钢筋性能检测（精选十篇）
钢筋性能检测 篇1
梁式结构由于需受到竖向载荷作用, 主要采取竖向平面内变形形式。在自然及人为环境下, 随着不断增加的使用年限, 桥梁结构受到程度不同的损伤。目前在桥梁检测方面比较常用的有应变模态, 神经网络, 模态应变能等方法, 通过对比不同的检测方法, 可发现结构动力检测方法优势比较明显, 它不受结构隐蔽程度及规模所限, 只需将动力响应传感器安装在相应结构位置。结构的局部特征变化使应变更为敏感, 对损伤位置更容易进行准确判别, 对应变直接测量能够减少因位移产生的误差, 而用于对应变进行测量的电阻应变片一般质量都不大、价格低廉, 也具有较小的负载效应等明显优点。以下将通过数值仿真实验的相关数据, 对应变模态参数应用于识别钢筋混凝土桥梁损伤性能及常见问题进行较深入地分析研究。
2. 基于应变模态的识别损伤方法
局部混凝土或钢筋损伤发生在桥梁结构中将造成局部刚度降低, 进而在损伤附近位置使应变分布发生比较明显的变化。由圣维南原理可知, 分布于距离发生损伤的较远部位的结构应变变化将迅速向正常状态进行衰减。所以, 可利用模态应变曲线的实测结果, 若应变分布存在的突变较为明显, 损伤位置就是突变位置的相应结构, 应变突变越明显表明发生更严重的损伤。
3. 应变模态的性能研究
对具有矩形截面的一个6米长单跨简支梁有限元模型开展研究, 截面为30厘米宽, 60厘米高。梁内配有底部受拉的五根22毫米直径钢筋, 立筋架在两根钢筋顶部, 因需要对城市桥梁跨度进行考虑, 应平行放置若干根简支梁, 并沿梁长垂直方向在梁侧顶部互相进行约束, 因此有限元模型梁顶两侧也需要进行边界约束。假设已清楚损伤类型是钢筋发生腐蚀, 在对钢筋损伤进行模拟的过程中, 假设腐蚀的钢筋只能造成减小钢筋有效面积, 不能减小钢筋质量。从梁底采集应变模态数据, 支座处单元将引起比较集中的较大应力, 进而造成突发应变, 因此通常情况下进行单独处理。可分三种情况对单跨钢筋混凝土简支梁开展研究分析, 一是梁是完好的;二是损伤在单一位置, 梁底受拉钢筋单元在跨中的有效面积减小至一半, 只有24厘米长度的损伤;三是对于损伤相同程度而发生位置不同, 跨中距梁左1/3、梁右1/4位置梁底受拉钢筋单元达到原来一半的有效面积, 损伤24厘米长;对于损伤程度及发生位置都不同, 跨中距梁左1/3、梁右1/4位置梁底受拉钢筋单元分别达到原来1/4、1/2、3/4的有效面积, 损伤也是24厘米长。
以上几种情况下, 每阶频率都降低了不同程度, 表明梁发生一定程度的损伤。从模态应变曲线中也可发现, 在跨中曲线发生较为明显的突起尖峰, 表明在跨中此简支梁发生了损伤。损伤定位结果符合假设位置, 表明在损伤定位方面, 应变模态具有较高的准确性。而且, 此处钢筋发生损伤程度可由尖峰跨度进行反映。在实际中, 钢筋损伤长度短于尖峰跨度, 由于应变也需要一定距离进行衰减, 以下采用尖峰偏离正常曲线位置距离与其到X轴距离之比对尖峰的突起程度进行度量。正常曲线位置一般是指假设该位置不存在尖峰, 该曲线段位置能够结合尖峰附近曲线根据插值计算得到。期望利用度量尖峰突起的不同程度确定相对损伤程度, 尖峰突起具有明显程度表明该位置单元具有较严重的损伤, 通过计算各阶突起程度的数值可知, 平均突起程度约0.17。只有在一、三阶能够发现程度较为明显的尖峰突起, 在实际中第五阶也存在一定程度的突起, 但因钢筋只有24厘米的长度发生腐蚀, 造成尖峰跨度与其在跨中波峰具有较为接近的跨度, 因此不会发现明显突起。但这只是根据模态应变曲线不能获得该位置钢筋的绝对损伤。
由相关计算结果能够发现, 发生在三个完全不同位置的钢筋损伤能够引起接近平均0.17突起程度的模态应变曲线, 这表明三个位置的钢筋发生相同程度的腐蚀, 并表明在检测不同损伤位置应变模态对损伤程度相同时相对比较稳定。结合有关数据进行对比分析, 能够发现后两种情况的平均突起程度较为接近, 这也表明无论是单处还是多处损伤, 只要存在相同程度的损伤, 应变模态对其都具有相同的敏感性。
根据有关计算结果可知, 发生在钢筋三个不同位置的损伤所导致的模态应变曲线分别达到0.2773、0.1826、0.1252的突起程度, 这也表明距梁左端1/3位置发生损伤的程度最为严重, 其余发生损伤的程度依次为跨中、距梁右1/4位置, 对损伤程度的检测结果符合模型假定情况, 这表明对发生在位置不同且程度不同的损伤, 应变模态的敏感性十分良好, 可对多位置发生损伤的相对程度进行准确标出, 损伤程度越大, 其尖峰就会发生相对更大的突起, 否则, 损伤程度越小, 其尖峰就会发生相对更小的突起。
综合上述三种损伤情况, 能够明显发现对损伤而言, 低阶应变模态的敏感性优于高阶的应变模态, 对处于任何阶断的模态应变曲线, 若发生损伤位置在应变曲线拐点区域, 那么这个阶应变曲线就不能对损伤构成尖峰。所以在在实际的工程检测中, 可同时对多阶应变模态进行测取。
4. 结论
