鋼筋銹蝕對其力學性能退化規律的影響研究

李劍風

（中國建材檢驗認證集團廈門宏業有限公司）

0 引言

隨著我國經濟的發展和進步，鋼筋的利用率和消耗量也在大幅度的增加，同時，鋼筋是鋼筋混凝土當中的重要組成部分，但由于各種外部不利因素影響，鋼筋混凝土當中的鋼筋很容易出現銹蝕的現象，一旦發生，鋼筋銹蝕所產生出來的物體就會發生體積膨脹，令鋼筋混凝土開裂，導致其承載能力嚴重下降，這其實都是因為鋼筋銹蝕所引起的力學性能退化。所以，要充分認識到鋼筋銹蝕在化學性能退化方面的規律影響。在國內外，鋼筋銹蝕對其力學性能退化規律的影響受到了很多人的重視，通過各種各樣的試驗方式或者實驗手段對其進行深入的研究分析，得出了一些相關的結論，本文主要通過人工模擬自然氣候加速試驗方法來對其進行論述。

1 試驗準備工作

1.1 試驗材料

為盡可能減少由不同鋼廠生產的鋼筋存在的差異對試驗造成的干擾，本試驗中所使用的試驗鋼筋均是來自福建三鋼集團公司的產品，試驗中所采用HPB300 鋼筋直徑為12mm 和HRB400E 鋼筋直徑為14mm、16mm 三種規格，具體力學性能參數見表1。

1.2 試驗試件設計

為開展鋼筋銹蝕試驗，獲取銹蝕鋼筋試件，設計制作了如下的鋼筋混凝土試驗板，板的設計尺寸為400mm×300mm×100mm；混凝土板內的鋼筋分兩排布置，每排4 根，保護層厚度為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，其中混凝土強度為C25，鋼筋混凝土板標準養護7 天。

表1 試驗鋼筋力學性能參數

圖1 鋼筋混凝土板設計圖

1.3 人工模擬自然氣候加速銹蝕試驗方法

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等一系列人工的方式，模擬出自然氣候環境（主要有陽光、雨水、二氧化碳等等）對鋼筋進行作用。在本試驗當中，干濕循環的方法為干10 個小時，濕2 個小時，作用時間為60 天。

1.4 銹蝕鋼筋質量銹蝕率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行稱量，稱得其此時的質量為mc，前面制作混凝土板試件時稱量得到的鋼筋銹蝕前質量m0，則它們的質量銹蝕率可以通過關系式求得如式⑴。

其中：ηm為質量銹蝕率，mc為銹蝕后的質量，m0為銹蝕前的質量。

2 試驗結果及退化規律分析

2.1 試驗結果

試驗的目的主要是對于不同質量銹蝕率的鋼筋力學性能指標進行分析和對比，這些指標包括鋼筋的強度、伸長率。將鋼筋銹蝕后力學性能的試驗結果統計如表2～表4，并按質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量銹蝕率的增加而明顯減小。其中12mm 鋼筋最大質量銹蝕率為5.31%，其屈服強度下降了4.82%，極限強度下降了9.47%，伸長率減小了5.45%。

⑵觀察LH1204 試驗結果，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，存在數據異常。

表2 直徑12mm（光圓）的鋼筋銹蝕后的力學性能

表3 直徑14mm 的鋼筋銹蝕后的力學性能

圖3 直徑14mm 鋼筋的力學性能- 質量銹蝕率曲線圖

圖4 直徑16mm 鋼筋的力學性能- 質量銹蝕率曲線圖

表4 直徑16mm 的鋼筋銹蝕后的力學性能

從表3 和圖3 可以看出：

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

⑵該組試驗不存在異常數據。

從表4 和圖4 可以看出：

⑴隨鋼筋質量銹蝕率的增加，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量銹蝕率的增加而明顯減小。其中，16mm 鋼筋最大質量銹蝕率為5.17%，其屈服強度下降了4.88%，極限強度下降了8.12%，伸長率減小了5.04%。

⑵觀察LH1603 試驗結果，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，存在數據異常。

2.2 退化規律分析

基于不同質量銹蝕率時銹蝕鋼筋力學性能試驗結果，研究銹蝕鋼筋力學性能的退化規律。

設定不同質量銹蝕率時，屈服強度、極限強度、伸長率的回歸公式如式⑵。

式⑵中，

y——屈服強度（MPa）、極限強度（MPa）、伸長率（%）；x——質量銹蝕率（%）；

a、b——回歸系數。

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

表5 直徑12mm（光圓）銹蝕鋼筋力學性能隨質量銹蝕率退化規律

表6 直徑14mm 銹蝕鋼筋力學性能隨質量銹蝕率退化規律

表7 直徑16mm 銹蝕鋼筋力學性能隨質量銹蝕率退化規律

3 結語

本文采用人工模擬自然氣候加速試驗方法，檢測銹蝕鋼筋力學性能，得出如下結論：

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候，隨著鋼筋質量銹蝕程度的增加，其屈服強度、極限強度及伸長率隨之降低。

⑵通過線性回歸的方法，研究銹蝕鋼筋力學性能退化規律，發現銹蝕鋼筋的屈服強度、極限強度、伸長率都體現出了較好的線性退化規律（擬合度R2在0.73～0.97 之間），因此，一定程度上，可根據公式，基于鋼筋質量銹蝕率，直接推算出鋼筋銹蝕后的屈服強度、極限強度、伸長率。