化冰盐对钢筋混凝土梁承载力影响的研究.pdf

杜永峰等 ： 化 冰盐 对钢筋混凝土梁承载力 影响的研究 化冰盐对 钢筋混凝 土梁承载力影 响 的研 究 杜永峰 。 ， ( 1 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾工程研究 中心 。 兰州 乔琪 7 3 0 0 5 0； 2 兰州理工大 学防震减灾研究所 ， 兰州7 3 0 0 5 0 ) 【 摘要】 采用锈蚀和冻融两种环境的叠加来模拟化冰盐环境， 通过对相同锈蚀条件下冻融梁和非冻融梁 的对比试验， 研究化冰盐环境下钢筋混凝土梁剩余承载力的退化。结果表明 ， 模拟的化冰盐环境下， 经受冻融循 环的试验梁比非冻融循环试验梁承载力下降了 1 3 6 ， 化冰盐环境下的冻融破坏对钢筋混凝土结构物的性能退 化影响不容忽视。 【 关键词】 钢筋混凝土； 锈蚀； 冻融； 化冰盐环境 ； 剩余承载力 【 中图分类号】 T U 3 7 5 0 3 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 o 0 1 0 3 EXPER ENTAL STUDY oN DETERI oRATI oN oF LoAD BEARD G CAPACI TY oF RE肿oRCED CoNCRETE B R) GE DUE To DE I C G S ALT D U Y o n g f e n g - Q I A O Q i ( 1 We s t e r n E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f D i s a s t e r M i t i g a t i o n i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， L a n z h o u Uni v o f Te c h，L a n z h o u 73 0 05 0，Ch i n a；2 I ns t i t u t e o f Ea r t h q u a k e P r o t e c t i o n a n d D i s a s t e r Mi t i g a t i o n ， L a n z h o u U n i v o f T e c h ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Us i n g t he s up e r p o s i t i o n o f t h e c o r r o s i o n a n d f r e e z e t h a w c y c l e s e n v i r o n me n t t o s i mu l a t e t he d e i c i ng s a l t e nv i r o n me n t b a s e d o n t e s t i n g o f fre e z e t ha w c y c l e s b e a ms a n d c o mpa r i s o n wi t l l n o n f r e e z e t ha w c y c l e s b e a ms i n t h e s a me c o r r o s i o n c o nd i t i o n s ，t h e d e g r a d a t i o n o f r e s i d u a l l o a di n g c a p a c i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n d e i c i n g s a l t e n v i r o n me n t wa s s t ud i e dTh e r e s u l t s s h o w tha t i n t he de i c i ng s a l t e n v i r o n me n t ，c o mp a r e d wi t h n o n fr e e z e t h a w c y c l e s b e a ms， t h e r e s i d u a l l o a d i n g c a p a c i ty o f f r e e z e t h a w c y c l e s b e a ms de c l i n e d b y 1 3 6 p e r c e nt ，a n d t h e da ma g e o f fre e z e t h a w c y c l e s t o de t e r i o r a t e r e i n f o r c e d s t r u c t u r e f u n c t i o n c a n n o t b e i g n o r e d i n d e i c i n g s a l t e n v i r o n me n t Ke y wo r d s： r e i n f o r c e d c o n c r e t e ； c o r r o s i o n ； f r e e z e tha w c y c l e s；d e i c i n g s a l t e n v i r o n me n t ；r e s i d u a l l o a d i n g c a p a c i t y 0 前言 近年来 ， 国内外连续发生多次低温、 雨雪、 冰冻等 自然 灾害天气 。