通过以上研究分析可以得出以下结论, 一是在钢筋混凝土梁中, 应变模态对钢筋的损伤位置能够准确进行识别, 并定位钢筋损伤位置;二是对发生损伤位置的确定, 应变模态并不能在任一阶都可获得理想效果, 针对某一阶模态应变, 发生在与应变曲线相对应的峰值附近位置的损伤可在应变曲线中获得令人满意的结果。例如, 模态应变的一、三、五阶对发生在梁跨附近位置的损伤具有良好的敏感性, 对发生在距梁端1/4位置的损伤, 二阶模态应变较为敏感。因此在实际检测中, 可采用多阶模态应变数据确定损伤的具体位置;三是有效利用应变模态可将发生在不同位置的损伤程度进行显示;四是采用应变模态对损伤位置进行准确识别, 无需结构完好的相关数据, 可直接采集现役结构数据。这对于建造于较长时间以前并不存在原始设计数据的一些桥梁结构而言, 能够为其提供具有可行性的实施方案。
5. 结语
综上所述, 通过对应变模态研究测试钢筋损伤定位及性能的相关研究, 对于梁底受拉钢筋中存在的腐蚀损伤, 应变模态的敏感性良好, 可对损伤位置及相对损伤程度进行准确评定, 在实际应用中具有比较重要的应用价值。
摘要：基于构建钢筋混凝土单跨简支梁实体模型在大型有限元分析软件中的应用, 利用钢筋在混凝土中相同或不同位置的损伤程度, 实现数值仿真模拟, 在钢筋混凝土桥梁检测中, 对应变模态研究测试钢筋损伤定位及性能, 相关研究结果显示, 对于梁底受拉钢筋中存在的腐蚀损伤, 应变模态的敏感性良好, 可对损伤位置及相对损伤程度进行准确评定。
关键词：钢筋损伤,钢筋性能检测,应变模态
参考文献
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[4]董晓马, 王忠辉.损伤定位中应变模态指标的改进研究[J], 河南科学, 2012.10
钢筋强度检测报告问题 篇2
中国质量新闻网2006-10-26 07:00:00
近日，安徽省质量技监局公布了今年第三季度钢筋省级质量监督抽查结果，结果显示，产品抽检合格率仅为21．6％。抽查中存在的主要问题是：尺寸、钢筋重量有偏差、屈服强度、抗拉强度、延伸率和含碳量（Ｃ％）不合格。
据悉，本次抽检从安徽省宿州市、濉溪县、六安市和肥西县等地的31个经销单位共抽取了37组样品，共涉及安徽、山东、河南、山西等地的生产企业。经检测，37组样品中，8组合格，抽查合格率为21．6％；其中肥西县的５组样品中全部不合格，合格率为零。针对此次的抽检结果，专家分析了主要质量问题以及原因：不合格的产品存在的质量问题首先是尺寸不合格。主要反映在钢筋的直径（内径）偏小，由于钢筋直径（内径）偏小，直接导致钢筋的重量偏差、屈服强度和抗拉强度等指标不合格。造成这种情况的原因，一是目前很多生产企业存在以小规格的钢筋产品来冒充较大规格产品的现象。他们进货时一般以小规格结算，出货时则以大规格价格结算，从而扰乱市场的经营秩序，造成混乱，从中牟取暴利。
二是钢筋重量偏差不合格。这主要是由于钢筋直径偏小造成的。因为目前经销商在进货时普遍按照钢筋重量付款，重量偏差愈大，其中的利润愈高。生产厂家为了迎合经销商的这种需求，也故意生产出重量偏差不合格的产品。
三是屈服强度、抗拉强度和延伸率不合格。专家指出，钢筋拉力与其截面面积大小有关，直径偏小的拉力相应就小，最终导致屈服和抗拉强度不合格。钢筋一般都用在建筑、道路和桥梁建设上，这些力学性能不合格，容易使工程存在安全隐患，造成危险。延伸率不合格主要是含碳量偏高造成的。
四是含碳量不合格。碳是重要的钢材化学成分，含碳量不合格主要是生产厂家采购的原材料质量较差造成的。如果是采用大的钢厂生产材料的化学成分会符合标准的要求，但目前有不少小的钢厂，平时缺乏检验和监督，经济实力不足，在采购原料时往往重价不重质，原材料的质量难以保证。
钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 篇3
【关键词】钢筋混凝土；框架结构；抗震性能
1、引言
钢筋混凝土框架结构是指由钢筋混凝土梁和柱连接而成，共同构成承重体系的建筑结构，该结构建筑的墙体都为自承重墙，仅起到分隔和围护的作用。钢筋混凝土框架结构因其具有平面布置灵活和抗震性能好等优点，在工业与民用建筑中得到了广泛的应用。但是，近几年我国地震频繁发生，暴露出我国很多钢筋混凝土框架结构的基础设施与建筑物的抗震性能依然较差，震害比较严重，造成了人员伤亡和经济损失。因此，分析钢筋混凝土框架结构的特点及造成震害的原因，并以此为基础提出科学合理的抗震措施，对完善我国钢筋混凝土框架结构的抗震设计，优化我国钢筋混凝土框架结构建筑的抗震性能，减少地震造成的损失具有十分重要的意义。
2、钢筋混凝土框架结构的特点及震害分析
2.1钢筋混凝土框架结构的特点
钢筋混凝土框架结构的特点是自重比较轻，具有较好的抗震性能。其主要构件是柱和梁，分别承受使用过程中的竖向荷载与水平荷载，其屋盖和楼板的荷载经过板传给梁，又由梁传给柱，再由柱传给基础。通过合理的设计，钢筋混凝土框架结构能够具有良好的延性性能，有效耗散地震造成的输入能量。但同时也具有明显的缺点，就是其侧向刚度较小导致抵抗水平荷载的能力较低，在地震作用下水平变形较大，进而造成非结构构件的破坏。当建筑结构较低时，水平变形以剪切变形为主，由钢筋混凝土框架柱的弯曲变形与节点转角引起；当建筑结构较高时，水平变形则表现为弯剪型，过大的水平位移引起较大的P-△效应，使结构损伤更为严重，甚至出现极少数倒塌现象[1]。
