銹蝕鋼筋混凝土粘結(jié)性能研究

■湯金華，宋 玲，沈浩袁 ■南通職業(yè)大學，江蘇 南通 226500

鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能是保證鋼筋與混凝土兩種材料共同工作的前提，文獻［i］認為鋼筋銹蝕后本身強度的削弱和銹蝕后鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能的降低時承載能力下降的主要原因。國內(nèi)外試驗研究表明［ii］［iii］，鋼筋在銹蝕初期，即銹蝕率較小時，混凝土保護層未開裂前，對兩者間的粘結(jié)強度是有利的。

本文通過不同直徑的變形鋼筋在混凝土試塊中的拔出試驗，研究了銹蝕率及直徑對鋼筋與混凝土粘結(jié)性能的影響規(guī)律。以銹蝕率及保護層厚度與鋼筋直徑比值為參數(shù)，建立了銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的預測模型。以未銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移模型為基礎，建立了考慮銹蝕率影響的銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移模型。

1 粘結(jié)性能試驗

1．1 試件

本試驗中混凝土采用C30商品混凝土，共分四次澆注。混凝土28天實測抗壓強度分別為 44.53MPa、44.10MPa、38.23MPa、37.43MPa。鋼筋選用Ⅱ級鋼筋(HRB335)，直徑分別為14mm、16mm。試件具體尺寸及配筋見圖1。

圖1 拔出試驗試件詳圖

1．2 拔出試驗

本試驗根據(jù)《水運工程混凝土試驗規(guī)程》中關(guān)于混凝土與鋼筋握裹力試驗的規(guī)定，采用5t的萬能試驗機進行拔出試驗，在拔出鋼筋的上下兩端各安裝兩只千分表，以測得兩端的鋼筋滑移量［iv］。

1．3 鋼筋快速銹蝕

本試驗采用濕通電法加速銹蝕中的半浸泡外加電流加速銹蝕［v］。在通電之前，應對外露鋼筋進行保護，防止露在外面的鋼筋發(fā)生銹蝕。具體步驟為:在露在外面的鋼筋涂上一層環(huán)氧樹脂，并包裹上一層絕緣膠帶。將處理好的試件放置質(zhì)量濃度為5%的NaCl溶液中浸泡幾天，把鋼筋作為陽極，把銅片作為陰極，通過3mA/cm2［vi］的電流，形成電解池，使鋼筋表面氧化銹蝕。

2 直徑14mm鋼筋與混凝土粘結(jié)強度分析

結(jié)合本文試驗，表1列出了本文粘結(jié)試驗中鋼筋直徑14mm的試件A-14的銹蝕率、極限粘結(jié)強度、最大荷載時的自由端滑移值以及試件的破壞形式。

表1 試件A-14拉拔試驗數(shù)據(jù)

從表1中可知，對于鋼筋直徑14mm的試件A-14中，銹蝕試件A-14-08的粘結(jié)強度比未銹蝕試件A-14-02只降低8%;銹蝕試件A-14-04的粘結(jié)強度與未銹蝕試件A-14-02相比，提高了2.9%。

鋼筋直徑14mm試件A-14的銹蝕率與粘結(jié)強度結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過優(yōu)化擬合，可以得到鋼筋直徑14mm試件A-14的粘結(jié)強度的擬合公式為:

τu=23.4+120.4ρ -2311ρ2 (公式1)式中: τu — 銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)強度(MPa );ρ — 鋼筋銹蝕率。

3 直徑16mm鋼筋與混凝土靜態(tài)粘結(jié)強度分析

結(jié)合本文試驗，表2列出了本文粘結(jié)試驗中鋼筋直徑16mm的試件A-16的銹蝕率、極限粘結(jié)強度、最大荷載時的自由端滑移值以及試件的破壞形式。

表2 試件A-16拉拔試驗數(shù)據(jù)

從表2中可以看出，直徑較大時，銹蝕率對于粘結(jié)強度影響較大，隨著銹蝕率的增大，粘結(jié)強度會呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。從表中看出，鋼筋直徑16mm的試件中，銹蝕試件A-16-05，粘結(jié)強度比未銹蝕試件A-16-02提高了21.5%;銹蝕試件A-16-03，粘結(jié)強度比未銹蝕試件A-16-02降低了44%。

鋼筋直徑16mm試件A-16的銹蝕率與粘結(jié)強度結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過優(yōu)化擬合，可以得到鋼筋直徑16mm試件A-16的粘結(jié)強度的擬合公式為:

τu=20.5+175.1ρ -3692.6ρ2 (公式2)式中: τu — 銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)強度(MPa );ρ — 鋼筋銹蝕率。

4 結(jié)論

(1)鋼筋銹蝕較小時，試件的極限粘結(jié)強度有所提高，鋼筋直徑14mm的試件A-14提高了7.1%;鋼筋直徑16mm的試件A-16提高了15.7%。當鋼筋銹蝕繼續(xù)增大時，試件的極限粘結(jié)強度逐漸降低，鋼筋直徑14mm的試件A-14降低了10.5%;鋼筋直徑16mm的試件A-16降低了25.2%。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過優(yōu)化擬合，得出了由銹蝕率計算鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的擬合公式。(2)鋼筋直徑對銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)性能有著十分重要的影響。鋼筋直徑越大，極限粘結(jié)強度越小。但并不能說明要使用直徑較小的鋼筋，對耐久性及抗震性能影響較大的環(huán)境中，建議采用小直徑鋼筋時加以限制;綜合考慮銹蝕率及保護層厚度與直徑比值的影響，建立計算鋼筋與混凝土間的粘結(jié)強度。(3)靜態(tài)粘結(jié)性能試驗的粘結(jié)破壞形式主要有三種:滑移破壞、劈裂破壞、沿銹脹裂縫的拔出破壞。

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