TRC加固锈蚀钢筋混凝土柱轴压性能试验研究

尹红宇，荀 勇，贾 磊，周 乾，朱成杰

（盐城工学院 土木工程学院，江苏 盐城 224051）

TRC加固锈蚀钢筋混凝土柱轴压性能试验研究

尹红宇，荀 勇，贾 磊，周 乾，朱成杰

（盐城工学院 土木工程学院，江苏 盐城 224051）

进行织物增强混凝土（TRC）加固锈蚀钢筋混凝土（RC）柱耐久性研究，设计15根RC柱，采用通电加速腐蚀试验研究氯离子侵蚀环境中钢筋锈蚀率、织物网层数对试件力学性能的影响。研究表明：TRC加固RC柱的破坏形态和延性得到改善；钢筋锈蚀率较低时加固柱的极限荷载有所提高，承载力提高幅度达15.5%；织物网层数的增加，TRC约束效果明显提高，承载力提高幅度最高可达26.56%。二次腐蚀后，加固柱的极限荷载呈下降趋势；与未腐蚀试件相比，2层织物网加固试件承载力相当，延性增加。研究结果表明TRC加固能够增加混凝土柱的有效约束和耐腐蚀性能的提升。

TRC；钢筋锈蚀；混凝土柱；氯离子侵蚀；加固

混凝土结构广泛应用于建筑、路桥、隧道等工程中，然而氯离子腐蚀环境中混凝土内部钢筋锈蚀严重，导致结构过早破坏。因此，对结构的加固补强，提高结构的耐久性具有重要的工程意义和社会价值。高性能混凝土、涂层钢筋、混凝土涂层、钢筋阻锈剂和阴极保护等都是提高结构耐久性有效的方法。然而对锈蚀混凝土结构的性能提升存在一定的局限性。TRC作为水泥基纤维织物网复合材料，具有高强、抗裂、抗腐蚀、耐久性好、防火、可设计性强的优点[1-5]，适用于薄壁结构、耐腐蚀构件以及恶劣环境中结构的覆层材料和结构的加固补强[6-12]。该文将TRC用于锈蚀混凝土结构加固，发挥TRC结构加固和防腐双重功能，从而提高结构耐久性。通过加速锈蚀试验和混凝土柱轴压试验研究氯离子侵蚀环境中钢筋锈蚀率、织物网层数对试件轴压性能的影响。

1 试验概况

1.1 试件设计

试验共设计了15个钢筋混凝土柱试件，分组情况如表1所示，钢筋锈蚀率分别为2.5%和5%；加固织物网层数分别为1层和2层。钢筋混凝土柱截面尺寸为150 mm×150 mm×450 mm，保护层厚度为20 mm，各试件配筋相同，均采用HRB400级钢筋，纵筋直径为12 mm，箍筋直径为6 mm，钢筋材料力学性能指标如表2所示。柱端头箍筋加密，试件几何尺寸及配筋如图1所示。

试件混凝土强度等级C30，采用普通硅酸盐水泥P·O32.5，水灰比为0.39，配合比为∶水泥∶粉煤灰∶中砂∶碎石为 1∶0.15∶1.73∶2.77。实测混凝土28天立方体抗压强度平均值为34.6 MPa。

1.2 钢筋加速锈蚀试验

试件中纵向钢筋进行电连接，与箍筋之间采用环氧树脂胶泥绝缘，将待锈蚀试件置于5%氯化钠水溶液中，纵向钢筋连接直流电源正极，不锈钢棒置于溶液内连接电源负极，腐蚀电流密度为0.3 mA/cm2。

钢筋锈蚀率是基于法拉第原理，由电流强度和通电时间控制，该文采用锈蚀钢筋重量损失率。

1.3 混凝土柱加固

对达到设计锈蚀率的试件置于空气中风干72 h，进行倒角处理（半径为20 mm），然后混凝土表面凿毛、除尘、湿润，进行TRC加固，标准养护28 d，如图2所示。高性能细集料混凝土加固层水胶比为0.32，配合比水泥∶中砂为 1∶1.5。实测细集料高性能混凝土28 d立方体抗压强度平均值为41.3 MPa。