2.2钢筋混凝土框架结构的震害分析
总的来说，钢筋混凝土框架结构的震害分为柱、梁及梁柱节点等结构构件破坏和填充墙等非结构构件破坏两类。
（1）钢筋混凝土框架柱的破坏 一般情况下，地震对钢筋混凝土框架柱的破坏重于梁，柱顶端的破坏重于柱底，角柱的破坏重于中柱和边柱，短柱的破坏重于一般柱。由于钢筋混凝土框架柱的两端弯矩较大，故柱的两端极易发生弯剪破坏，形成水平裂缝和斜裂缝，有时甚至形成交叉裂缝，并进一步导致箍筋严重扭曲而崩断。而在柱底部分的水平裂缝处，局部混凝土会被压碎，进而导致纵向受力的钢筋发生屈曲暴露出柱体表面。
（2）钢筋混凝土框架梁的破坏 钢筋混凝土框架梁的破坏一般发生在梁端，其主要原因是梁端部分的剪力和弯矩都比较大，而且在地震中会反复受力。另外，在梁端处的钢筋端部常出现锚固不好、纵筋和箍筋配筋不足等情况，这些原因都会导致梁端纵向钢筋屈服，形成垂直裂缝或交叉裂缝，使梁端在地震中被严重破坏。总的来说，地震对钢筋混凝土框架梁的破坏没有柱的破坏严重，并且属于框架结构的局部破坏，故通常不会引起建筑的整体倒塌。
（3）钢筋混凝土梁柱节点的破坏 在地震中，钢筋混凝土梁柱节点是最易被破坏的区域之一，其主要包括剪切破坏与钢筋锚固破坏。造成梁柱节点易被破坏的主要原因有：一是梁柱节点区域的箍筋绑扎十分困难，故在施工时经常出现箍筋配置不足或未设箍筋的情况[2]；二是梁柱节点处箍筋的绑扎不牢固，导致在振捣混凝土时箍筋下滑至柱顶区域；三是梁柱节点核芯区的钢筋过密，导致节点处的混凝土浇筑质量下降。这些原因都会降低梁柱节点的抗剪能力，造成震害。
（4）填充墙体的破坏
钢筋混凝土框架结构中的填充墙体多为砖砌体，只用于分割和围护空间，与框架结构缺乏有效连接，其具有承载力低、刚度大、变形性能差和抗剪强度低等特点。因此，在地震水平作用力下，填充墙体极易沿柱周边出现斜裂缝和交叉裂缝，并且这种破坏发生的早且严重。
3、提高钢筋混凝土框架结构抗震性能的措施
3.1合理设计钢筋混凝土框架结构的构造
在进行钢筋混凝土框架结构设计时，必须对其抗震性进行充分的考虑，合理的设计方案应具有良好的承载力、稳定性、刚度及延性等特点。由于在地震中不规则建筑平面极易导致局部和扭转振动的发生，而不规则建筑立面极易导致建筑物应力变形集中以及局部振动过度等现象，因此，在进行钢筋混凝土框架结构设计时，应合理布置构造柱、梁、楼梯以及窗间墙等构件，保证抗侧力构件的对称；同时应使纵横墙及上下墙对齐，保证竖向抗侧力、刚度及质量的均匀。另外，应重视“强柱弱梁、强节点弱锚固、强剪弱弯”的设计原则，并严格限制框架结构的轴压比，提高钢筋混凝土框架结构的延性，减少钢筋混凝土柱的脆性受压破坏，有效提高建筑物的抗震性能。
3.2严格管理钢筋混凝土框架结构的施工
（1）施工原材料的选择 在钢筋混凝土框架结构中，钢筋的性能和混凝土的强度等级都直接关系到建筑的抗震性能。为了实现钢筋混凝土框架结构“强柱弱梁、强剪弱弯”的要求，应注意控制钢筋的屈服强度、实际抗拉强度以及强度标准值间的关系，避免超强过多，使钢筋充分发挥其延性性能。为了减少钢筋混凝土框架梁柱的柱轴压比及剪压比，应适当提高混凝土的强度等级，有效提高框架结构的整体延性。
（2）钢筋的制作与安装 在地震时，钢筋混凝土框架柱或梁端的截面会出现弹塑性状态，可能导致纵向钢筋伸入梁柱节点的锚固在钢筋与混凝土间的粘结破坏中失效[3]，因此必须确保其锚固长度和锚固形式的可靠性。另外，框架节点的箍筋可有效约束混凝土和纵向受压钢筋，防止纵向钢筋被压屈，所以在加工时，必须保证其平直段的长度符合要求；在现场绑扎时，梁、柱交接处及梁上有集中荷载处必须使用箍筋，不可漏放，特别是核心区还应按加密要求布置。
（3）混凝土的浇注 钢筋混凝土框架的不同部位对混凝土强度等级的要求是不同的，因此在浇筑时，必须严格检查混凝土的强度等级及其浇筑顺序，防止高等级混凝土部位被注入低等级混凝土。在验收时，必须加强对节点核心区及构造柱的混凝土试块留置，以便控制强度质量；同时还应注意混凝土的振捣及养护。
（4）填充墙体的加固 在地震中，砌体强度不足的填充墙体会出现压裂、压碎、拉裂和剪断等现象，有的甚至会倒塌。因此，应该对填充墙体采取设置水平拉结筋和混凝土连系构件等加固措施，提高填充墙体的抗震性能。
4、结束语
本文通过对钢筋混凝土框架结构特点及震害的分析，从设计和施工两方面得出了一些优化其抗震性能的措施。但由于不同地区的地震特点不同，对钢筋混凝土框架结构的抗震设计方法和抗震措施的实施也要区分对待，选择各地更为适合的抗震设防方法，这就需要相关的工作人员不断努力研究，不断优化抗震措施来有效减少地震对我国的损害。
参考文献
[1]张婧，高衡山.钢筋混凝土框架结构的抗震分析及施工质量的控制措施[J].科学之友，2012（8）.
[2]崔海涛.建筑框架结构设计中的抗震技术综述[J].科技创业家，2012（2）.
