鋼筋銹蝕對其力學(xué)性能退化規(guī)律的影響研究

李劍風(fēng)

（中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)廈門宏業(yè)有限公司）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，鋼筋的利用率和消耗量也在大幅度的增加，同時(shí)，鋼筋是鋼筋混凝土當(dāng)中的重要組成部分，但由于各種外部不利因素影響，鋼筋混凝土當(dāng)中的鋼筋很容易出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，一旦發(fā)生，鋼筋銹蝕所產(chǎn)生出來的物體就會發(fā)生體積膨脹，令鋼筋混凝土開裂，導(dǎo)致其承載能力嚴(yán)重下降，這其實(shí)都是因?yàn)殇摻钿P蝕所引起的力學(xué)性能退化。所以，要充分認(rèn)識到鋼筋銹蝕在化學(xué)性能退化方面的規(guī)律影響。在國內(nèi)外，鋼筋銹蝕對其力學(xué)性能退化規(guī)律的影響受到了很多人的重視，通過各種各樣的試驗(yàn)方式或者實(shí)驗(yàn)手段對其進(jìn)行深入的研究分析，得出了一些相關(guān)的結(jié)論，本文主要通過人工模擬自然氣候加速試驗(yàn)方法來對其進(jìn)行論述。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

1.1 試驗(yàn)材料

為盡可能減少由不同鋼廠生產(chǎn)的鋼筋存在的差異對試驗(yàn)造成的干擾，本試驗(yàn)中所使用的試驗(yàn)鋼筋均是來自福建三鋼集團(tuán)公司的產(chǎn)品，試驗(yàn)中所采用HPB300 鋼筋直徑為12mm 和HRB400E 鋼筋直徑為14mm、16mm 三種規(guī)格，具體力學(xué)性能參數(shù)見表1。

1.2 試驗(yàn)試件設(shè)計(jì)

為開展鋼筋銹蝕試驗(yàn)，獲取銹蝕鋼筋試件，設(shè)計(jì)制作了如下的鋼筋混凝土試驗(yàn)板，板的設(shè)計(jì)尺寸為400mm×300mm×100mm；混凝土板內(nèi)的鋼筋分兩排布置，每排4 根，保護(hù)層厚度為25mm，板中鋼筋兩端外伸50mm，詳見圖1 所示。共制作了3 塊上述的鋼筋混凝土板，分別布置直徑為12/14/16mm 鋼筋，其中混凝土強(qiáng)度為C25，鋼筋混凝土板標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 天。

表1 試驗(yàn)鋼筋力學(xué)性能參數(shù)

圖1 鋼筋混凝土板設(shè)計(jì)圖

1.3 人工模擬自然氣候加速銹蝕試驗(yàn)方法

人工模擬自然氣候加速銹蝕，主要指的是利用高溫度、高濕度、紫外燈照，定期用5% Nacl 溶液淋灑的干濕循環(huán)等一系列人工的方式，模擬出自然氣候環(huán)境（主要有陽光、雨水、二氧化碳等等）對鋼筋進(jìn)行作用。在本試驗(yàn)當(dāng)中，干濕循環(huán)的方法為干10 個小時(shí)，濕2 個小時(shí)，作用時(shí)間為60 天。

1.4 銹蝕鋼筋質(zhì)量銹蝕率ηm 的獲取

使用電子天平(精確至0.1g)對除銹烘干處理后的鋼筋試件進(jìn)行稱量，稱得其此時(shí)的質(zhì)量為mc，前面制作混凝土板試件時(shí)稱量得到的鋼筋銹蝕前質(zhì)量m0，則它們的質(zhì)量銹蝕率可以通過關(guān)系式求得如式⑴。

其中：ηm為質(zhì)量銹蝕率，mc為銹蝕后的質(zhì)量，m0為銹蝕前的質(zhì)量。

2 試驗(yàn)結(jié)果及退化規(guī)律分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)的目的主要是對于不同質(zhì)量銹蝕率的鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行分析和對比，這些指標(biāo)包括鋼筋的強(qiáng)度、伸長率。將鋼筋銹蝕后力學(xué)性能的試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表2～表4，并按質(zhì)量銹蝕率從小到大排列。

從表2 和圖2 可以看出：

⑴隨鋼筋質(zhì)量銹蝕率的增加，鋼筋的屈服荷載、極限荷載及伸長率變形等整體趨勢隨鋼筋質(zhì)量銹蝕率的增加而明顯減小。其中12mm 鋼筋最大質(zhì)量銹蝕率為5.31%，其屈服強(qiáng)度下降了4.82%，極限強(qiáng)度下降了9.47%，伸長率減小了5.45%。

