钢筋与再生及普通混凝土黏结性能退化的对比研究.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 5 期 (总 第 2 7 1 期 ) Nu mb 5 i n 2 0 1 2 ( T 0 t a 1 No 2 7 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE 0RETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 0 4 钢筋与再生及普通混凝土黏结性能退化的对比研究 吴亢 。马开宇 ,赵羽习 ( 1 浙江大学 结构工程研究所,浙江 杭州 3 1 0 0 5 8 ; 2 广厦建设集团有限责任公司,浙江 杭州 3 1 0 0 5 8 ) 摘要: 为了
2、研究锈蚀钢筋与再生及普通混凝土的黏结性能退化的差异, 通过电化学方法, 得到了6 种不同钢筋锈蚀率的再生及普通混 凝土试件 ; 采用拔 出试验方法 , 对比分析 了锈蚀对 2种混凝土试件黏结性 能退化规律的差别。 结果表明 : 再生混凝 土的相对极 限黏结强度 和黏结刚度均较普通混凝土低; 随着钢筋锈蚀率增加, 两种试件的极限滑移量的差别逐渐增大; 再生混凝土试件开裂时刻较普通混凝土 试件早 , 且一旦保护层开裂后 , 再生混凝土的裂缝宽度较普通混凝土稍大。 关键词 : 再生混凝土 ;钢筋锈蚀 ;黏结 ;退化 中图分类号: T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0
3、2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 1 2 0 4 Com p ar i s on on b ond de gr a di o n of r e i n f or ce d r e c yc l e d an d n or mal c on cr e t e W U Ka n g , MA Ka i - y u 2 , ZHAO Yu x i ( 1 I n s t i t u t eo f S t r u c tur a l E n g i n e e r i n g , Z h e j i a n gU n i v e r s it y , H a n g z h
4、o u 3 1 0 0 5 8 , C h i n a 2 G u a n g s h aC o n s t r u c t i o nG r o u pC o L t d , H a n g z h o u 3 1 0 0 5 8 , C h i n a ) Abs t r a c t : Th e r e s ul t s o f a n e x p e r i me n t a l s tud y c o mp a rin g b o n d d e g r a d a t i o n o f r e i n f o r c e d r e c y c l e d a nd n o r
5、ma l c o n c r e t e we r e r e p vr t e d Re b a r c o r - r o s i o n we re c o n t r o l l e d b y t h e e l e c t r o c h e mi s t r y a c c e l e r a t e d me tho d t o s i x d e gr e e s b o t h i n r e c y c l e d c o nc r e t e s p e c i m e n s a n d n o r ma l c o n c r e t e o ne s T h e
6、n p ul l o u t t e s t s we r e c o nd u c t e d t o i n v e s t i g a t e t b e e f f e c t o f c o r r o s i o n o n b o n d d e g r a d a t i o n Th e res u l t s i n d i c a t e d t h a t b o t h b o n d s t i f f n e s s a n d rel a t i v e u l t i ma t eb o n d s t r e n g t ho f r e c y c l e
7、 d s p e c i me ns a r el o we rt h a nt h os eo f n o r ma l o n e s Wi t ht h ei n c r e a s i n g r e b a r c o rro s i o n, t h ed i ffe r e n c e o f t h eu l t i ma t e s l i p o f the t wo t y p e s o f s p e c i m e n s be c o m e s l a r g e r I t wa s f o u nd t h at r e c y c l e d s p e
8、c i m e n s c r a c k e a r l i e r t h a n n o r ma l o n e s a n d h a v e l a r g e r c r a c k wi d t h Ke y wor ds : r e c y c l e d c o nc r e t e; c o rro s i o n; b o n d; d e g r a d a t i o n 0 引言 钢筋与混凝土之间良好的黏结 , 是钢筋混凝土结构中这两 种材料能协调工作, 并保持结构整体服役性能达到要求的重要 保障。 已有研究 揭示了对于变形钢筋而言, 钢筋肋与 昆 凝土之 间的机