锈蚀钢筋混凝土粘结性能研究 篇4
本文通过不同直径的变形钢筋在混凝土试块中的拔出试验, 研究了锈蚀率及直径对钢筋与混凝土粘结性能的影响规律。以锈蚀率及保护层厚度与钢筋直径比值为参数, 建立了锈蚀钢筋与混凝土粘结强度的预测模型。以未锈蚀钢筋与混凝土粘结滑移模型为基础, 建立了考虑锈蚀率影响的锈蚀钢筋与混凝土粘结滑移模型。
1 粘结性能试验
1.1 试件
本试验中混凝土采用C30商品混凝土, 共分四次浇注。混凝土28天实测抗压强度分别为44.53MPa、44.10MPa、38.23MPa、37.43MPa。钢筋选用Ⅱ级钢筋 (HRB335) , 直径分别为14mm、16mm。试件具体尺寸及配筋见图1。
1.2 拔出试验
本试验根据《水运工程混凝土试验规程》中关于混凝土与钢筋握裹力试验的规定, 采用5t的万能试验机进行拔出试验, 在拔出钢筋的上下两端各安装两只千分表, 以测得两端的钢筋滑移量[iv]。
1.3 钢筋快速锈蚀
本试验采用湿通电法加速锈蚀中的半浸泡外加电流加速锈蚀[v]。在通电之前, 应对外露钢筋进行保护, 防止露在外面的钢筋发生锈蚀。具体步骤为:在露在外面的钢筋涂上一层环氧树脂, 并包裹上一层绝缘胶带。将处理好的试件放置质量浓度为5%的Na Cl溶液中浸泡几天, 把钢筋作为阳极, 把铜片作为阴极, 通过3 m A/cm2[vi]的电流, 形成电解池, 使钢筋表面氧化锈蚀。
2 直径14mm钢筋与混凝土粘结强度分析
结合本文试验, 表1列出了本文粘结试验中钢筋直径14mm的试件A-14的锈蚀率、极限粘结强度、最大荷载时的自由端滑移值以及试件的破坏形式。
从表1中可知, 对于钢筋直径14mm的试件A-14中, 锈蚀试件A-14-08的粘结强度比未锈蚀试件A-14-02只降低8%;锈蚀试件A-14-04的粘结强度与未锈蚀试件A-14-02相比, 提高了2.9%。
钢筋直径14mm试件A-14的锈蚀率与粘结强度结合试验数据, 经过优化拟合, 可以得到钢筋直径14mm试件A-14的粘结强度的拟合公式为:
3 直径16mm钢筋与混凝土静态粘结强度分析
结合本文试验, 表2列出了本文粘结试验中钢筋直径16mm的试件A-16的锈蚀率、极限粘结强度、最大荷载时的自由端滑移值以及试件的破坏形式。
从表2中可以看出, 直径较大时, 锈蚀率对于粘结强度影响较大, 随着锈蚀率的增大, 粘结强度会呈现先增加后减小的趋势。从表中看出, 钢筋直径16mm的试件中, 锈蚀试件A-16-05, 粘结强度比未锈蚀试件A-16-02提高了21.5%;锈蚀试件A-16-03, 粘结强度比未锈蚀试件A-16-02降低了44%。
钢筋直径16mm试件A-16的锈蚀率与粘结强度结合试验数据, 经过优化拟合, 可以得到钢筋直径16mm试件A-16的粘结强度的拟合公式为:
4 结论
(1) 钢筋锈蚀较小时, 试件的极限粘结强度有所提高, 钢筋直径14mm的试件A-14提高了7.1%;钢筋直径16mm的试件A-16提高了15.7%。当钢筋锈蚀继续增大时, 试件的极限粘结强度逐渐降低, 钢筋直径14mm的试件A-14降低了10.5%;钢筋直径16mm的试件A-16降低了25.2%。结合试验数据, 经过优化拟合, 得出了由锈蚀率计算钢筋与混凝土粘结强度的拟合公式。 (2) 钢筋直径对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能有着十分重要的影响。钢筋直径越大, 极限粘结强度越小。但并不能说明要使用直径较小的钢筋, 对耐久性及抗震性能影响较大的环境中, 建议采用小直径钢筋时加以限制;综合考虑锈蚀率及保护层厚度与直径比值的影响, 建立计算钢筋与混凝土间的粘结强度。 (3) 静态粘结性能试验的粘结破坏形式主要有三种:滑移破坏、劈裂破坏、沿锈胀裂缝的拔出破坏。
摘要：通过对不同锈蚀量的14mm和16mm二级钢筋进行拔出试验, 得到了两种不同直径钢筋与混凝土的粘结性能随着不同钢筋锈蚀量的变化规律;根据试验结果的统计分析, 给出了两种钢筋锈蚀后与混凝土的粘结强度计算公式。
关键词：钢筋混凝土,锈蚀,粘结性能
参考文献
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钢筋性能检测 篇5
摘要: 许多既有的钢筋混凝土建构筑物都存在着各种各样的病害和损伤,尤其是随着时间的推移,一大批已建钢筋混凝土建构筑物由于施工质量原因或年久失修及老化出现了很多结构性的病害,而无法正常使用.如何迅速准确地对这些建构筑物进行检测、判断其受损程度、以及做好加固改造处理,在总体安全、经济的前提下,最大限度地延长结构的功能与使用寿命,是土木工程领域里的一个主要热点问题,对于受损及病害钢筋混凝土建构筑物如何做到准确的检测鉴定并修复加固是关系到安全、正常使用和经济的重大问题.对其进行研究具有重要的现实意义.本文介绍了混凝土碳化和钢筋锈蚀的发生机理与影响因素,分析和讨论了混凝土碳化和钢筋锈蚀对材料性能的影响.本文根据收集现有的理论成果总结混凝土碳化和钢筋锈蚀的检测方法,并分析提出修复和加固处理方法.关键词:钢筋混凝土结构 钢筋锈蚀 混凝土碳化 检测 加固
正文: ①钢筋锈蚀的发生机理与影响因素;