2 0 0 8年初发生在我 国的那场 冰冻灾 害就造 成 了 多处铁路 、 公路 、 民航交 通 中断 。为 了实现 应 急融 雪 ， 尽 快 恢 复交通 ， 国 际上通 行 的做法 是 使用 氯盐 类 的 融雪 剂 。在 国际上 通称氯盐类融 雪剂为 “ 化冰盐 ” ( D e i c i n g S a l t ) 。在冰 冻灾害等极端天气条件下， 采用化冰盐解除道路交通危机 是不得已而采取的应急之举 ， 对于解救被困人员和车辆是 有效果的， 代价也相对比较小。但另一方面， 化冰盐对路、 桥结构物耐久性的影响也是不容忽视的事实。特别是对于 冰 冻灾害沿线 的钢 筋混 凝土 桥 梁结构 的 严重 损 害 ， 已经引 起了结构和桥梁工程师及研究人员的广泛关注。多年来， 人们对 此问题进 行 了大 量 的研究 ， 但 多 数研 究 工作 仅仅 探 讨了氯盐锈蚀钢筋对钢筋t 昆 凝土结构物承载力的降低 一 ，并未考虑冰雪天气的冻融对其造成的综合影响。事实上， 基 金项 目 国家 自然科 学基金 资助项 目( 5 0 7 7 8 0 8 7 ) 钢筋锈蚀只是反映了化冰盐对钢筋混凝土桥梁结构 的耐久 性和承载能力不利影响的一个方面。本文介绍了化冰盐 、 冻融循环对钢筋混凝土桥梁的承载力性能影响的模型试验 研究 。 1试验概 况 1 1试验原材料 水泥： 甘肃寿鹿山牌 4 2 5级普通硅酸盐水泥； 细骨料 ： 兰州河砂 ， 细度模数为 2 7 2 ； 粗骨料： 东乡达板卵石， 粒径为 5 2 0 mm； 拌和水 ： 自来水 ； 钢筋 ： 受拉钢筋采 用1 2 m m螺 纹 钢筋 ； 箍筋、 架立钢筋采用 q b 8 m m光圆钢筋。 1 2试验梁设计 本试验制作了八根梁， B e a m 01 ， B e a m O一 2 ，B e a ml 一 ( 1 3 ) ， B e a m 2一( 1 3 ) ， ( 1 3 ) 分别代表钢筋锈蚀率( 质 量锈 蚀率 ) 为 2 5 ， 5 0 ， 7 5 。B e a m O组为 参考 梁， B e a ml 组梁为恒电流加速锈蚀梁， B e a m 2组梁为拟化冰盐环 2 低温建筑技术 2 0 1 0 年第7期( 总第 1 4 5 期) 境下锈蚀冻融梁。B e a m l 、 B e a m 2组梁下部两根受拉钢筋两 端伸出5 0 ra m用于接电源锈蚀。为防止箍筋锈蚀 ， 在箍筋角 部与纵向钢筋相接触的区域缠裹电工黑胶布并涂抹环氧树 脂。试验梁尺寸为 bh x Z =1 0 0 ra m x1 5 0 ra m1 1 0 0 m m， 采 用简支梁形式， 跨度 9 0 0 mm。主筋混凝土保护层厚度为 2 5 mm 。混凝土配合比为： 水泥：砂：卵石：水 =1 ：1 8 4 ： 2 6 4 ：0 4 8 。梁具体尺寸和配筋见图 1 。 图1 锈蚀粱尺寸和配筋 1 3 试验梁的侵蚀方法 锈蚀试验是在一个方砖 围成 的铺 厚塑料布 的水 池 中进 行的。池中采用浓度为 3 5 N a C 1 溶液。锈蚀前将梁浸泡 4天 ， 以增 加混 凝土 的导 电性。恒电流加 速锈蚀 时 ， 将溶 液 高度降到刚好浸没钢筋混凝土梁底面。试验梁受拉主筋接 直流电源正极作为阳极； 置于梁下部、 浸泡在溶液中的不锈 钢棒接电源负极作为阴极。两组钢筋混凝土梁的侵蚀试 验 ， B e a m l组采用恒电流锈蚀法使三根梁下部受拉纵筋锈蚀 程度分别达到 2 5 ， 5 O ， 7 5 ； B e a m 2组三根梁下部受 拉纵筋锈蚀程度分别达到 2 5 ， 5 ， 7 5 后， 在梁上部人 工喷洒饱和盐水 ， 然后按照 G B J 8 28 5 普通混凝土长期性 能和耐久性能试验方法 中“ 慢冻法” 进行 l 0次冻融循环， 一 个循环为8 h ， 冻 、 融各 4 h ， 从而模拟化冰盐环境。 1 4 锈蚀冻融后试验梁裂缝观测 锈蚀后 ， 试验梁 B e a r n l 一1 ， B e a m 21 ， 梁体两侧沿纵筋 方向出现 了断断续 续 的顺 筋裂缝 ， 裂缝宽 度为 0 1 0 2 ram；B e a ml一 2 ， B e a m 2 2 ， 梁体两侧沿纵筋部位出现了 贯通 的 顺 筋 裂 缝 ， 裂 缝 宽 度 为 0 20 4 m m； B e a ml一3 ， B e a m 2 3 ， 梁体两侧沿纵筋部位出现贯通的顺筋裂缝 ， 裂缝 宽度为0 2o 8 ram。总的趋势是 ， 随着钢筋锈蚀程度增 加， 顺筋裂缝宽度增大。但经冻融后 的试验梁裂缝宽度并 未有明显改变， 说明 1 0次冻融对于裂缝的开展没有影响。 但这并不排除裂缝会随着冻融次数的增加而有新的变化 ， 这一问题有待进一步研究。 