环境与荷载共同作用下混凝土内钢筋锈蚀特征分析.pdf

2 0 1 3 年 第 2 期 (总 第 2 8 0 期 ) N u mb e r 2 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL R ES EARCH 环境与荷载共同作用下混凝土内钢筋锈蚀特征分析 乔荣超 1 2 ，徐亦冬 ，孙家瑛 1 l2 ，杨骁 ( 1 上海大学 土木工程系，上海 2 0 0 0 4 2 ；2 浙江大学 宁波理工学院 绿色建材与废弃物资源化研究中心 ，浙江 宁波 3 1 5 1 0 0 ) 摘要 ： 通过人工模拟不同腐蚀环境， 研究了混凝土内部钢筋在环境一 荷载共同作用下的锈蚀特征。 运用体视显微镜 、 扫描电镜、 电 子探针微区分析等手段 ， 研究了混凝土与锈蚀钢筋界面锈蚀层的细微观结构及元素分布特征。 研究表明： 混凝土与锈蚀钢筋界面 存在明显过渡层。 荷载一 杂散电流一 氯盐溶液腐蚀试件锈蚀层 S E M 形貌呈散粒状结构 ， 而荷载一 碳化腐蚀试件锈蚀层 S E M形貌呈 紧密排列的连续片状结构。 过渡层被铁锈和水泥水化产物的混合物所充满 ， 是锈蚀产物和水泥基体相互渗透的结果。 关键词 ： 荷载 一 环境 ；锈蚀层 ；细微观结构；元素分布 中图分类号： T U5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 2 8 0 4 C or r o s i o n c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e s t e e I b a r i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e u n d e r s i m u l t a n e o u s i n t e r a c t i on b e t w e e n e n v i r o n m e n t f a cto r s a n d l o a d i n g Q， AORo n g - c h a o ， XUY i d 0 玎 g ， S U NJ i a - y i n g ， Y ANGXi a o ( 1 De p a r t me n t o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ， S h a n g h a i Un i v e r s i t y ， S h ang h a i 2 0 0 0 4 2C h i n a ； 2 Re s e a r c hC e n t e r o f Gr e e nB u i l d i n g Ma t e r i a l s a n d Wa s t e R e s o u r c e s R e u s e ， N i n g b o I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y Z h e j i a n g U n i v e r s i ty， N i n g b o 3 1 5 1 0 0 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： The c ha r a c t e r i s t i c s o f c o r r o s i o n s t e e 1 ba r s i n t he r e i nf o r c e d c o n c r e t e we r e i n ve s t i g a t e d u nd e r t h e s i mul t a n e o u s i n t e r a c t i o n o f l o a d i n g a n d e n vi r o n me n t f a c t o r s i n wh i c h t he d i f f e r e n t e n v i r o nme nt f a c t o r s we r e s i mul a t e d wi t h a r t i fic i a l e n v i r o n me n t Se ve r a l e x p e r i me n t a l t e c h ni q u e s s u c h a s S t e r e o Mr o s c o p e s S EM a n d EDXA we r e u s e d t o a n a l y z e the me s o mi c r os c o pi c s t r u c tur e s a n d e l e me n t d i s t r i 1 ) u t i o n s of t h e c or r o s i o n l a y e r b e t we e n the c o n c r e t e a n d s t e e l b a r I t wa s s ho we d tha t t h e r e e x i s t s o b vi o us l y a t r a ns i t i o n 1 a y e r b e t we e n the s t e e l a n d c o nc r e t e， a nd t h e c o r r os i o n l a y e r o f the l oa d i n g s t r a y c u r r e nt a n d c h l o r i d e c o u p l e d i nte r a c t i o n p r e s e nt s a g r a nu l a r s t r uc tur e， wh i l e the c o rros i o n l a ye r o ft he l o a d i n g c a r b o na t i o n c o u pl e d i nte r a c t i o n p r e s e n t s a c l o s e l y p a c ke d l a mi na t e d s t r u c t u r e Th e t r an s i t i o n l a ye r wa s f u l l o f t he mi x t u r e s of c o r r o s i o n a nd c e me n t h y d r a t i o n p r o d u c t s a s a r e s ul t o ft he i r pe ne t r a t i o n i n t o e a c h o t he r Ke y w or ds： l oa di n g e n v i r o n me n t ； c o r r os i o n l a y e r ； me s o mi c r o s c o pi c s t r u c tur e； e l e me n t di s t r i b ut i o n 0 引言 混凝土结构是世界上用途最广 的结构形式 ， 由于混凝 土结构材料 自身和使 用环境的特点 ， 使得混凝土结构耐久 性成为土木工程界关心的重点 问题 。 在实 际工程 中， 混凝 土结构是在外部 环境_ 1 _ ( 杂散电流 、 氯离子 、 碳化等 ) 侵蚀 和荷 载共 同作用下服役 的， 国内外学者逐渐认识 到 ， 仅考 虑环境 因素对混凝土结构耐久性 的影响很难全面反映出 实际工程 中混凝土结构耐久性 的退化规律 _3 J ， 因此考虑荷 载一 环境因素耦合作用对混凝土结构耐久性的影响已十分 必要。 余江等 研究了混凝土内部钢筋锈胀开裂后裂缝中 铁锈的分布情况； 张俊芝等同 通过模拟人工气候环境因素， 研究了荷载作用对钢筋初始锈蚀 时间的影响 ， 并预测 了受 压区钢筋混凝土梁 的初始锈蚀时间 ； 藤海文等同 研究 了不 同荷载水平作用下杂散电流和氯盐侵蚀对钢筋锈蚀的影 响规律 ， 并建立 了锈蚀时间与钢筋锈蚀量 的定量模型 ； 施锦 杰等 研究了弯曲荷载与氯盐耦合作用对加速钢筋锈蚀的 规律和机理 ， 并系统测试 了在耦合作用下钢筋锈蚀速度 ， 预 测 了混凝土保护层开裂 时间； 姬永生等 研究 了氯盐 和碳 化环境下钢筋锈蚀层 的细观结构和发展趋势 ， 描述了钢筋 与混凝土之 间过渡区形貌特征 ； 董荣珍等唧 对钢筋锈蚀破 坏后 的混凝土样品进行 了宏观和微观分析 ， 研究了锈胀裂 缝的扩展状态和锈蚀产物在钢筋混凝土界面处的分布状 态 ； 袁迎曙等 通过对锈蚀层形成 、 发展及细观结构分析 ， 研究了钢筋锈蚀量分布规律， 并提出了锈蚀量分布模型。 混凝土结构宏观性能的变化都是由内部微观结构变 化引起的， 因此对环境一 荷载共同作用下混凝土内部钢筋 锈蚀产物在界面处的发展以及锈蚀产物的元素分布分析， 已成为理论分析的必要基础 。 上述学者对不同环境作用下 钢筋锈蚀都做了一些研究， 但是对荷载与环境共同作用下， 收稿日期：2 0 1 2 0 7 0 8 基金项目： 同家自然科学基金资助项目( 5 1 0 0 8 2 7 6 ) ； 宁波市自然科学基金资助项目【 2 0 1 1 A 6 1 0 0 7 5 ) ； 宁波市“ 沿海_T程结构安全与耐久性科 技创新团队” 项 闷( 2 0 1 1 B 8 1 0 0 5 ) 2 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m