銹蝕—鋼筋混凝土粘結(jié)性能研究進(jìn)展

【摘要】整理了目前國內(nèi)外關(guān)于銹蝕鋼筋混凝土粘結(jié)性能的研究，介紹了不同學(xué)者的研究內(nèi)容，為以后進(jìn)行這方面研究的學(xué)者提供了一定的參考。

【關(guān)鍵詞】鋼筋銹蝕；粘結(jié)性能

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)目前在世界范圍內(nèi)依然是很多工程的首選結(jié)構(gòu)，這是由其諸多優(yōu)良的性能決定的，其中最重要的就是鋼筋和混凝土之間優(yōu)秀的粘結(jié)能力，正是因?yàn)樗拇嬖诓攀沟脙烧邊f(xié)同工作成為了可能。混凝土結(jié)構(gòu)的多孔性決定了它不能有效的阻隔有害離子進(jìn)入，這些離子進(jìn)入混凝土后接觸到剛筋發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致鋼筋生銹。鋼筋銹蝕不僅引起自身截面損失和力學(xué)性能退化，且銹蝕產(chǎn)物的體積膨脹為原來的2-4倍[1-4]，銹蝕產(chǎn)物不斷堆積對混凝土保護(hù)層產(chǎn)生向外的擠壓力從而導(dǎo)致保護(hù)層開裂，嚴(yán)重的危害了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全，特別是一些與水有接觸的構(gòu)件安全隱患嚴(yán)重如圖1。目前國內(nèi)外學(xué)者對于這方面已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，很有必要對目前的研究進(jìn)行整理以便于開展更加符合實(shí)際工程的研究。

1、銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)性能的研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外的學(xué)者已進(jìn)行了很多關(guān)于銹蝕鋼筋-混凝土界面粘結(jié)性能的研究，Kemp[5]等人對銹蝕程度不同的RC構(gòu)件進(jìn)行粘結(jié)性能試驗(yàn)，認(rèn)為在一定范圍內(nèi)的銹蝕對粘結(jié)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(yàn)研究了銹蝕率對鋼筋-混凝土粘結(jié)性能的影響，發(fā)現(xiàn)較小的銹蝕率（小于1%）對鋼筋-混凝土的粘結(jié)性能是有利的，但隨著銹蝕率的增加，粘結(jié)性能出現(xiàn)將出現(xiàn)顯著的退化；也就是說鋼筋的銹蝕率存在一個閾值，當(dāng)銹蝕率超越該閾值后將破壞鋼筋-混凝土的粘結(jié)性能。Almusallam[7]等人通過對系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析提出這個銹蝕率的閾值小于4%。Rinaldi[4]等人進(jìn)行更小銹蝕率下的鋼筋-混凝土粘結(jié)試驗(yàn)研究，認(rèn)為對粘結(jié)性能有利的銹蝕率閾值應(yīng)為0.6%?？梢姮F(xiàn)有研究共識是雖然微小的銹蝕率對粘結(jié)性能有利，但銹蝕率超越一定閾值后，鋼筋-混凝土的粘結(jié)性能將發(fā)生顯著退化。國內(nèi)方面袁迎曙[8]等人對不同銹蝕率試件的粘結(jié)滑移曲線進(jìn)行了研究并給出了退化模型。王小惠[9]利用彈性力學(xué)相關(guān)知識，理論上推導(dǎo)了銹蝕鋼筋-混凝土粘結(jié)強(qiáng)度模型。Fu[10]等人通過研究給出了影響銹蝕RC構(gòu)件鋼筋-混凝土粘結(jié)性能的因素包括：銹蝕程度、保護(hù)層厚度、鋼筋直徑等，而實(shí)際工程中是存在環(huán)向約束的，那么研究環(huán)向約束對于RC構(gòu)件銹蝕后粘結(jié)性能的影響是很有必要的。

2、環(huán)向約束下銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)性能的研究現(xiàn)狀

