锈蚀试件及方法

1、1 背景钢筋混凝土结构作为一种广泛采用的结构形式,在经过若干年后,通常会由于种种因素的影响, 如碳化、氯离子侵蚀等导致钢筋生锈, 生成的铁锈体积要比被腐蚀掉的金属体积大34倍, 过量铁锈的产生势必导致保护层沿钢筋纵向开裂。而裂缝一旦产生,钢筋的锈蚀速度大大加快,结构构件的承载力与可靠性劣化的速度也明显加快。因此, 目前在钢筋混凝土结构寿命评估时常以钢筋锈蚀开裂作为寿命终结的标志。2.锈蚀试件及方法2.1 锈蚀试件光面钢筋和混凝土的粘结机理与变形钢筋是不同的。2.1.1 试件分类根据不同的受力性质和试验目的,粘结试件可分为三类。a. 拔出试件:主要研究粘结锚固问题,模拟钢筋锚固、搭接及结点区的主

2、筋滑移等情况。b. 拉伸试件:主要量测粘结应力和滑移,试件两端的自由面代表构件的主裂缝,试件长度模拟假定的主裂缝间距,试验主要用于模拟缝间粘结问题。c. 直接测量粘结和滑移值:粘结应力可通过量测钢筋应变推测;而滑移除端部可直接测得外,内部滑移的量测是很困难的,这也正是许多学者的研究兴趣之所在。但目前还没有方法既可量测出任意点的粘结力与滑移值,又可观测出混凝土次生裂缝的发生、发展情况。2.2 锈蚀方法2.2.1现场取样是在室外自然条件下进行的，它能真实反映影响锈蚀的各种因素，但由于长期观测工作量大，周期长，一般需要几年甚至几十年的时间才能完成。而且未锈蚀的对比试件往往难以获得, 这就给钢筋锈蚀率

3、的确定以及锈蚀钢筋力学性能变化程度的确定带来了难度。2.2.2自然裸露大气环境中自然裸露锈蚀的钢筋试件, 这种方法主要针对停建工程预留钢筋或绑扎前钢筋室外堆放引起的锈蚀情形, 它与混凝土中钢筋的锈蚀机理与锈蚀形态不同。上述二种方法为自然锈蚀，以坑蚀为主。但不易定量控制。2.2.3.人工快速锈蚀（电化学）2.2.3.1大气通电将钢筋混凝土试件置于大气中, 部分区段内掺氯盐或外浇盐溶液, 利用预埋不锈钢筋充当阴极进行通电锈蚀。2.2.3.2溶液通电先将试件浸入3% 5%的NaCl或CaCl2 溶液7天，再采用6V稳压直流电源通电，在通电过程中观察电流强度变化，调节电流强度,使其保持恒定。钢筋做阳极

4、，溶液做阴极。试件的下端钢筋露出部分用石蜡封闭，并用绝缘层包裹。在试件下部垫塑料杯将水隔开，目的是只让粘结段钢筋发生腐蚀。每天定时观察, 当发现试件表面沿钢筋纵向出现一道“黑线”时, 则认为混凝土保护层刚刚出现锈蚀裂缝, 此时的钢筋锈蚀量即为开裂锈蚀量。随后,将开裂部位用石蜡密封,等另一根钢筋也达到刚开裂的状态后, 取出试件, 破型、除锈、称重。利用法拉第定律,根据通电时间和电流密度计算理论腐蚀率,用称重法实测钢筋的腐蚀失重率。优点：可利用法拉第定律实现对腐蚀的精确控制，而上述其它方法无法做到，故而很多人应用此法。 缺点：氧化不充分。锈蚀试验方案仍是一个有待研究的问题。3.粘结试验方法3.1

5、中心拔出根据水运工程混凝土试验规程(JTJ 270298) 中关于混凝土与钢筋握裹力试验的规定, 采用最大量程为5 t 的万能试验机进行拔出试验。在拔出钢筋的上下两端各安装两只千分表, 以测得两端的钢筋滑移量。不能反映梁中钢筋锚固区存在弯矩及剪力共同作用的影响, 局限性在于试验过程中承压板使混凝土受压, 但试件制作及试验装置比较简单, 结果便于分析。3.2 梁式（半梁式）试验普遍认为用梁式粘结试验得到的粘结强度对设计梁给出最精确的结果, 但研究包含的变量多, 需要大量的试件, 装置复杂。3.3钢筋内贴应变片拔出试验: 即刨开钢筋, 在钢筋内部开槽贴应变片, 通过换算可以测得钢筋与混凝土间的粘结

