锈蚀钢筋混凝土试件的粘结性能退化研究

徐亚楠

摘要：钢筋混凝土中的钢筋锈蚀后会引起混凝土保护层的开裂甚至剥落，钢筋的有效承载面积减小，钢筋与混凝土之间的粘结力下降等问题，最终导致构件的承载性能退化。钢筋与混凝土之间的粘结力是两者协调变形、共同工作的基础，粘结力下降对构件的承载性能影响较大，因此对锈蚀钢筋混凝土试件的粘结性能进行研究具有重大意义。本文主要按照有横向约束对锈蚀带肋/光圆主筋的粘结性能退化研究现状进行介绍，并总结带肋钢筋、光圆钢筋粘结强度特点以及锈蚀后粘结性能变化特点。

关键词：钢筋混凝土;钢筋锈蚀;横向约束;粘结性能

1锈蚀主筋粘结性能退化特点

1.1锈蚀带肋主筋粘结性能退化

带肋钢筋具有较好的锚固性能，以及与混凝土之间的协调变形能力，因此在大部分结构中作为主要受力钢筋，带肋钢筋与混凝土之间的粘结强度主要为横肋与混凝土之间的机械咬合力。随着时间的推移，结构中的钢筋会发生锈蚀，从而影响结构的承载性能。对于带肋钢筋而言，钢筋锈蚀后将会引起混凝土保护层的开裂甚至剥落，填充在粘结界面的锈蚀产物将会降低钢筋与混凝土之间的摩擦系数，更为重要的是钢筋横肋遭到破坏，这些都会引起钢筋与混凝土之间的粘结力下降。

1.2锈蚀光圆主筋粘结性能退化

光圆钢筋与带肋钢筋在粘结机理上有很大不同，对于光圆钢筋而言，粘结强度主要由摩擦力组成，其与混凝土之间的粘结强度要弱于带肋钢筋。在钢筋混凝土承重结构中常用带肋钢筋作为主要受力钢筋，光圆钢筋作为箍筋使用。统计结果表明，发生轻微锈蚀的钢筋试件粘结强度略大于完好试件，这也间接的表明光圆钢筋发生轻微锈蚀可能有利于其粘结强度的发展。

2横向约束下锈蚀钢筋粘结性能退化研究现状

影响钢筋与混凝土粘结强度的因素有很多：混凝土的强度和组成成分;钢筋的直径和外貌特征;钢筋位置、受力方向与浇筑方向;保护层厚度及钢筋净距;钢筋埋长;横向箍筋;横向压应力;钢筋锈蚀等[1]。本文主要考虑钢筋的外貌特征、横向箍筋以及锈蚀率的影响。

2.1横向约束下对锈蚀带肋主筋粘结性能退化研究现状

张小林[2]通过中心拨出试验研究了混凝土强度、锈蚀率对粘结强度的影响，得出：在低锈蚀率的情况下（主筋锈蚀率大约为3.6%），混凝土强度越低，峰值粘结应力上升的幅度越大，当锈蚀率大于3.6%时，两种混凝土强度试件的峰值粘结应力下降的幅度相差不大。Congqi Fang等[3]通过中心拨出试验和有限元分析研究了不同锈蚀程度下的钢筋对其粘结性能的影响，并比较了两者的结果，得出：对于有横向箍筋约束的带肋钢筋，低锈蚀率（约4%）的腐蚀对粘结强度没有实质性的影响，但当锈蚀率增加到6%左右时，粘结强度大幅度降低。Yuxi Zhao等[4]通过对普通混凝土和再生混凝土试件进行中心拔出试验，得出：粘结强度随着锈蚀率的增大呈现出先增大后减小趋势，但在同一锈蚀率下正常混凝土试件的平均粘结强度要高于再生混凝土。Congqi Fang等[5]通过对不同锈蚀率的试件进行中心拔出试验，得出：在低锈蚀率下随着锈蚀率的增大，钢筋的粘结强度没有明显的下降，锈蚀率为6.0%的试件相比完好试件粘结强度仅下降了12%。肖小琼[6]通过单拔和循环加载拔出试验研究了锈蚀钢筋的粘结强度随锈蚀率的变化，并从单拔试验结果中建立了锈蚀钢筋混凝土的粘结滑移本构关系。蒋连接等[7]通过用人工气候环境加速混凝土内钢筋锈蚀的方法，分析了钢筋锈蚀程度、箍筋约束等对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响。得出：随着钢筋锈蚀程度的增加，粘结强度先略有提高而后下降，箍筋约束对试件的粘结性能影响很大。

