锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化规律的试验研究.pdf
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1、7 0 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 8卷第 6期 2 0 1 2年 1 2月 锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化规律的试验研究 蒋连接 , 马 欢 , 朱方之 ( 1 宿迁学院建筑工程系, 江苏 宿迁2 2 3 8 0 0 ; 2 大地工程开发集团南京分公司, 江苏 南京2 1 0 0 0 0 ) 摘要: 采用人工气候环境加速混凝土内钢筋锈蚀 , 通过对粘结试件进行拉拔试验, 得到了试件的平均粘结应力一 平均滑移关系曲线 , 分析了钢筋锈蚀程度、 箍筋等对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响。结果发现: 随着钢筋锈蚀 程
2、度的增加, 粘结性能先略有提高而后减小; 箍筋对试件的粘结性能的影响很大。 关键词: 锈蚀钢筋; 粘结性能; 人工环境; 退化; 劈裂破坏 中图分类号: T U 3 7 5 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 7 0 0 3 Ex p e r i m e n t a l s t u d y o n de t e r i o r a t i o n o f b o n d b e h a v i o r b e t we e n c o r r o d e d s t e e l ba r s a n d c o n c r e t e
3、 J I ANG L i i e , MA Hu a n , Z HU F a n g z h i ( 1 D e p a r t m e n t o f A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e ri n g , S u q i a n C o l e g e , S u q i a n 2 2 3 8 0 0, C h i n a ; 2 D a d i E n gin e e r i n g D e v e l o p me n t G r o u p , N =j i n g 2 1 0 0 0 0 , C h i n a ) Abs t r a
4、c t: Ba s e d o n t h e p ul l o ut t e s t s o f b o n d b e ha v i o r be t we e n c o n c r e t e a n d s t e e l b a r s c o r r o de d t hr o u g h t h e a r t i fic i a l c l i ma t e a c c e l e r a t e d c o r r o s i o n t e c h n i q u e, t h e a v e r a g e b o n d s t r e s s s l i p c u
5、 we s a r e o b t a i n e d, t h e e ffe c t o f t h e d e g r e e o f c o r r o s i o n a n d s t i r r u p o n t h e b o n d b e h a v i o r a r e a n aly s e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t a s c o rr o s i o n d e g r e e i n c r e ase s , t h e bo n d s t r e n g t h e n h a n c e s i n i
6、 t i a l l y a n d t h e n d e t e rio r a t e s gra d u a l l y ; s t i r r u p h as a g r e a t i mp a c t o n t h e b o n d b e h a v i o r Ke y wo r d s : c o rrod e d s t e e l b a r s ; bo n d b e h a v i o r ; a a i fi e i al c l i ma t e; d e t e rio r a t i o n; s p l i t t i n g f a i l u
7、r e O 引 言 钢筋与混凝土间良好的粘结性能是实现钢筋与 混凝土界面处应力传递、 保证钢筋与混凝土共同工 作并协调变形 的前提。混凝土 内钢筋锈蚀后生成铁 锈 , 改变了钢筋与混凝土接触面的摩擦系数 , 因铁锈 体积增大引起混凝土开裂 , 削弱了钢筋 与混凝土之 间的粘结力 , 钢筋强度得不到充分发挥 , 直接影响混 凝土构件的承载力和使 用性能。因此 , 研究锈蚀钢 筋与混凝土粘结性能的退化规律 , 是混凝 土结构耐 久性研究中十分重要的问题 。 目前 , 国内外学者就锈蚀钢筋与混凝土粘结性 能的退化规律开展了大量的研究 引, 但研究中多采 用通 电法加速混凝土内钢筋锈蚀 , 而通 电条