⑵觀察LH1204 試驗(yàn)結(jié)果，其鋼筋銹蝕率為3.67%，大于編號LH1203 的3.51%，其屈服荷載、極限荷載及伸長率分別為361.66MPa、473.32MPa、30.85%，大于編號LH1203 的屈服荷載、極限荷載和伸長率，存在數(shù)據(jù)異常。

表2 直徑12mm（光圓）的鋼筋銹蝕后的力學(xué)性能

表3 直徑14mm 的鋼筋銹蝕后的力學(xué)性能

圖3 直徑14mm 鋼筋的力學(xué)性能- 質(zhì)量銹蝕率曲線圖

圖4 直徑16mm 鋼筋的力學(xué)性能- 質(zhì)量銹蝕率曲線圖

表4 直徑16mm 的鋼筋銹蝕后的力學(xué)性能

從表3 和圖3 可以看出：

⑴隨鋼筋質(zhì)量銹蝕率的增加，鋼筋的屈服荷載、極限荷載及伸長率隨鋼筋質(zhì)量銹蝕率的增加而明顯減小。其中，14mm 鋼筋最大質(zhì)量銹蝕率為5.43%，其屈服強(qiáng)度下降了4.03%，極限強(qiáng)度下降了8.33%，伸長率減小了5.70%。

⑵該組試驗(yàn)不存在異常數(shù)據(jù)。

從表4 和圖4 可以看出：

⑴隨鋼筋質(zhì)量銹蝕率的增加，鋼筋的屈服荷載、極限荷載及伸長率變形等整體趨勢隨鋼筋質(zhì)量銹蝕率的增加而明顯減小。其中，16mm 鋼筋最大質(zhì)量銹蝕率為5.17%，其屈服強(qiáng)度下降了4.88%，極限強(qiáng)度下降了8.12%，伸長率減小了5.04%。

⑵觀察LH1603 試驗(yàn)結(jié)果，其鋼筋銹蝕率為2.23%，大于編號LH1601 的1.94%和LH1602 的2.07%，其屈服荷載、極限荷載分別為460.99MPa 和560.31MPa，大于編號LH1601、LH1602 的屈服荷載和極限荷載，存在數(shù)據(jù)異常。

2.2 退化規(guī)律分析

基于不同質(zhì)量銹蝕率時(shí)銹蝕鋼筋力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果，研究銹蝕鋼筋力學(xué)性能的退化規(guī)律。

設(shè)定不同質(zhì)量銹蝕率時(shí)，屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率的回歸公式如式⑵。

式⑵中，

y——屈服強(qiáng)度（MPa）、極限強(qiáng)度（MPa）、伸長率（%）；x——質(zhì)量銹蝕率（%）；

a、b——回歸系數(shù)。

可得回歸公式如表5～表7 所示。

從回歸公式⑵可看出，直徑12mm 光圓鋼筋其屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率回歸公式的相關(guān)系數(shù)R2 分別為0.7369/0.8886/0.8008，相關(guān)性較高；直徑14mm帶肋鋼筋屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率回歸公式的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.9084/0.9328/0.9756，相關(guān)性很高；直徑16mm帶肋鋼筋其屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率回歸公式的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.7438/0.9285/0.8949，相關(guān)性較高。因此，一定程度上，可根據(jù)公式，基于鋼筋質(zhì)量銹蝕率，直接推算出兩種不同類型鋼筋銹蝕后的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率。

表5 直徑12mm（光圓）銹蝕鋼筋力學(xué)性能隨質(zhì)量銹蝕率退化規(guī)律

表6 直徑14mm 銹蝕鋼筋力學(xué)性能隨質(zhì)量銹蝕率退化規(guī)律

表7 直徑16mm 銹蝕鋼筋力學(xué)性能隨質(zhì)量銹蝕率退化規(guī)律

3 結(jié)語

本文采用人工模擬自然氣候加速試驗(yàn)方法，檢測銹蝕鋼筋力學(xué)性能，得出如下結(jié)論：

⑴不同類型（熱軋光圓和熱軋帶肋鋼筋）的鋼筋在受到銹蝕的時(shí)候，隨著鋼筋質(zhì)量銹蝕程度的增加，其屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度及伸長率隨之降低。

⑵通過線性回歸的方法，研究銹蝕鋼筋力學(xué)性能退化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)銹蝕鋼筋的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率都體現(xiàn)出了較好的線性退化規(guī)律（擬合度R2在0.73～0.97 之間），因此，一定程度上，可根據(jù)公式，基于鋼筋質(zhì)量銹蝕率，直接推算出鋼筋銹蝕后的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率。