銹蝕試件及方法

1、1 背景鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為一種廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式,在經(jīng)過(guò)若干年后,通常會(huì)由于種種因素的影響, 如碳化、氯離子侵蝕等導(dǎo)致鋼筋生銹, 生成的鐵銹體積要比被腐蝕掉的金屬體積大34倍, 過(guò)量鐵銹的產(chǎn)生勢(shì)必導(dǎo)致保護(hù)層沿鋼筋縱向開(kāi)裂。而裂縫一旦產(chǎn)生,鋼筋的銹蝕速度大大加快,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力與可靠性劣化的速度也明顯加快。因此, 目前在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)壽命評(píng)估時(shí)常以鋼筋銹蝕開(kāi)裂作為壽命終結(jié)的標(biāo)志。2.銹蝕試件及方法2.1 銹蝕試件光面鋼筋和混凝土的粘結(jié)機(jī)理與變形鋼筋是不同的。2.1.1 試件分類(lèi)根據(jù)不同的受力性質(zhì)和試驗(yàn)?zāi)康?粘結(jié)試件可分為三類(lèi)。a. 拔出試件:主要研究粘結(jié)錨固問(wèn)題,模擬鋼筋錨固、搭接及結(jié)點(diǎn)區(qū)的主

2、筋滑移等情況。b. 拉伸試件:主要量測(cè)粘結(jié)應(yīng)力和滑移,試件兩端的自由面代表構(gòu)件的主裂縫,試件長(zhǎng)度模擬假定的主裂縫間距,試驗(yàn)主要用于模擬縫間粘結(jié)問(wèn)題。c. 直接測(cè)量粘結(jié)和滑移值:粘結(jié)應(yīng)力可通過(guò)量測(cè)鋼筋應(yīng)變推測(cè);而滑移除端部可直接測(cè)得外,內(nèi)部滑移的量測(cè)是很困難的,這也正是許多學(xué)者的研究興趣之所在。但目前還沒(méi)有方法既可量測(cè)出任意點(diǎn)的粘結(jié)力與滑移值,又可觀測(cè)出混凝土次生裂縫的發(fā)生、發(fā)展情況。2.2 銹蝕方法2.2.1現(xiàn)場(chǎng)取樣是在室外自然條件下進(jìn)行的，它能真實(shí)反映影響銹蝕的各種因素，但由于長(zhǎng)期觀測(cè)工作量大，周期長(zhǎng)，一般需要幾年甚至幾十年的時(shí)間才能完成。而且未銹蝕的對(duì)比試件往往難以獲得, 這就給鋼筋銹蝕率

3、的確定以及銹蝕鋼筋力學(xué)性能變化程度的確定帶來(lái)了難度。2.2.2自然裸露大氣環(huán)境中自然裸露銹蝕的鋼筋試件, 這種方法主要針對(duì)停建工程預(yù)留鋼筋或綁扎前鋼筋室外堆放引起的銹蝕情形, 它與混凝土中鋼筋的銹蝕機(jī)理與銹蝕形態(tài)不同。上述二種方法為自然銹蝕，以坑蝕為主。但不易定量控制。2.2.3.人工快速銹蝕（電化學(xué)）2.2.3.1大氣通電將鋼筋混凝土試件置于大氣中, 部分區(qū)段內(nèi)摻氯鹽或外澆鹽溶液, 利用預(yù)埋不銹鋼筋充當(dāng)陰極進(jìn)行通電銹蝕。2.2.3.2溶液通電先將試件浸入3% 5%的NaCl或CaCl2 溶液7天，再采用6V穩(wěn)壓直流電源通電，在通電過(guò)程中觀察電流強(qiáng)度變化，調(diào)節(jié)電流強(qiáng)度,使其保持恒定。鋼筋做陽(yáng)極