9、械咬合力是其黏结承载力的主要组成部分。 当结构中钢 筋发生锈蚀 以后, 钢筋与混凝土的黏结情况会发生很大变化。 钢筋锈蚀不但会导致钢筋的横截面积减小, 且钢筋混凝土表面 产生 的锈蚀产物 , 会 改变 钢筋 与混凝土接触面上 的化学胶着力 和摩擦力 , 锈蚀的钢筋横肋会降低钢筋与混凝土的机械咬合力, 锈蚀产物膨胀产生的劈裂应力引起保护层开裂也会降低混凝 土对钢筋的约束作用, 这些因素的共同作用, 最终会使钢筋与 混凝土 间的黏结性能发生退化 , 从 而影 响结 构服役性能 。 因此 , 锈蚀钢筋与混凝土的黏结性能混凝土结构性能研究的重要组 成部分, 也是混凝土结构耐久性的重要研究内容之一。 正
10、因为该问题的如此重要, 近几十年以来, 国内外学者在锈 蚀钢筋和混凝土的黏结问题做了大量的研究工作 , 主要研究了 锈蚀对钢筋与混凝土黏结极限承载力的影响, 锈蚀钢筋与混凝土黏 结性能退化规律等方面。 大多数研究表明, 对于变形钢筋, 当钢筋 锈蚀率较小时, 钢筋与混凝土的黏结承载力会随着锈蚀率增加略有 提高, 当锈蚀率较大时, 其黏结承载力会随着锈蚀率增加而降低。 收稿 日期 :2 0 1 1 一 l 1 3 O 基金项 目:浙江省住房与城 乡建设厅项 目( 1 0 1 1 ) 1 2 再生混凝土是指将废弃混凝土块经过破碎 、 清洗 、 分级后 形成的再生骨料, 部分或全部取代天然骨料配制而
11、成的混凝土。 关于再生混凝土与钢筋间的黏结性能 , 目前的研究主要集中于 未锈蚀试件, 肖建庄 】 、 胡琼 通过试验研究指出再生混凝土与 钢筋间的黏结强度受再生粗骨料取代率和钢筋类型影响较大, C h o i 坝4 发现水灰 比也 有较 大影 响。 对 于锈蚀 钢筋与再生混凝 土的黏结性能, 目前的研究较少, 肖建庄的研究指出再生混凝 土与钢筋之间的黏结强度退化与普通 昆 凝土的黏结性能退化 规律类似, 均有一个先上升后快速下降的过程。 应该看到, 关于 再生混凝土结构与普通混凝土结构黏结性能时变劣化规律的 研究数据不多, 相关工作还有待深入进行。 本研究采用拔 出试验方法 , 研究再 生混
12、凝土试件 和普 通混 凝土试 件黏结性能 的差异 , 包括 : 钢筋锈 蚀对两种混凝土试件 黏结性能的影响和两种混凝土试件的黏结性能退化规律。 本研 究有助于掌握再生混凝土结构黏结性能时变劣化规律, 研究其 与普通混凝土时变规律之间的差异性及其机理, 为再生混凝土 的工程应用提供理论指导。 1 试验设计 1 1 材料 试件浇筑均用 P O 4 2 5级水泥, 砂为普通黄砂, 所采用的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天然骨料与再生骨料的物理性质如表 1 所示。 试件浇筑前对再 生骨料进行预吸水处理, 混凝土配合 比如表 2所示 , 其中再 生 昆 凝土中再生骨料
13、取代率为 5 0 。 混凝土轴心抗压强度用 1 5 0 mmx l 5 0 m mx l 5 0 r n l n标准立方体试块 , 试验钢筋直径均为 1 8 T n n l , 钢筋采用屈服强度为 3 5 7 5 l l V a 的 H R B 3 3 5钢筋。 表 1 天然骨料与再生骨料的物理性质 混凝土 w( 水)c ( 水泥)s ( 砂)N c A ( 天然 R C A ( 再生 立方体抗压 类型 k g k g k g 骨料) 骨料) k g 强度 MP a 1 2试件 本试验试件的制作参照 GB 5 0 1 2 5 2 -9 2 混凝土结构试验 方法标准 : 钢筋长度为 5 0 0
14、i r l l Y l , 试件浇筑时, 试件中无黏结部 分采用硬质的光滑 P V C套管套住钢筋, 套管末端与钢筋之间孑 L 隙用油灰封闭。 试件中预埋一不锈钢片 1 2 0 mmx 3 0 mmx 0 2 i n i n 以便于采用电渗法加速钢筋锈蚀( 参见 2 1 节) , 如图 1 所示。 系 列 0 0 D为普通混凝土试件 , 系列 5 0 一 D为再生混凝土试件, 每个 系列有 6 个试件。 钢片 不锈钢 片 图 1 试件尺寸( 单位: mm) f b ) 加速时间内钢筋锈蚀的通电装置示意图 图 2加速锈 蚀装置 图 拔 出试件 千分表 图 3 加载装置 能试验机进行加载, 为了测
15、量拔出试验中钢筋滑移量, 在拔出 试件钢筋 自由端和加载端处分别布置两个千分表, 在加载试验 前先进行预加载, 预加载的大小为估算拔出最大力的 5 。 2 试验方法 3 试验结果与分析 2 1加 速 锈 蚀 采用“ 电渗一 恒电流一 干湿循环” 法 叻口 速钢筋锈蚀。 首先, 采用 电渗方法加速氯离子渗入试件: 将吸水海绵和不锈钢网布置在受拉 钢筋附近; 混凝土中预埋不锈钢片用导线与稳压电流电源正极连接, 不锈钢片用导线与稳压电流电源正极连接, 不锈钢网用导线和电源 负极连接; 用 |5 的Na C 1 溶液充分润湿吸水海绵 2 4 h 开启直流电 源进行通电试验; 通电期间用 5 的Na C
16、 1 溶液充分润湿, 并保持 电压为3 0 v恒定值。 然后, 对试件进行干湿循环: 混凝土中需锈蚀 钢筋用导线与直流电源正极连接, 不锈钢网用导线与电源负极连接, 采用干 3 d , 湿 4d的循环方案 , 干态时通电停止, 湿态时通电开 始, 由此获得不同的钢筋锈蚀程度。 试验装置如图2所示。 2 2 加 栽方 法 本试 验采用 的拔 出装 置如图 3所示 。 用 WE 1 0 0型液压万 3 1 试验 结果 表 3中给出了各组试件的钢筋锈蚀率 叼 、最大裂缝宽度 ,平均裂缝宽度 一极限黏结强度和破坏类型。 3 2 破坏 形式 试件0 0 D 0 、 0 0 D 1 和 5 0 一 D一
17、0 为拔出破坏, 当荷载达到最大 时, 钢筋直接从混凝土中拔出, 钢筋肋间充满混凝土粉末, 5 0 D 0 破坏后钢筋肋间的细小粉末更多, 说明再生混凝土中水泥砂浆 层更脆。 而除此外其余试件均为劈裂破坏 , 两种混凝土的破坏 形式较为类似。 有所不同的是 , o 0 D 3试件有部分骨料与水泥 砂浆层剥离 , 说明骨料与旧砂浆层的黏结力较弱, 再生混凝土 与钢筋间的咬合作用较弱。 3 3 黏 结应 力 滑移 关 系 定义所测自由端滑移和加载端滑移的平均值为平均滑移 s , 】 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 试 验结果汇总 钢筋 与混凝土 的平均黏
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