8、件下 的 钢筋锈蚀在锈蚀机理和锈蚀特征上都和实际 自然环 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 0 7 - 2 8 作者简介: 蒋连接( 1 9 8 3一 ) , 男, 江苏徐州人, 硕士, 讲师, 主要从事 混凝 土结构耐久性方面的研究 。 基金项 目: 宿迁学院科研基 金项 目( 2 0 1 1 K Y 2 3 ) E ma i l : j i a n g l i a n j i e 1 9 8 3 1 2 6 c o rn 境 中劣化混凝土结构 中的钢筋锈蚀有一定差距 , 不 能反映 自然环境 中的真实锈蚀情况。因此 , 本文采 用更贴近真实锈蚀特征的人工气候环境加速混凝土 内钢筋锈蚀 ,
9、 通过对粘结试件进行单向拉拔试验 , 研 究锈蚀钢筋与混凝 土粘结性能 的退化规律 , 为服役 区受腐蚀混凝土基本构件的安全陛评估及维修加固 提供重要的理论依据。 1 试验研究 1 1 粘结试件设计 粘结试件尺寸为 2 0 0 m m x 1 5 0 m m x 8 0 mm, 如 图 1所示 , 混凝土设计强度等级为 C 2 0 , 实测混凝土 强度为2 3 M P a , 保护层厚度取 2 0 m m。粘结试件中 拉拔钢筋采 用直径 1 4 m m 的 HR B 3 3 5级 热轧带肋 钢筋 , 钢筋长 5 0 0 mm, 其中钢筋与混凝土问粘结长 度 8 0 m m, 自由端长 1 0
10、0 m m, 拔出端长 3 2 0 mm。对 于有箍筋粘结试件 , 在试件中部布置一道箍筋 , 箍筋 采用直径 6 mm的 H P B 2 3 5级热轧带肋钢筋 , 并在试 件另一侧设置 2 0 0 mm长 的架 立筋 以 固定箍筋 , 如 图 1 ( a ) 所示 ; 对于无箍筋粘结试件 , 仅在试 件 中设 2 0 1 2 N o 6 蒋连接, 等 : 锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化规律的试验研究 7l 置 1 根 尘l 4钢筋 , 如图 1 ( b ) 所示。 ( a ) 有箍筋试件 ( b ) 无箍筋试件 图 1 试件尺寸和配筋 F 1 Di a gr ammat i c s ke t
11、c h o f s pe c i m e n s a nd di s t bu t e d s t e e l 1 2试 件分 组 本试验主要考虑钢筋锈蚀程度 ( 用锈胀裂缝宽 度表征) 、 箍筋设置与否对锈蚀钢筋与混凝土粘结 性能的影响, 具体分组见表 1 。 表 1 粘结试件试验 分组 Ta b l e 1 Gr o u p o f b o n d s p e c i m e n s 1 3试件加速锈蚀方法 本试验采用内掺氯盐法加速钢筋锈蚀 , 即在浇 筑混凝 土试 件 时 通过 水 溶 加 入 水 泥 重 量 5 的 N a C 1 , 试件养护好后放人人工气候实验室 , 设定气候 室内
12、温度和湿度, 进行加速锈蚀。当试件的锈胀裂 缝宽度达到试验要求 , 移出人工气候室 , 进行单 向拉 拔试验。 1 4 试验加载装置及量测 内容 本试验采用图 2所示 的拉拔试验装置 , 利用电 液伺服万能试验机进行单 向加载。加载时 , 下夹头 固定不动 , 以 0 1 ra m ra i n的速度控制试验机上夹 头的位移 , 直至试件破坏 。试验中要量测试验力 P、 加载端和自由端钢筋与混凝土的相对滑移 S ; 、 s , 观 察试件表面裂缝 的产生 、 发展 , 观察 试件的破坏形 态。其中, 试验力 P通过伺 服机拉 压传感 器得到 , s i 、 s 通过在加载端与 自由端的钢筋表
13、面分别 固定 一 个位移计测量得到 , 试验数据由试验机采集系统 自动完成。 图 2 试验加载装置 F i g 2 Lo a d i n g d i a g r a mma tic s k e t c h 2 试验 结果分 析 2 1 平均粘结应力一 平均滑移 曲线及特征值 本文近似认为粘结段 的粘结应力是均匀分布 的, 在此前提下 , 将拉拔荷载 P转化为整个粘结段 上的平均粘结应力 r, 该值用拉拔荷载除以粘结段 钢筋表面积 , 即 r=P ( 耵 ) , 并将加载端和 自由端 的滑移值进行平 均, 即 S=( S ; +s ) 2 , 由此绘制平 均粘结应力 平均滑移关系曲线 , 部分试
14、件的平均粘 结应力平 均滑移关系曲线如图 3所示 。 0 2 4 6 8 1 0 相 对滑 移 m m ( a ) 试件A3 2 4 6 8 1 0 相对滑移 r a m ( b ) 试件B3 图3 试件的平均粘结应力一 平均滑移关系曲线 Fi g 3 Av e r ag e bo nd- s l i p c ur v e o f bo nd s pe c im e ns 通过分析粘结试件的平均粘结应 力一 平均滑移 关系曲线 , 将其近似划分为线性滑移段、 劈裂段 、 下 降段和残余段。根据曲线的临界转折点定义 3个粘 结强度特征值 : 劈裂强度 丁 。 ( 劈裂强度 为 自由端 出现滑移时
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