钢筋混凝土结构随着时间的推移将发生钢筋锈蚀、混凝土碳化等影响建筑物正常使用的病害.钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构破坏的主要原因.混凝土保护层不够,混凝土结构有裂缝,结构中有外露的钢筋头，水和空气渗透作用,混凝土质量没有满足密实要求，有空洞；或者混凝土标号太低（低标号混凝土不密实）,钢筋锈蚀原因主要就是谁和空气侵蚀，使钢筋产生氧化,混凝土中钢筋锈蚀的条件是受氧化，如果保护层不够，或者水中有腐蚀性物质就会锈蚀的.由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳碳化至钢筋表面，使钢筋周围碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子较高，均可引起钢筋周围氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，从而生成氢氧化铁锈蚀物。
（1）尽管高掺量硅粉的火山灰反应使碱度下降，但钢筋不生产宏电池锈蚀。其原因是水灰比降低和硅粉的火山灰反应时孔结构致密化，导致电极电阻增大。掺硅粉的HPC的高度致密的孔结构大大降低了电解电导率-------钢筋锈蚀的基本条件。
钢筋锈蚀后，其氢氧化铁修饰物体积比原来增长约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗出到混凝土表面。由于锈蚀，使钢筋有效截面面积减小，钢筋与混凝土握裹力消弱，结构承载力下降，并诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
因为混凝土硬化后，表面混凝土遇到空气中二氧化碳的作用，使氢氯化钙慢慢经过化学反应变成碳酸钙，使之碱性降低，碳化到钢筋表面时，使钝化膜遭到破坏，钢筋就开始腐蚀，众所周知，大气是二氧化碳的主要来源，大气中通常含0.2%-0.3%的二氧化碳，而且只要有大气存在的地方，就必然存在二氧化碳，对于普通的硅酸盐而言，水化产生的氢氧化钙可达到整个水化产物的10%-15%，它作为水泥水化产物之一，一方面，它是混凝土高碱度的提供源和保证者，对保护钢筋起着十分重要的作用；另一方面，它又是混凝土中最不稳定的成分之一，很容易与环境中的酸性介质发生中和反应，使混凝土碳化，并逐步延伸钢筋，使钢筋开始锈蚀。
混凝土属于碱性材料，其孔隙溶液的PH值为12-14，因而对钢筋具有较好的保护作用，有利于钢筋表面形成保护钢筋的钝化膜，但这种钝化膜只有在高碱环境中才是稳定的。如果周围环境PH值降到11.8时，钝化膜就开始变得不稳定，当PH值继续降到9.88时，钝化膜就开始变得难以生存或逐渐破坏，使得进入混凝土中的氯离子吸附于钝化膜处，并使钝化膜的PH值迅速降低，逐步酸化，从而使得钝化膜被破坏。
无论混凝土碳化还是氯离子侵蚀，都可以引起钢筋部分锈蚀，在钝化膜破坏处有腐蚀电流产生，在钝化膜破坏还与未破坏区这间存在电位差，有宏电流产生，但微电流要比宏电流大得多。又因为氯离子的存在大大降低了混凝土的电阻率，并且氯离子和铁离子的结合可以形成易容于水的氯化铁，从而加速了腐蚀产物向外的扩散过程，并由于宏观腐蚀电流在钝化膜破坏区边边缘最大，使得靠近钝化区的边缘的局部钝化膜破坏较快，这种现象称为局部锈蚀钢筋的“边缘效应”。正是由于混凝土结构中氯离子的存在，大大降低了阴、阳极之间的欧姆电阻，强化了离子通路，提高了腐蚀电流的效率，从而加速了钢筋的电化学腐蚀过程，氯离子对混凝土中钢筋锈蚀更严重更快速.而氯化物是钢筋的一种活化剂，它能置换钝化膜的氧而使钢筋发生溃烂性腐蚀，而氯盐是高吸湿性的盐，它能吸收空气中的水分变成液体，从而使氯离子从扩散作用变成渗透作用，达到氯离子，透过保护区去腐蚀钢筋的目的。
（2）混凝土硬化以后，表面遭受空气中二氧化碳的作用，氢氧化钙慢慢变成碳酸钙而失去碱性通常称之为混凝土的碳化，或者中性化。氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电流，而且加速了电流的作用过程，阳极反应过程Fe→2e→Fe2+,如果生成的Fe2+不能及时搬运而积累于阴极表面，则阴极反应就会因此而受阻，相反，如果生成的Fe2+能及时被搬走，那么。阳极反应过程就会顺利乃至加还进行，Cl与Fe相遇就会生成FeCl2，Cl能使Fe消失而加速阳极过程，通常把阳极过程受阻称做阳极极化作用，而加速阳极过程者，称作阳极去极化作用，氯离子正是发挥了阳极去极化作用的功能。
应该说明的是，在氯离子存在的混凝土中，钢筋通常的锈蚀产物很很难找到FeCl2的存在，这是由于FeCl2是可溶的，在向混凝土内扩散遇到氢氧根离子，立即生成Fe(OH)2的一种沉淀物质又进一步氧化成铁的氧化物，即通常说的“铁锈”，由此可见，氯离子只起到了“搬运”的作用，而不被消失，也就是说进入混凝土的氯离子，会周而复始地起破坏作用，这也是氯盐危害特点之一。
水泥中的铝酸三钙，在一定条件下，可与氯盐作用生成不溶性“复盐”，从而降低了混凝土中游离氯离子的存在，从这个角度讲，含铝酸三钙高的水泥品种有利于氯离子的侵害，海洋环境中优先选用铝酸三钙含量高的普通硅酸盐水泥，然而，复盐只有在碱性环境下才能生成和保持稳定，当混凝土的碱度降低时，复盐会发生分解，重新释放出氯离子来。在做钢筋锈蚀实验不难发现，如果大面积的钢筋表面上具有高浓度的氯化物，则氯化物所引起的锈蚀是均匀的，但是在不均质的混凝土中，常见的局部锈蚀，导致点蚀.首先则是在很小的钢筋表面上，混凝土孔隙液具有较高的氯化物浓度，形成破坏钝化膜的具备条件，形成小阳极，此时，钢筋表面的大部分仍具钝化膜，成为大阳极，这种特点的由大阳极、小阴极组成的锈蚀电偶，由于大阴供养充电，使小阳极上的铁迅速溶解而产生沉淀，小阴极区局部酸化，同时，由于大阴极区的阴极反应，生成氢氧化根离子，PH值增高，氯离子提高了混凝土的吸湿性，使得阴极与阳极之间的混凝土孔隙的欧姆电阴降低，这几方面的自发变化，将使上述局部锈蚀电偶得以自发的一局部深入形式继续进行。
（3）混凝土中的钢锈是一电化学过程，它由钢表面的电阻，与钢接触的水泥浆体的PH值及电解质如氯化物及氧向混凝土的扩散所控制。在荷载作用下受弯引起的混凝土的裂纹导致CL-及其他离子更快的扩散至钢筋。这些个别地方的锈蚀因锈蚀产物的聚集又导致进一步开裂。