2.2有横向约束下锈蚀光圆主筋粘结性能退化研究

Congqi Fan等[8]通过对锈蚀试件进行循环加载拔出试验发现：在循环荷载作用下，粘结强度显著降低，尤其是在较高锈蚀率水平下，粘结强度在加载的前5个循环中降低较多。陈留国等[9]通过不同锈蚀率下的中心拔出试验发现：配有箍筋的锈蚀光圆钢筋试件其粘结强度要高于无配箍试件，且拔出时没有新增裂缝，破坏形态均为徐徐拔出。宋立等[10]进行了锈蚀试件的中心拔出试验，考虑了不同水灰比和锈蚀率的影响，得出：锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结力随着水灰比的增大而减小，锈蚀程度大的钢筋粘结力降低。Congqi Fang等[5]进行了有横向箍筋约束的锈蚀光圆钢筋研究，得出：在较低的锈蚀程度下，粘结强度随着锈蚀水平的增加而增加。即使在大于5%的腐蚀水平下，也可以观察到粘结强度的增加。

3 结论

通过对锈蚀钢筋粘结性能退化的研究可以发现：

（1）相同工况条件下，锈蚀带肋钢筋的粘结强度大于光圆钢筋，其主要与钢筋的锚固粘结机理有关。统计发现，发生轻微锈蚀的钢筋其粘结强度要高于完好试件，但随着锈蚀率的进一步增大，粘结强度开始下降;

（2）配有箍筋的锈蚀混凝土试件其粘结强度要大于无配筋试件，箍筋的存在将会延缓混凝土保护层的开裂，对锈蚀试件的拉拔破坏形态有一定的影响;

（3）锈蚀钢筋混凝土的粘结性能与钢筋的锈蚀率、钢筋表面形态以及横向约束等有关。

参考文献

[1]徐港.锈蚀钢筋混凝土粘结锚固性能研究[D].华中科技大学，2007.

[2]张小林.锈蚀钢筋混凝土基本力学性能退化的试验研究[D].深圳大学，2016.

[3]Fang C，Lundgren K，Plos M，et al.Bond behaviour of corroded reinforcing steel bars in concrete[J].Cement & Concrete Research，2006，36（10）：1931-1938.

[4]Zhao Y，Lin H，Wu K，et al.Bond behaviour of normal/recycled concrete and corroded steel bars[J].Construction & Building Materials，2013，48（11）：348-359.

[5]Fang C，Lundgren K，Chen L，et al.Corrosion influence on bond in reinforced concrete[J].Cement & Concrete Research，2004，34（11）：2159-2167.

[6]肖小瓊.锈蚀钢筋混凝土粘结性能试验研究[D].中南大学，2011.

[7]蒋连接，马欢，朱方之.锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化规律的试验研究[J].四川建筑科学研究，2012，38（6）：70-72.

[8]Fang C，Gylltoft K，Lundgren K，et al.Effect of corrosion on bond in reinforced concrete under cyclic loading[J].Cement & Concrete Research，2006，36（3）：548-555.

[9]陈留国，方从启，寇新建，等.受腐蚀钢筋混凝土的粘结性能[J].工业建筑，2004，34（5）：15-17.

[10]宋力，曲福来，赵顺波.锈蚀钢筋与混凝土黏结性能试验研究[J].混凝土，2010（4）：74-75.

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