4、，溶液做陰極。試件的下端鋼筋露出部分用石蠟封閉，并用絕緣層包裹。在試件下部墊塑料杯將水隔開(kāi)，目的是只讓粘結(jié)段鋼筋發(fā)生腐蝕。每天定時(shí)觀察, 當(dāng)發(fā)現(xiàn)試件表面沿鋼筋縱向出現(xiàn)一道“黑線”時(shí), 則認(rèn)為混凝土保護(hù)層剛剛出現(xiàn)銹蝕裂縫, 此時(shí)的鋼筋銹蝕量即為開(kāi)裂銹蝕量。隨后,將開(kāi)裂部位用石蠟密封,等另一根鋼筋也達(dá)到剛開(kāi)裂的狀態(tài)后, 取出試件, 破型、除銹、稱(chēng)重。利用法拉第定律,根據(jù)通電時(shí)間和電流密度計(jì)算理論腐蝕率,用稱(chēng)重法實(shí)測(cè)鋼筋的腐蝕失重率。優(yōu)點(diǎn)：可利用法拉第定律實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕的精確控制，而上述其它方法無(wú)法做到，故而很多人應(yīng)用此法。 缺點(diǎn)：氧化不充分。銹蝕試驗(yàn)方案仍是一個(gè)有待研究的問(wèn)題。3.粘結(jié)試驗(yàn)方法3.1

5、中心拔出根據(jù)水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程(JTJ 270298) 中關(guān)于混凝土與鋼筋握裹力試驗(yàn)的規(guī)定, 采用最大量程為5 t 的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拔出試驗(yàn)。在拔出鋼筋的上下兩端各安裝兩只千分表, 以測(cè)得兩端的鋼筋滑移量。不能反映梁中鋼筋錨固區(qū)存在彎矩及剪力共同作用的影響, 局限性在于試驗(yàn)過(guò)程中承壓板使混凝土受壓, 但試件制作及試驗(yàn)裝置比較簡(jiǎn)單, 結(jié)果便于分析。3.2 梁式（半梁式）試驗(yàn)普遍認(rèn)為用梁式粘結(jié)試驗(yàn)得到的粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)設(shè)計(jì)梁給出最精確的結(jié)果, 但研究包含的變量多, 需要大量的試件, 裝置復(fù)雜。3.3鋼筋內(nèi)貼應(yīng)變片拔出試驗(yàn): 即刨開(kāi)鋼筋, 在鋼筋內(nèi)部開(kāi)槽貼應(yīng)變片, 通過(guò)換算可以測(cè)得鋼筋與混凝土間的粘結(jié)

6、應(yīng)力, 并得到粘結(jié)應(yīng)力隨錨固位置的變化規(guī)律。但這種方法要測(cè)得準(zhǔn)確的隨位置變化的粘結(jié)本構(gòu)關(guān)系仍存在很多的問(wèn)題。4.目的、成果 4.1 銹蝕對(duì)鋼筋力學(xué)性能的影響可以研究如下問(wèn)題應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系極限伸長(zhǎng)率屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度冷彎性能4.2銹蝕對(duì)鋼筋與混凝土間粘結(jié)性能的影響可以研究銹蝕率、鋼筋直徑、鋼筋類(lèi)型對(duì)如下問(wèn)題的影響：粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)剛度粘結(jié)滑移關(guān)系粘結(jié)本構(gòu)關(guān)系4.3 銹蝕對(duì)構(gòu)件受力性能的影響4.4 銹蝕對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)耐久性的影響4.5 銹蝕對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)可靠度的影響，提出可靠度方程4.6 可以提出有限元模型，并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證4.7 銹蝕后鋼筋砼結(jié)構(gòu)的退化機(jī)理5.初步方案5.1 幾個(gè)問(wèn)題A 應(yīng)該做哪個(gè)試驗(yàn)（）

7、？試驗(yàn)不同，做的試件也不同。B 11、12月氣候寒冷，是否會(huì)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生影響？C目前未找到骨料和銹蝕鋼筋接觸后對(duì)，銹蝕鋼筋對(duì)混凝土粘結(jié)性能的影響。5.2制備試件：選取鋼筋，酸洗、除銹、稱(chēng)重（精確值0.001g）、標(biāo)號(hào)。再放入混凝土制成試件，28天后才可使用。通電快速腐蝕前應(yīng)在氯化鈉溶液浸泡7天。試驗(yàn)前期準(zhǔn)備就得要35天。6.參考文獻(xiàn)1張國(guó)學(xué)。鋼筋銹蝕對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件粘結(jié)力的影響。工業(yè)建筑，2000，30(2)2潘振華，牛荻濤，王慶霖。鋼筋銹蝕開(kāi)裂條件的試驗(yàn)研究。工業(yè)建筑，1999，29（5）3惠云玲，李榮，林志伸，全明研?；炷粱緲?gòu)件鋼筋銹蝕前后性能試驗(yàn)研究。工業(yè)建筑，1997，27（6）4王

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