锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究

柴 敏

（福建江夏学院工程学院，福建福州，350108）

锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究

柴 敏

（福建江夏学院工程学院，福建福州，350108）

对锈蚀钢筋钢纤维混凝土简支梁进行斜截面抗剪承载力试验，考察钢纤维体积率、钢筋锈蚀率对钢筋钢纤维混凝土梁抗剪承载力、裂缝开展的影响。试验结果表明，梁的承载力随着钢纤维体积率的增加而增大，随着钢筋锈蚀率的增加而减小；钢纤维有明显的阻裂作用；钢筋锈蚀基本不改变梁的破坏形态。通过试验分析，得出钢筋锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁斜截面承载力计算式，可为工程实践提供参考。

钢纤维体积率；钢筋锈蚀；抗剪承载力

混凝土结构的耐久性是世界范围内普遍存在的问题，尤其是钢筋锈蚀对结构耐久性的影响已成为混凝土结构剩余寿命预测的关键性问题。［1，2］目前，国内外对钢筋锈蚀混凝土构件的正截面抗弯研究较多，对斜截面受剪的研究还比较少。鉴于钢纤维混凝土在工程应用中呈现出的良好性能，本文应用电化学锈蚀法对钢纤维混凝土梁进行锈蚀处理，并进行梁的斜截面受剪承载力试验，分析钢纤维混凝土梁与普通钢筋混凝土梁在力学性能、破坏形态等方面的异同，建立钢筋锈蚀下钢纤维混凝土梁的斜截面承载力计算公式，为实际工程提供参考。

一、试验概况

（一）试件制作及加载方式

材料选用：水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥；粗骨料采粒径≤30mm的碎石；细骨料采细度模数为2.9的天然河砂（中砂）；钢纤维采用长度30mm等效直径0.5mm的波浪型钢纤维，抗拉强度≥600Mpa；外加剂采用缓凝型高效减水剂；普通自来水。

试件配合比、混凝土配合比及工作性能见表1：

表1 混凝土配合比及工作性能

试验试件根据钢筋锈蚀情况分为三组，分别为仅箍筋锈蚀、箍筋与纵筋全部锈蚀及无钢筋锈蚀，每组试件采用三种钢纤维体积率，试件分类情况见表2：

表2 试件分类情况

试验梁配筋情况如图1所示，加载方式采用钢梁分配加载，将锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁分为纯弯区段和剪跨区段（见图2）以观察其破坏形态和抗剪承载力。

图1 试验梁配筋图（单位：mm）

图2 加载装置（单位：mm）

（二）锈蚀方法及锈蚀率的确定

试验中钢筋的加速锈蚀采用电化学方法，［3］通过锈蚀前后钢筋的质量来计算锈蚀率（）。试验测得钢筋锈蚀率见表3：

表3 蚀锈试件钢筋锈蚀率 单位：%

二、钢纤维梁的试验结果及分析

（一）部分锈蚀试件试验结果及分析

对于未掺入钢纤维的试验梁，在加载的初期，试件表现为弹性变形特征。随着荷载的增加，裂缝首先出现在纯弯段或集中力附近。荷载继续增加，垂直裂缝延展增宽，并在梁的剪跨段出现斜裂缝。荷载继续增加，斜裂缝延伸、增多，最终试件斜截面破坏。

钢筋钢纤维混凝土试件跨中挠度及裂缝的变化情况与钢筋混凝土梁基本相同。［4，5］不同之处表现为开裂荷载增大，垂直裂缝增多、斜裂缝较晚出现，各类裂缝发展缓慢。从图3可以看出，相同条件下与无锈蚀试件相比，锈蚀试件裂缝开展速度更快、宽度更大，表明钢筋锈蚀对试件承载力和刚度有显著影响，钢筋锈蚀率越大，裂缝开展速率越快、宽度越大；钢纤维的参入对试件裂缝开展速度、宽度也有一定影响，钢纤维体积率越大，裂缝开展速率越慢、宽度越小。

图3 部分锈蚀试件荷载-裂缝曲线

（二）全锈蚀试件试验结果及分析

全锈蚀试件荷载-挠度曲线如图4所示：

图4 全锈蚀试件荷载-挠度曲线

从图3和图4可以看出，全锈蚀试件与部分锈蚀试件在裂缝发展、跨中位移随荷载变化规律方面基本一致，锈蚀率越高裂缝宽度及增长速率越快。此外，钢筋锈蚀降低了梁的刚度，影响试件的延性，对受弯试件的斜截面抗剪承载力有显著影响。

加载初期，锈蚀试件荷载—裂缝曲线与无锈蚀试件荷载-裂缝曲线基本重合，两者跨中位移、裂缝开展规律基本一致，裂缝都首先出现在跨中纯弯段或集中力附近，锈蚀试件开裂荷载略低，但锈蚀率对开裂荷载影响不是很明显。裂缝随着荷载的增加逐渐延伸，但发展缓慢。试验表明，钢纤维对试件裂缝的产生和发展有显著影响，纤维体积率越大，其影响程度越明显。