将二次腐蚀试件置于5%NaCl溶液中继续通电加速腐蚀25 d；试件置于实验室自然环境中风干，然后进行轴压极限承载力试验。

表1 试件分组

表2 钢筋抗拉强度实测值

图1 试件配筋示意图

图2 TRC加固混凝土柱

1.4 混凝土柱轴压试验

试件轴压试验采用电液伺服加载设备，加载装置如图3所示，采用位移控制，加载速率为1 mm/min。轴向荷载和轴向位移由压力机自动采集，混凝土表面应变由DH3816静态数据采集系统采集，与轴向荷载同步。试件承载力下降到极限荷载的80%以下，或试件破坏时，停止试验。

图3 试验加载装置

2 试验结果与分析

2.1 试件破坏形态

各组试件典型破坏形态如图4所示。未加固试件表面出现多条竖向裂缝，裂缝贯穿至柱端，保护层脆裂剥落，同时伴有爆裂声。TRC加固试件边角附近出现一条较大的贯通裂缝，织物网纤维束不同程度地被拉断，1层织物网加固试件边角部位保护层脆裂剥落；2层试件裂缝较多，加固层断裂无剥落现象 （图4（g）、（h）、（i））。而经历二次腐蚀的试件与未二次腐蚀试件破坏形态相似（图4（m）、（n）、（o））。由此可见，TRC 能够有效约束混凝土，提高试件承载力，对试件耐腐蚀性能是有益的。

2.2 荷载-位移曲线

主要试验结果如表3所示。图5是各试件轴压荷载-轴向位移曲线。从表3和图5可见，与未加固试件相比，加固试件的承载力和变形都有较大提高。各影响因素中，碳纤维层数对试件受力性能影响最大，1层织物网加固组试件其承载力较未加固组试件增长为 7.4%～8.3%，变形提高25.8%～52.8%。2层织物网加固试件其承载力较未加固组试件增长为 14.5%～15.4%，变形提高15.6%～35.0%。

表3 试件承载力试验结果

加固后二次腐蚀对试件的影响如图5（d）、（e）所示。与未腐蚀对比试件（C-0）相比，1层织物网加固试件CF-DC-0、试件CF-DC-2.5和试件CF-DC-5承载力相应降低3.7%、8.0%、15.6%，变形增加42.2%、32.2%、3.8%；2层织物网加固试件CF-SC-0承载力提高4.9%，变形增加44.4%，试件CF-SC-2.5和试件CF-SC-5承载力相应降低0.8%、7.1%，变形增加20.8%、23.2%。由此可见，1层织物网加固试件组随着腐蚀率的增加，二次腐蚀承载力降低变大，二次腐蚀对试件变形未有影响。

如图5（d）所示，试件CF-DC-2.5和试件CF-DC-5达到极限荷载后承载力迅速下降，曲线下降段出现斜率较大；2层织物网加固对试件起到较好的作用，如图5（e）所示，试件承载力相当，变形增加，曲线下降段变化较缓。因此，2层织物网加固能够提供有效约束和试件耐腐蚀性能的提升。

二次腐蚀试件承载力相对较低，主要是因为腐蚀试件加固前未进行电化学除氯，钢筋周围氯离子浓度较高，二次腐蚀过程中钢筋进一步锈蚀，导致试件承载力降低。因此，实际工程应用中，应当进行加固前电化学除氯，提高结构耐腐蚀性能。

图5 试件轴压荷载-位移曲线

2.3 横向和轴向应变

图6为各试件应力-应变曲线。

2.3.1 不同腐蚀程度的TRC加固混凝土柱

随着腐蚀程度的增加，极限应变相应减小。相比于未腐蚀加固试件（试件CC-DC-0），腐蚀率为2.5%的试件（试件CC-DC-2.5），其横向极限拉应变降低15.8%，极限轴向压应变降低10.2%；腐蚀率为5%的试件（CC-DC-5）横向极限拉应变降低22.5%，轴向极限压应变降低19.6%。

