驗表明，鋼纖維對試件裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展有顯著影響，纖維體積率越大，其影響程度越明顯。

隨著荷載的繼續(xù)增加，垂直裂縫增多增大，斜裂縫出現(xiàn)，裂縫發(fā)展較無鋼纖維混凝土梁緩慢。鋼纖維體積率越大，開裂荷載、極限荷載較大，裂縫發(fā)展越慢?？v筋銹蝕率越大，開裂荷載越小，但由于縱筋銹蝕都較輕微，減小幅度不大。

（三）受剪承載力分析

1.開裂荷載分析（Pcr）

試件的開裂荷載及極限荷載如表4所示：

表4 試件的開裂荷載及極限荷載

可見：鋼纖維體積率相同，鋼筋銹蝕率越大，開裂荷載、極限荷載越小。然而，全銹蝕試件開裂荷載反而較部分銹蝕試件開裂荷載更高，分析原因為縱筋的銹蝕增加了鋼筋與混凝土之間的粘結力，促進了二者的協(xié)同工作，從而一定程度上增加了開裂荷載。鋼筋銹蝕程度相同條件下，全銹蝕試件較部分銹蝕試件開裂荷載可增加10～15%左右。

2.極限荷載分析（Pu）

部分銹蝕試件、全銹蝕試件開裂荷載與無銹蝕試件相比分別減小3.16%和17.13%，可見隨著鋼筋銹蝕程度的增加，試件極限荷載逐漸減小。同條件下，隨著鋼纖維體積率的增加，試件的極限荷載逐漸增大，表明鋼纖維的參入能夠增加試件的極限承載力。由于鋼筋銹蝕的存在，部分銹蝕試件與全銹蝕試件的極限承載力仍低于無銹蝕試件，且銹蝕率越大試件極限承載力降低越大。

三、斜截面受剪承載力計算

通過對試驗結果回歸分析，結合已有公式，［5-9］得到鋼筋銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土梁斜截面承載力計算式：

理論值與試驗值的比較見表5，計算值與試驗值吻合程度較好，相關系數(shù)較高。

表5 銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土梁斜截面承載力計算值與試驗值對比（λ=1.0）

四、結論

1.鋼筋銹蝕不改變鋼筋鋼纖維混凝土梁斜截面破壞形態(tài)，只對其承載力有顯著影響，鋼筋銹蝕率的越大，承載力越小。

2.鋼筋銹蝕對梁的開裂荷載有一定影響。鋼筋銹蝕率越大，裂縫產(chǎn)生、發(fā)展的速度越快，梁的開裂荷載越小。然而，當縱筋也開始銹蝕后，開裂荷載反而會增大。

3.鋼纖維體積率對梁的承載力及裂縫都有影響。鋼纖維體積率越大，梁的開裂荷載越大，承載力越大。鋼纖維能夠延緩裂縫的開展，卻不改變裂縫形態(tài)。

4.建立鋼筋銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土梁斜截面承載力計算式，能夠為實際工程提供參考。

［1］ 金偉良，趙羽習.混凝土結構耐久性［M］.北京：科學出版社，2002.

［2］ 牛荻濤.混凝土結構耐久性與壽命預測［M］.北京：科學技術出版社，2003.

［3］ 仲偉秋，貢金鑫.鋼筋電化學快速銹蝕試驗控制方法［J］.建筑技術開發(fā)，2002，29（4）：28-30.

［4］ 曾志興，胡智偉.銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土簡支梁受剪承載力的試驗［J］.華僑大學學報：自然科學版，2010，31（5）：566-569.

［5］ 胡智偉.鋼筋銹蝕鋼筋鋼纖維混凝土簡支梁斜截面抗剪承載力的試驗研究［D］.泉州：華僑大學，2009.

［6］ 中國工程建設標準化協(xié)會標準.CECS38：1992.鋼纖維混凝土結構設計與施工規(guī)程［S］.北京：中國計劃出版社，1993.

［7］ 徐善華，牛荻濤.銹蝕鋼筋混凝土簡支梁斜截面抗剪性能研究［J］.建筑結構學報，2004.25（5）：98-104.

［8］ 霍艷華.銹蝕鋼筋混凝土簡支梁受剪承載力研究［J］.工業(yè)建筑，2006，36（S1）：910-912.

［9］ GB50010-2010，混凝土結構設計規(guī)范［S］.

（責任編輯 王 瓏）

Experimental Study on Shear Performance of Steel Fiber Corroded R.C Beams

CHAI Min
（College of Engineering，F(xiàn)ujian Jiangxia University，F(xiàn)uzhou，350108，China）

In order to research the performance of steel fiber corroded reinforced concrete beams，the experiments were done under the static focus load.Depend on tests，the effect of the steel fiber volume ratio and corrosion rate ofsteel rebars to the shear capacity and the development of crack of beams are analyzed.The results show that the bearing capacity of the beam increase with the increasing of steel fiber volume ratio，and decrease with the increasing of rebar corrosion rate.Another result is that steel fiber can effectively prevent cracks，and the steel bar corrosion cann't change the damage form of beams.According to tests，the formula of shear capacity of steel fiber reinforced concrete beams under the condition of reinforcement corrosion was obtained，which can be applied to engineering practice.

steel fiber volume ratio；reinforcement corrosion；shear capacity

TU528.33

A

2095-2082（2016）04-0113-06

2015-12-11

福建省教育廳中青年教師教育科研項目（A類）（JA13359）；福建江夏學院青年科研人才培育基金項目（JXZ2013003）；福建省科技廳項目（2016J0101）

柴 敏（1983—），女，遼寧丹東人，福建江夏學院工程學院講師，工學碩士。