6、应力, 并得到粘结应力随锚固位置的变化规律。但这种方法要测得准确的随位置变化的粘结本构关系仍存在很多的问题。4.目的、成果 4.1 锈蚀对钢筋力学性能的影响可以研究如下问题应力-应变关系极限伸长率屈服强度抗拉强度冷弯性能4.2锈蚀对钢筋与混凝土间粘结性能的影响可以研究锈蚀率、钢筋直径、钢筋类型对如下问题的影响：粘结强度粘结刚度粘结滑移关系粘结本构关系4.3 锈蚀对构件受力性能的影响4.4 锈蚀对钢筋砼结构耐久性的影响4.5 锈蚀对钢筋砼结构可靠度的影响，提出可靠度方程4.6 可以提出有限元模型，并用试验数据验证4.7 锈蚀后钢筋砼结构的退化机理5.初步方案5.1 几个问题A 应该做哪个试验（）

7、？试验不同，做的试件也不同。B 11、12月气候寒冷，是否会对试验产生影响？C目前未找到骨料和锈蚀钢筋接触后对，锈蚀钢筋对混凝土粘结性能的影响。5.2制备试件：选取钢筋，酸洗、除锈、称重（精确值0.001g）、标号。再放入混凝土制成试件，28天后才可使用。通电快速腐蚀前应在氯化钠溶液浸泡7天。试验前期准备就得要35天。6.参考文献1张国学。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件粘结力的影响。工业建筑，2000，30(2)2潘振华，牛荻涛，王庆霖。钢筋锈蚀开裂条件的试验研究。工业建筑，1999，29（5）3惠云玲，李荣，林志伸，全明研。混凝土基本构件钢筋锈蚀前后性能试验研究。工业建筑，1997，27（6）4王

8、仁超， 朱琳， 李振富。混凝土氯离子综合机制扩散模型及敏感性研究。哈尔滨工业大学学报。2004年6月，36（6）5张伟平，王晓刚，顾祥林，商登峰。加速锈蚀与自然锈蚀钢筋混凝土梁受力性能比较分析。东南大学学报（自然科学版），2006年11月，36增6赵建昌， 徐宁， 杨维国。考虑粘结滑移的锈蚀钢筋混凝土梁非线性实用分析方法。水力发电学报，2007 年12 月，26（6）7刘志杰， 李平， 孙海燕。浅谈混凝土中锈蚀钢筋与粘结性能的研究。内蒙古水利，2009年第2期8陈留国，方从启，寇新建，陈兵。受腐蚀钢筋混凝土的粘结性能。工业建筑，2004，34（5）9范颖芳，黄振国，李健美，郭乐工。受腐蚀钢筋混

9、凝土构件中钢筋与混凝土粘结性能研究。工业建筑，1999，29（8）10施养杭，罗刚，华建兵。砼保护层胀裂时钢筋锈蚀量的计算模型。华侨大学学报（自然科学版）。2005年1月，26（1）11王林科，陶峰，王庆霖，杨兰生。锈后钢筋混凝土粘结锚固的试验研究。工业建筑，1996，26（4）12徐港，卫军，王青。锈蚀变形钢筋与混凝土粘结应力模型研究。工程力学，2008年12月，25（12）13吴瑾，吴胜兴，和平。锈蚀钢筋混凝土保护层破坏模式。混凝土，2002年第8期14袁迎曙，余索，贾福萍。锈蚀钢筋混凝土的粘结性能退化的试验研究。工业建筑，1999，29（11）15贾福萍，耿欧，乔志春。锈蚀钢筋混凝土的粘

10、结性能研究。四川建筑科学研究。2001年9月，27（3）16惠云玲，林志伸，李荣。锈蚀钢筋性能试验研究分析。工业建筑，1997，27（6）17李琛。锈蚀钢筋与混凝土粘结力的研究现状。山西建筑。2008年6月，34（16）18赵羽习，金伟良。锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究。浙江大学学报(工学版)，2002年7月，36（4）19卫军，张华，徐港，王薇，黄滢，王腾。锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究。铁道科学与工程学报。2009 年8 月，6（4）20徐港，王青。锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究进展。混凝土，2006年第5期21梁发云，陈龙珠。锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究述评。混凝土，2000年第9

11、期22王磊， 马亚飞， 张建仁， 邓鸣。锈蚀钢筋粘结性能对比试验研究。公路交通科技。2010 年6 月，27（6）23H. Castro， C. Rodriguez， F.J. Belzunce， A.F. Canteli.Mechanical properties and corrosion behaviour of stainless steel reinforcing bars.Journal of Materials Processing Technology 143144 (2003) 13413724T. Bellezze *， M. Malavolta， A. Quaranta， N. Ruffini， G. Roventi.Corrosion behaviour in concrete of three differently galvanized steel bars.Cement & Concrete