目前學(xué)者對于有環(huán)向約束的RC銹蝕構(gòu)件也進(jìn)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(jié)性能的影響，發(fā)現(xiàn)箍筋約束使試件的破壞模式由混凝土脆性劈裂破壞變?yōu)榱虽摻钛有园纬?；Fang[12]等人研究發(fā)現(xiàn)箍筋約束對銹蝕光圓鋼筋-混凝土的粘結(jié)性能的改善要優(yōu)于對銹蝕帶肋鋼筋-混凝土粘結(jié)性能的改善。另外目前碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics， CFRP）普遍應(yīng)用于結(jié)構(gòu)修補(bǔ)和加固，其對結(jié)構(gòu)的也產(chǎn)生了環(huán)向約束力。Soudki[13]等人對CFRP約束下銹蝕鋼筋-混凝土粘結(jié)試件進(jìn)行拔出試驗(yàn)，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)CFRP約束有效提升了銹蝕鋼筋-混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，提高幅度與混凝土保護(hù)層厚度有關(guān)，且混凝土保護(hù)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(jié)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(jié)強(qiáng)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(jié)強(qiáng)度的退化，且CFRP約束水平對粘結(jié)試件的延性提升要顯著地優(yōu)于對粘結(jié)強(qiáng)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(jié)性能的影響，得出CFRP加固可以顯著提高兩者粘結(jié)性能；鄧宗才[16]等人考慮保護(hù)層厚度、鋼筋種類以及CFRP約束等因素進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CFRP約束會使的RC構(gòu)件粘結(jié)破壞模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，且兩者的粘結(jié)性能有顯著提高；張偉平[17]等人也通過試驗(yàn)研究得出了CFRP約束可以提高銹蝕鋼筋-混凝土界面的粘結(jié)性能；張軍[18]細(xì)致的研究了不同銹蝕率有無CFRP作為環(huán)向約束試件的粘結(jié)強(qiáng)度變化，發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)有無CFRP約束呈現(xiàn)出不同的規(guī)律：約束下持載銹蝕對粘結(jié)強(qiáng)度是有利的，沒有約束時(shí)則是有害的。結(jié)構(gòu)承受的荷載往往以動荷載為主，而動荷載對結(jié)構(gòu)的影響顯然與靜荷載不同，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中尤其是抗震設(shè)計(jì)關(guān)于動荷載如何影響結(jié)構(gòu)是十分重要的一部分。

3、銹蝕鋼筋與混凝土動力粘結(jié)特性研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外有一些學(xué)者對于這方面進(jìn)行了研究，方從啟[20]對RC試件進(jìn)行了鋼筋銹蝕對粘結(jié)性能的影響，得出了循環(huán)加載這種加載方式下的粘結(jié)-滑移曲線，指出較小的銹蝕率有助于減小反復(fù)荷載作用下的粘結(jié)損失的幅度；Kivel[21]等人對不同鋼筋銹蝕率的RC試件進(jìn)行了循環(huán)加載，得出不同銹蝕率下變幅循環(huán)粘結(jié)滑移曲線，并以Eligehausen[22]的模型為基礎(chǔ)建立了考慮不同銹蝕率的有約束試件循環(huán)加載模型；Yankdevsky[23]等也曾提出了一個關(guān)于反復(fù)荷載下的粘結(jié)-滑移關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；Alavi-Fard[24]等人研究了加載歷史、約束、鋼筋直徑在循環(huán)加載下的影響，發(fā)現(xiàn)循環(huán)位移的增加會損失更多的粘結(jié)強(qiáng)度、循環(huán)荷載并不影響粘結(jié)強(qiáng)度只要循環(huán)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(fù)荷載下，不同銹蝕率RC構(gòu)件考慮循環(huán)裂化的粘結(jié)滑移模型；周?？26，27]等人研究了有箍筋約束試件在循環(huán)荷載作用下，不同鋼筋銹蝕率對于鋼筋混凝土粘結(jié)性能的影響，發(fā)現(xiàn)銹蝕率對卸載剛度、循環(huán)耗能等都有影響?？梢园l(fā)現(xiàn)學(xué)者對于這方面的研究主要集中在銹蝕率這方面，也有學(xué)者對約束的影響進(jìn)行了研究，而結(jié)構(gòu)往往是承受著荷載發(fā)生鋼筋銹蝕，持載對結(jié)構(gòu)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(nèi)外對于銹蝕鋼筋對結(jié)構(gòu)的影響已進(jìn)行了諸多因素的研究，CFRP作為一種新型材料對于結(jié)構(gòu)的改善有著顯著的作用，而進(jìn)一步研究持載銹蝕如何影響CFRP加固結(jié)構(gòu)動力粘結(jié)性能，其研究結(jié)果可以作為評估與改善在役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長期性能的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也可作為分析FRP加固在役混凝土結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)。

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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(gòu)件粘結(jié)性能研究。

基金項(xiàng)目：

深圳市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金（項(xiàng)目號：JCYJ20150828155800601）