图6 试件应力-应变曲线

2.3.2 织物网层数

织物网层数的增加有效增强对混凝土柱的约束作用，其中双层加固试件极限应变增加明显。相比于单层织物网加固试件（试件CC-DC-0、CC-DC-2.5、CC-DC-5），双层织物网加固试件（试件CC-SC-0、CC-SC-2.5、CC-SC-5），其横向极限拉应变分别提高9.6%、11.5%、11.2%，极限轴向压应变分别提高1.0%、5.5%、8.1%。

2.3.3 二次腐蚀

初始未腐蚀试件经过二次腐蚀后横向极限拉应变降低3.22%，轴向极限压应变降低13.16%；初始腐蚀率为2.5%的试件经过二次腐蚀后横向极限拉应变降低7.25%，轴向极限压应变降低11.12%；初始腐蚀率为5%的试件经过二次腐蚀后横向极限拉应变降低9%，轴向极限压应变降低12.7%。

3 结论

将TRC应用于锈蚀混凝土结构加固，发挥TRC结构加固和防腐蚀双重功能，通过加速锈蚀试验和轴压试验研究氯离子侵蚀环境中钢筋锈蚀率、织物网层数和二次腐蚀对试件轴压性能的影响。主要结论如下：

（1）TRC加固能有效改善混凝土柱破坏形态，随着织物网层数的增加，试件裂缝数量增加，加固层断裂无剥落，加固试件的承载力和变形都有较大提高，对混凝土柱的耐腐蚀性能是有益的。

（2）钢筋锈蚀率较低时加固柱的极限荷载有所提高，承载力提高幅度达15.5%；随着织物网层数的增加，TRC约束效果明显提高，延性得到改善，承载力提高幅度最高可达26.56%。

（3）二次腐蚀后，加固柱的极限荷载呈下降趋势；随着织物网层数的增加，2层织物网加固试件承载力相当，延性增加，曲线下降段变化较缓。因此，2层织物网加固能够提供有效约束和试件耐腐蚀性能的提升。

[1]HEGGER J,WILL N,BRUCKERMANN O,et al.Loading-bearing behavior and simulation of textile-reinforced concrete[J].Materials and Structures,2006,39（8）：765-776.

[2]荀勇，孙伟，REINHARDT H W，等.碳纤维织物增强混凝土薄板的界面粘结性能试验[J].东南大学学报（自然科学版），2005，35（4）：593-597.

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[6]荀勇，徐业辉，尹红宇.织物增强混凝土永久模板叠合混凝土圆形短柱轴压性能试验研究[J].混凝土，2016（1）：25-28.

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Experimental research on axially compressed behavior of TRC strengthening corroded steel concrete columns

YIN Hongyu,XUN Yong,JIA Lei,ZHOU Qian,ZHU Chengjie
（School of Civil Engineering,Yancheng Institute of Technology,Yancheng 224051,China）

This paper studies the durability of the corroded reinforced concrete （RC） columns strengthened by textile reinforced concrete （TRC）.15 RC columns which were accelerated corrosion by electric were used to investigate the influence of rebar corrosion rate and the number of fabric plies on the mechanical properties.The results show that the failure shape and ductility of RC columns strengthened by TRC are improved;the less the steel corrosion rate is,the better the bearing capacity of reinforced columns will be,and the capacity will increase by 15.5%.With the increase of the number of fabric plies,the confined effect of TRC is obviously raised,and the bearing capacity of column will be raised to 26.56%.After the second corrosion,the ultimate loads of reinforced columns tend to decrease,and compared with the uncorroded specimens,the bearing capacity of twolayer TRC strengthened RC columns is equal to that of the uncorroded specimens,and the ductility increases.The results show that TRC reinforcement can improve the effective confinement and corrosion resistance of the RC structure.

TRC;corroded steel bars;RC column;chloride ion migration;strengthening

经朝明）

TU582.7

A

2096-3270（2017）04-0040-05

2017-09-18

国家自然科学基金项目（51478408，50378018）；江苏省高校自然科学研究项目（14KJB560017）

尹红宇（1969-），女，江苏盐城人，高级工程师，博士，主要从事混凝土结构及其耐久性研究，Email:yhyamy@126.com。