试验结果表明，混凝土中的钢筋锈蚀与通氧程度和掺盐量关系最大，其中通氧程度又是其中的最关键因素，因为氯盐的保锈作用只在氧气比较充足的情况下，才能表现出来。当氧气不足时，钢筋锈蚀量主要取决于氧的通入程度：绝氧时，不论掺盐多少钢筋都未锈蚀。当通氧容易时，随着氯盐掺量的增加，锈蚀量直线增长，掺加5 ％的氯盐，4 个月内钢筋锈蚀4g，掺和20％的氯盐，锈蚀量增加至5 g，占钢筋重的5.1 %。当通氧困难时，无论CaCl2,还是NaCl，钢筋锈蚀量均与盐量成抛物线关系，即掺盐量对钢筋锈蚀的影响有一个最大的极限值，掺盐量超过最大极限值时，掺盐量再增加，钢筋锈蚀是反而减小。
明显看出掺盐量为2％～4％NaCl 和6％～8 ％NaCl，的钢筋锈蚀量最大。如掺加1％NaCl，一年时间钢筋锈蚀0.36g,掺盐量增加到3 ％，钢筋锈蚀量增至最大0.6g,掺盐量继续增加，钢筋锈蚀量急剧减少，掺盐量增加到20％，钢筋锈蚀量减少到0.1g,仅为1％NaCl 的27% 和3％NaCl 的17％。同时钢筋锈蚀速度逐渐减慢，试验龄期一年以后，锈蚀速度更慢，直到四年龄期的三年时间内，锈蚀量几乎没有增加。将通氧容易时与通氧困难时的试验进行比较明显看出，掺氯盐数量相同时，通氧容易和通氧困难两种不同条件下的钢筋锈蚀量相差很大，且掺盐量越高，相差越大，即通氧容易的钢筋锈蚀量比通氧困难的锈蚀量高10～100 倍。
（4）由于在氯离子环境下，钢筋一旦开始锈蚀，发展即非常迅速，腐蚀发展阶段与锈蚀诱导阶段相比非常短，所以在现有研究中，对海洋环境和除冰盐环境，通常将腐蚀诱导期定义为混凝土结构的使用寿命。这样，临界浓度的确定对于评估钢筋锈蚀的情况和结构寿命的预测都具有重要的意义。
②混凝土碳化发生机理和影响因素;(1)发生机理:拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液外，大部分以结晶状态存在，成为孔隙液保持高碱性的储备，它的PH值为12.5～13.5。空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2进行中和反应。反应产物为CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉积于毛细孔中。该反应式为：
Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O
反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH-，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的CO2反应，一直到孔隙液的PH值降为8.5～9.0时，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与Ca（OH）2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。混凝土表层碳化后，大气中的CO2继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散，更深入地进行碳化反应。碳化后的混凝土质地疏松，强度降低。(2)影响因素: Ⅰ;环境条件
因为碳化是液相反应，十分干燥的混凝土即一直处于相对湿度低于25%空气中的混凝土很难碳化；在空气湿度50%～75%的大气中，不密实的混凝土最容易碳化；但在相对湿度>95%的潮湿空气中或在水中的混凝土反而难以碳化，这是因为混凝土含水时透气性小，碳化慢；在湿度相同时，风速愈高、温度愈高，混凝土碳化也愈快；混凝土碳化速度与空气中CO2浓度的平方根成正比。Ⅱ;水泥品种
一般说来，普通硅酸盐水泥要比早强硅酸盐水泥碳化稍快，掺混合材的水泥碳化速度更快，混合材掺量越大，碳化速度越快。掺用优质减水剂或加气剂，可以大大改善混凝土的和易性，减小水灰比，制成密实的混凝土，使碳化减慢。尤其是加气减水剂，由于抗冻性提高，可以大大改善钢筋混凝土建筑物的耐久性。Ⅲ;水灰比
混凝土的碳化速度与它的透气性有很密切的关系，混凝土的透气性越小，碳化进行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实，透气性小，因而碳化速度就慢。同理，单位水泥用量多的混凝土碳化较慢。Ⅳ;浇筑与养护质量
密实的混凝土表层孔隙很小，易从潮湿的空气中吸取水分而充满水，故不易碳化；欠密实的混凝土表层中大孔隙内无水，CO2可以由气相扩散到充满水的毛细孔隙而完成碳化。所以越是密实的混凝土其抗碳化能力越高。
混凝土浇筑与养护质量是影响混凝土密实性的一个重要因素。如果混凝土浇筑时不规范，特别是振捣不密实，以及养护方法不当、养护时间不足时，就会造成混凝土内部毛细孔道粗大，且大多相互连通，严重时会引起混凝土再现蜂窝、裂缝等缺陷，使水、空气、侵蚀性化学物质沿着粗大的毛细孔道或裂缝进入混凝土内部，从而加速混凝土的碳化和钢筋腐蚀。
③混凝土碳化对材料性能的影响;(该结果通过对实验结果的分析所得)结果如下:(1)基本力学性能
各种强度等级混凝土的抗压强度、抗拉强度及弹性模量在碳化前的结果如表1。碳化后的测试结果见试验结果汇总表2。
表1混凝土的强度及弹性模量
表2 试验结果汇总
对比表1和2中的数据可以看出，碳化后各种强度等级混凝土的立方体抗压强度有明显提高，提高大约1．25倍左右，但抗拉强度没有明显变化，因此，工程中可按抗拉强度不变考虑。从材料学上来分析这一现象是：由于混凝土碳化后变得更密实，孔隙率降低，而且孔隙内壁的Ca(OH)2转化成了CaCO3，所以混凝土的抗压强度会提高。不同强度等级混凝土碳化前后强度的变化如图1,2所示:
图1：碳化前后抗压强度的变化
图2：碳化前后抗拉强度的变化（2）应力应变关系曲线
混凝土碳化以后，由于从材料微观结构上发生了一系列的变化，导致宏观受力性能改变。碳化前后混凝土棱柱体破坏形态无大的变化，都是产生锥状裂缝劈裂破坏，到达极限荷载后，随着变形的发展，表面凝土剥落。碳化前后的应力应变关系如图3、4、5所示。由碳化前后的应力应变对比曲线图看出，混凝土碳化以后棱柱体抗压强度变高，同立方体抗压强度试验结果相符合，但是峰值应变相对碳化前没有明显提高，基本变化不大，弹性模量有一定程度提高。碳化后应力应变曲线中，上升段更接近直线，斜率变大，下降段变陡，比碳化前的混凝土更脆。
图3：混凝土碳化前后
图4：混凝土碳化前后 应力应变曲线图（C20）
应力应变曲线图（C30）
图5：混凝土碳化前后
图6；不同程度碳化混 应力应变曲线图（C40）
凝土应力应变曲线图 同济大学朱伯龙教授给出了不同程度碳化混凝土应力应变曲线，没有说明试验方法和试件的有关情况，曲线如图6。图中所示混凝土不同程度碳化后的强度都有所提高，峰值应变减小电比较明显，和本文试验结果有一定的出入，本文峰值应变的减小并不是很明显，大约在0．001ε。同时对碳化后钢筋混凝土受弯构件和压弯构件性能的试验，得出的结果都是强度略有提高，但延性降低，延性系数随碳化深度的增加而降低的情况如表7。
表7：延性系数随碳化深度的变化
④钢筋锈蚀对材料性能的影响;❶锈蚀钢筋的强度
钢筋锈蚀以后，不仅仅造成截面面积减小，而且因为种种原因使其力学性能发生变化，最明显的就是钢筋屈服强度、极限强度的降低，随着锈蚀率的不同，强度的降低程度也不同。事实上，锈蚀钢筋的实际屈服强度和极限强度分别为锈蚀钢筋的屈服荷载和极限荷载与钢筋实际截面面积的比值，其与钢筋锈蚀截面损失率之问的关系并不明显，因此，所谓的锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度指的是锈蚀钢筋的实际屈服荷载和极限荷载与钢筋公称面积(即未锈时的面积)之比，显然小于钢筋未锈时的强度。从宏观上看，锈蚀钢筋强度下降的原因主要有二，其一是钢筋锈蚀以后有效截面面积减小，从而使其所能抵抗的拉力减小；其二是锈蚀钢筋的表面凹凸不平，受力以后严重的应力集中使其所抗拉力进一步减小。锈蚀钢筋强度的降低与锈筋截面损失率之间的关系可以分为如下四种情况：
(1)当钢筋截面损失率小于1％时，钢筋表面仅有一层浮锈，钢筋的屈服强度、极限强度与母材相同。
(2)对于截面损失率小于5％，且沿钢筋长度发生均匀锈蚀的弱腐蚀钢筋，钢筋的失重率近似等于截面面积损失率，钢筋的屈服强度和极限强度可以与母材相同来考虑，钢筋承载能力的降低与钢筋截面面积损失率基本成正比，此时，可以简单地用锈蚀钢筋的实际截面面积乘以屈服强度、极限强度获得钢筋的承载力。
(3)对于截面损失率大于5％小于20％的钢筋，由于混凝土材料的不匀性、使用环境的不稳定性、钢簸各部位受力程度的不同等因素，实际上混凝土中的钢筋锈蚀很少有均匀锈蚀的情况，通常钢筋截面面积损失率大于重量损失率，且随着钢筋锈蚀的发展，锈蚀的不均匀性和离散性增大，重量损失率与截面面积损失率的差异越大。(4)当截面损失率大于20％时，则按无屈服点的热轧钢筋处理。❷锈蚀钢筋的变形
钢筋锈蚀后，极限伸长率明显下降，塑性降低，通过试验研究发现，当截面损失率小于5％时，热轧钢筋的应力一应变曲线仍具有明显的屈服点，钢筋的伸长率基本上大于规范最小允许值，而当截面损失率大于10％时，钢筋的屈服点已经不很明显。伸长率则大于规范堤小允许值。钢筋锈蚀后的伸长率降低程度远远大于截面面积的损失率，当截面损失率大于5％时，具有局部坑蚀的钢筋蚀后伸长率与截面损失率的关系可由下式表示：
一般，在正常的工艺制度和化学成分范围内生产出来的热轧钢筋都有明显的屈服点和一定的屈服台阶，并且混凝土结构用钢的厢强比一般在0．67以内。然而随着钢筋锈蚀的加剧，锈蚀钢筋极限抗拉强度的降低比屈服强度的降低更快，屈服台阶缩短，屈强比增大，屈服点趋于不明显甚至消失，容易引起结构或构件的突然破坏。❸锈蚀钢筋的弹性模量
图8为不同锈蚀率钢筋的应力一应变曲线放在一起的图形。从图中可以看出：在钢筋锈蚀率小于20％时，应力一应变关系曲线的形状很相似，钢筋屈服时的应变与未锈时近似相等。不同的是钢筋锈蚀以后，屈服点降低，屈服平台缩短，极限强度和极限应变减小，且随着锈蚀率的增大，屈服点、极限强度和极限应变减小的越快，屈服平台也越不明显，当锈蚀率大于20％时，钢筋已没有屈服台阶。
图8: 筋不同截面锈蚀率的应力应变关系
⑤混凝土碳化的检测方法和修复与加固处理方法；
1.在砼表面可采用适当的工具在测区表面形成直径约15mm的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度（大于10mm）或者直接在柱角或梁角敲一块混凝土下来；
2.用洗耳球或小皮老虎吹掉灰尘碎屑，并不得用水擦洗；
3.在凿开的砼表面滴或者喷1％的酚酞酒精溶液；
4.用游标卡尺或碳化深度深度测定仪测定没有变色的砼的深度。
5.2.1 环氧厚浆涂料 1.性能特点
环氧厚浆涂料是由环氧基料、增韧剂、防锈剂、防锈防渗填料及固化剂等多种成份组成，适用于混凝土表层封闭。它具有以下一些特点：①、稳定性好。该涂料在大气、淡水、海水及酸碱溶液等介质中长期稳定。②、物理机械性能好。该涂料附着力强，涂层坚硬耐磨，耐热性及电绝缘性好。③、密封性能好。该涂料涂刷后能完全密闭受涂物表面，耐水、耐湿。④、保护周期长。使用寿命在12年以上。⑤、施工方便。既适合手工涂刷，又适合机械喷涂。