1 5 试验梁的过程量测 在试验梁跨 中及两端支座处分别安装位移计测量位 移， 采用四点弯曲法分级加载 ， 加载过程中采用静态位移测 量仪数据采集系统记录位移数值变化， 电子裂缝测宽仪量 测裂缝宽度， 手工记录裂缝的开展情况。 2 结果与分析 2 1 裂缝分布及开展情况 持续荷载作用下， 试验梁 B e a m( 1 ， 2 )一1 ， 沿纵筋裂缝 宽度增大为 0 2 0 4 m m；B e a m( 1 ， 2 )一2 ， 沿纵筋裂缝 宽度 增大为0 4 0 8 m m； B e a m( 1 ， 2 )一 3 ， 沿纵筋裂缝宽度增大 为0 41 2 ra m。钢筋混凝土梁在纯弯段陆续出现了竖向 裂缝 ， 一般为4 6条， 两侧弯剪段出现4 5 。 斜裂缝， 一般为2 3条。不少研究者也做过钢筋锈蚀梁试验研究， 结果表 明， 随着钢筋锈蚀率的增加， 钢筋混凝土梁的受弯破坏形态 从适筋破坏转变为脆性破坏 】 。但此次试验梁的破坏形 式都为适筋破坏， 这与此次试验梁采用较低锈蚀率有关。 2 2 冻融对钢筋锈蚀梁的影响 试验梁共计 8 根， B e a m O一( 1 2 ) 参考梁的荷载均值作 为极限荷载参考值 ， 由表 1可知 ： ( 1 ) 随着锈蚀率的增加， 钢筋混凝土梁剩余承载力降 低。对于 B e a ml 组梁， 随着锈蚀率由2 5 增大到 7 5 ， 锈 蚀梁剩余承载力减至参考梁承载力均值的 6 5 。本次试验 结果与大部分研究者的结论相同 l3 】 。但也有研究者发 现， 对于低锈蚀率( 锈蚀率为 I 4 时) 的试验梁 ， 承载能力 会有一定程度的提高， 归因于低锈蚀提高了钢筋与混凝土 之间的粘结力 。 ( 2 ) 相对于参考梁极限荷载平均值， 对比相同锈蚀率 的冻融梁与非冻融梁。锈蚀率 为 2 5 时 ， 冻融梁 比非冻 融 梁剩余承载力下降了 1 1 ； 锈蚀率为 5 0 时， 冻融梁比非 冻融梁剩余承载力下降了5 8 ， 锈蚀率为 7 5 时， 冻融梁 比非冻融梁剩余承载力下降了8 8 。可见， 冻融对于钢筋 锈蚀梁剩余承载力的影响会随着钢筋锈蚀率的增加而增 大。由图 2可以直观的看出， 相同锈蚀率下， 冻融对锈蚀梁 的影响。 表 1 试 验 梁 结 果 表中： P u 叁 为 B e a m 0 组参考粱极限荷载平均值。P 冻降 为相同锈蚀条件， 经受冻融后极限荷载下降值。P 锈为相同锈蚀条件， 仅受钢筋锈蚀的粱极限 荷载。 水 苗 锈蚀率， +非冻融 十冻融 注：B 代表梁的剩余承载力 占参考梁承载力的百分比 图2 冻融粱与非冻融粱承载力对 比图 3结语 ( 1 ) 化冰盐这种特殊环境下， 钢筋混凝土结构物的承 田 林等： 骨架密实型水泥稳定级配碎石的干缩特性 3 骨架密 实型水 泥稳定 级配碎 石 的干缩特性 田林 ， 冯德成 ( 哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院 。 哈尔滨1 5 0 0 9 0) 【 摘要】 采用千分表测量方法 ， 对骨架密实型水泥稳定级配碎石的干缩特性进行了研究。结果表明： 水泥 剂量、 压实度、 含水量 、 环境因素都对骨架密实型水泥稳定级配碎石的干缩特性有重要影响。合理控制水泥剂量 、 压实度与含水量， 可以有效减少水泥稳定级配碎石的干缩开裂。研究结果对于控制半刚性基层开裂有较大的应 用价值。 【 关键词】 骨架密实型结构 ； 水泥稳定级配碎石 ； 干缩 【 中图分类号】 T U 5 2 8 4 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 0 3 0 3 STUDY oN EVAPoRATI oN SHI UNKAGE oF CEM ENT S TAB I ZED GRADED SToNE W I TH FRAM EW oRK AND DENSE STRUCTURE T I AN Li n， FENG De c he n g ( S c h o o l o f T r a n s p o r t a t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ，H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，H a r b i n 1 5 0 0 9 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： W e s t u d y t h e e v a p o r a t i o n s h r i n k a g e c h a r a c t e ris t i c o f c e me nt s t a b i l i z e d g r a de d s t o n e wi t h f r a me wo r k a n d de n s e s t r u c t u r e u s i n g the mi c r o me t e r d e v i c e Th e t e s t r e s u