随着荷载的继续增加，垂直裂缝增多增大，斜裂缝出现，裂缝发展较无钢纤维混凝土梁缓慢。钢纤维体积率越大，开裂荷载、极限荷载较大，裂缝发展越慢。纵筋锈蚀率越大，开裂荷载越小，但由于纵筋锈蚀都较轻微，减小幅度不大。

（三）受剪承载力分析

1.开裂荷载分析（Pcr）

试件的开裂荷载及极限荷载如表4所示：

表4 试件的开裂荷载及极限荷载

可见：钢纤维体积率相同，钢筋锈蚀率越大，开裂荷载、极限荷载越小。然而，全锈蚀试件开裂荷载反而较部分锈蚀试件开裂荷载更高，分析原因为纵筋的锈蚀增加了钢筋与混凝土之间的粘结力，促进了二者的协同工作，从而一定程度上增加了开裂荷载。钢筋锈蚀程度相同条件下，全锈蚀试件较部分锈蚀试件开裂荷载可增加10～15%左右。

2.极限荷载分析（Pu）

部分锈蚀试件、全锈蚀试件开裂荷载与无锈蚀试件相比分别减小3.16%和17.13%，可见随着钢筋锈蚀程度的增加，试件极限荷载逐渐减小。同条件下，随着钢纤维体积率的增加，试件的极限荷载逐渐增大，表明钢纤维的参入能够增加试件的极限承载力。由于钢筋锈蚀的存在，部分锈蚀试件与全锈蚀试件的极限承载力仍低于无锈蚀试件，且锈蚀率越大试件极限承载力降低越大。

三、斜截面受剪承载力计算

通过对试验结果回归分析，结合已有公式，［5-9］得到钢筋锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁斜截面承载力计算式：

理论值与试验值的比较见表5，计算值与试验值吻合程度较好，相关系数较高。

表5 锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁斜截面承载力计算值与试验值对比（λ=1.0）

四、结论

1.钢筋锈蚀不改变钢筋钢纤维混凝土梁斜截面破坏形态，只对其承载力有显著影响，钢筋锈蚀率的越大，承载力越小。

2.钢筋锈蚀对梁的开裂荷载有一定影响。钢筋锈蚀率越大，裂缝产生、发展的速度越快，梁的开裂荷载越小。然而，当纵筋也开始锈蚀后，开裂荷载反而会增大。

3.钢纤维体积率对梁的承载力及裂缝都有影响。钢纤维体积率越大，梁的开裂荷载越大，承载力越大。钢纤维能够延缓裂缝的开展，却不改变裂缝形态。

4.建立钢筋锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁斜截面承载力计算式，能够为实际工程提供参考。

［1］ 金伟良，赵羽习.混凝土结构耐久性［M］.北京：科学出版社，2002.

［2］ 牛荻涛.混凝土结构耐久性与寿命预测［M］.北京：科学技术出版社，2003.

［3］ 仲伟秋，贡金鑫.钢筋电化学快速锈蚀试验控制方法［J］.建筑技术开发，2002，29（4）：28-30.

［4］ 曾志兴，胡智伟.锈蚀钢筋钢纤维混凝土简支梁受剪承载力的试验［J］.华侨大学学报：自然科学版，2010，31（5）：566-569.

［5］ 胡智伟.钢筋锈蚀钢筋钢纤维混凝土简支梁斜截面抗剪承载力的试验研究［D］.泉州：华侨大学，2009.

［6］ 中国工程建设标准化协会标准.CECS38：1992.钢纤维混凝土结构设计与施工规程［S］.北京：中国计划出版社，1993.

［7］ 徐善华，牛荻涛.锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪性能研究［J］.建筑结构学报，2004.25（5）：98-104.

［8］ 霍艳华.锈蚀钢筋混凝土简支梁受剪承载力研究［J］.工业建筑，2006，36（S1）：910-912.

［9］ GB50010-2010，混凝土结构设计规范［S］.

（责任编辑 王 珑）

Experimental Study on Shear Performance of Steel Fiber Corroded R.C Beams

CHAI Min
（College of Engineering，Fujian Jiangxia University，Fuzhou，350108，China）

In order to research the performance of steel fiber corroded reinforced concrete beams，the experiments were done under the static focus load.Depend on tests，the effect of the steel fiber volume ratio and corrosion rate ofsteel rebars to the shear capacity and the development of crack of beams are analyzed.The results show that the bearing capacity of the beam increase with the increasing of steel fiber volume ratio，and decrease with the increasing of rebar corrosion rate.Another result is that steel fiber can effectively prevent cracks，and the steel bar corrosion cann't change the damage form of beams.According to tests，the formula of shear capacity of steel fiber reinforced concrete beams under the condition of reinforcement corrosion was obtained，which can be applied to engineering practice.

steel fiber volume ratio；reinforcement corrosion；shear capacity

TU528.33

A

2095-2082（2016）04-0113-06

2015-12-11

福建省教育厅中青年教师教育科研项目（A类）（JA13359）；福建江夏学院青年科研人才培育基金项目（JXZ2013003）；福建省科技厅项目（2016J0101）

柴 敏（1983—），女，辽宁丹东人，福建江夏学院工程学院讲师，工学硕士。