l t s s h o w tha t c e me n t d o s a g e， de gre e o f c o mp a c t i o n， wa t e r c o nt e n t a n d c i r c u ms t a n c e a l l ha v e i mp o r t a n t e f f e c t s o n the e v a p o r a t i o n s hrin k a g e c h a r a c t e ris t i c o f c e me n t s t a bi l i z e d g r a d e d s t o n e Re a s o n a b l e c e me n t d o s a g e，de gre e o f c o n pa c t i o n a nd wa t e r c o n t e n t c o u l d r e d u c e t he s hrin ka g e c r a c k o f c e me n t s t a b i l i z e d gra de d s t o n e e ffe c t i v e l y Th e r e s u l t s c a n b e o f gre a t a p p l i c a t i o n v a l u e t o c o n t r o l the c r a c k o f s e mi rig i d b a s e Ke y wor ds： f r a me wo r k a nd d e ns e s t r u c t u r e；c e me n t s t a bi l i z e d gra d e d s t o n e；e v a po r a t i o n s h rin k a g e 伴随着我国高速公路 的跨越式发展， 半刚性基层沥青 路面以其承载力高、 造价低的优势 ， 成为了我 国高等级公路 沥青路面的主要结构形式。但不容忽视的是， 当前许多高 速公路的基层在运营一段时间之后， 都出现了半刚性基层 开裂、 碎裂， 甚至退化为类碎石土结构层的情况， 在地质条 件、 水温环境十分复杂的东北地区， 这一问题更加突出。已 有经验表明， 骨架一密实型半刚性材料， 往往具有较低的干 缩与温缩特 性 。半 刚性 材料 干缩 的影 响 因素 十分 复杂 ， 往 往是多场耦合作用 ， 理论难度非常大， 采用试验研究是当前 最为合适的一种方法。半刚性材料的干缩主要由水泥及水 泥砂浆的干缩所致， 因此半刚性基层材料 的干缩程度与水 泥品种及用量 、 单 位用水 量和集 料级配 有关 。混 合料 中 ， 粗 载力退化 不能仅仅 考 虑钢 筋 锈 蚀 的影 响， 还 需要 综合 考 虑 多重因素的叠加效应 ， 其 中冻融这一因素不容忽视。试验 证明， 研究化冰盐环境下钢筋混凝土结构物性能退化时必 须考虑冻融这一因素才能较真实的模拟化冰盐环境。 ( 2 ) 在相对较低的锈蚀率下 ， 冻融梁与非冻融梁的破 坏形式基本相同， 都为典型适筋破坏。 ( 3 ) 对于同一锈蚀率 ， 不同冻融环境的影响， 还需要 进一步的研究。这样才能更好的研究化冰盐这一特殊环境 下 ， 钢筋混凝 土结 构物的性能退化 规律。 参考 文献 1 袁迎 曙 ， 贾萍 ， 蔡跃 锈蚀钢筋混凝土梁 的结构性 能退化模 型 J 土木 】 ： 程学 报 ， 2 0 0 1 ， 3 4 ( 3 ) ： 4 75 2 2 吴庆 ， 章 鑫森 通 电锈蚀 钢筋混凝 土梁结构性 能退 化的试验 研究 J 安徽理工大学学报 ， 2 0 0 4， 2 4 ( 4 )： 1 61 9 3 金伟 良， 赵羽 习 锈蚀 钢 筋混 凝 土梁抗 弯 强度 的试 验 研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 5 ) ： 9一l 1 4 何世钦， 贡金鑫 负载钢筋混凝士梁钢筋锈蚀及使用性能试 验研究 J 东南大学学报， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 4 ) ： 4 7 4 4 7 9 5 Ma n g a t P S ， E l g a r f M S F l e x u r a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e b e a ms w i t h c o r r o d i n g r e i n f o r c e m e n t J A C I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 1 9 9 9， 9 6 ( 1 ) ： 1 4 91 5 8 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 0 9 作者 简介 杜永峰 ( 1 9 6 2一)， 男 ， 甘肃正宁人 ， 教授 ， 博导 ， 博 士 ， 从 事防震 减灾 和结构工程研究 。