2.施工工艺（1）表面处理
混凝土表面处理是除掉混凝土上的污迹、浮物，一般有手工清理和机械清理两种方法。手工清理用钢丝刷在混凝土上来回拉刷，直至除掉混凝土表面的污迹，再用水清洗。机械清理常用喷砂及高压水、高压气冲洗，以不损伤混凝土表层为限。表面处理后，对于混凝土上显露出来的裂缝、蜂窝、麻面等缺陷要先进行修补，完全补好后才能进行涂装，这样才能彻底保护混凝土。混凝土表面处理后待完全干燥后才能进行涂装。
（2）涂料使用要求 环氧厚浆涂料分甲、乙两组分，使用时一般按甲、乙组分比7∶1混合均匀后使用。配制量要根据需求适量配制，及时用完。二次涂装要在一次涂装漆膜完全干燥后进行。
（3）表面涂装
环氧厚浆涂料的人工涂装方法与一般涂料相同，机械喷涂采用高压无气喷涂工艺。
（4）用量
环氧厚浆涂料固体组分多，挥发组分少，一般应涂刷3～4遍，厚度达到250μｍ左右，用量0.5～0.6kg/m2。
5.2.2 硅粉砂浆
硅粉砂浆由普遍水泥砂浆掺和硅粉拌制而成，适用于混凝土碳化层凿除后的重新粉刷。硅粉砂浆因其优越的力学性能和抗渗性能而尤其适用于船闸、通航节制闸闸室岸翼墙墙面的防碳化处理。
根据试验，其抗冲磨性能比C60水泥砂浆高1.5倍，其抗压强度达120MPa，抗拉强度5.2MPa，粘结强度3.6MPa，CO2浓度为30%的28d碳化试验的碳化深度为0。
硅粉砂浆的施工工艺为：混凝土表面凿毛、冲洗、刷水泥硅粉净浆、粉硅粉砂浆，养护14d。硅粉砂浆粉层厚度一般为2cm左右。
5.2.3 混凝土结构变形缝的缝面处理
混凝土结构变形缝的缝面处理难于一般方法进行防碳化处理。为阻缓缝内混凝土的继续碳化，并能满足变形缝的变形要求，对于水上部位的变形缝，可采用华东水利设计研究院研制的SR嵌缝膏进行表面封闭；对水下部位的变形缝，可采用南京水利科学研究院研制的SBS改性沥青灌注封闭，能起到闭气止水的双重作用。
⑥钢筋锈蚀的检测方法、预防措施、修复与加固处理方法.❶检测方法；
目前，混凝土中钢筋锈蚀的非破损检测方法有分析法、物理法和电化学法三大类。分析法是根据现场实测的钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度、有害离子的侵入深度及其含量、纵向裂缝宽度等数据，综合考虑构件所处的环境情况，利用文献中所述的钢筋锈蚀计算模型，来推断钢筋锈蚀程度；物理方法主要通过测定钢筋锈蚀引起电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋锈蚀情况；电化学方法通过测定钢筋混凝土腐蚀体系的电化学特性来确定混凝土中钢筋锈蚀程度或速度。
分析法的应用有赖于建立合理可靠的钢筋锈蚀实用预测模型，但到目前为止，还没有既有充分理论根据、又有大量工程实例验证的数学模型，因此将分析法用于混凝土中钢筋锈蚀评估还有待于进一步研究。
用于混凝土中钢筋锈蚀检测的物理方法主要有电阻棒法、涡流探测法嘶引、射线法、及红外热像法。电阻捧法测量钢筋锈蚀是钢筋截面积和表面状态发生变化引起的电阻值变化，利用导电原理间接推算钢筋的剩余面积；涡流探测法通过测定励磁电流与发生在钢筋内的次生波的相位关系来判断钢筋的锈蚀情况。射线法拍摄混凝土中钢筋的x射线或Y射线照片，直接观察钢筋的锈蚀情况；红外热像法通过测量混凝土表面的温度分布图分析钢筋锈蚀程度。但到目前为止，物理方法还主要停留在实验室阶段。
混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学过程，电化学测量是反映其本质过程的有力手段，与分析法或物理方法比较，电化学方法还有测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测量等优点，因此电化学检测方法得到了很大的重视和发展，在实验室已经成功地用于检测混凝土试样中钢筋的锈蚀状况和锈蚀速度，并已开始试用于现场测试。电化学检测方法有自然电位法(又叫半电池电位法)、交流阻抗谱法、线性极化法恒电量法、电化学噪声法、混凝土电阻法和谐波法等。其中，现场检测最常用的是自然电位法和线性极化测量技术。❷预防措施； Ⅰ.基本措施
基本措施就是致力于提高混凝土自身的防护能力。由于钢筋腐蚀的最直接原因是其表面保护膜的破坏，因此，完好的混凝土对其内部钢筋的防腐蚀提供了第一道屏障。最大限度的保证混凝土自身密实完好、保持高碱度和防止有害离子入侵，是钢筋混凝土防腐蚀措施的出发点。采取的主要措施为：
(1)设计合理的混凝土配合比，严格控制混凝土的水灰比我们知道，水灰比对混凝土的孔隙结构影响极大，在水泥用量不变的条件下，水灰比越大，混凝土内部的孔隙率越大，密实性越差，渗透性也就越大，碳化速度也越快。此外，由于碳酸化是混凝土中碱性物质被中和的过程，因而保持混凝土的高碱度，即采用当的水灰比，提高混凝土的水泥含量，是十分必要的。
(2)在混凝土中掺入粉煤灰等外加剂，提高其抗渗性国内外许多研究表明，在掺用优质粉煤灰等掺和料时，在降低混凝土碱性的同时能提高混凝土的密实度，改变混凝土内部孔结构，从而能阻止氯离子和氧气与水分的渗入，这对防止钢筋锈蚀是十分有利的。近年来，我国的研究工作还表明，掺入粉煤灰可以增强混凝土抵抗杂散电流对钢筋的腐蚀作用。
(3)采用机械振捣和机械搅拌，保证混凝土的密实度因为二氧化碳在具有开放一连通式微孔结构的混凝土中更容易侵入，所以，正确执行混凝土施工过程中的捣实和养护操作规程，减小微孔尺寸，降低微孔连通程度，对于提高混凝土抗碳酸化能力也是非常关键的。
除了采取以上几种提高混凝土自身性能的方法外，增加混凝土保护层厚度、严格控制周围环境中的氯离子含量、应用较大直径的钢筋、提高桥梁的施工工艺等都有利于钢筋的防腐。
Ⅱ.附加措施
对于一般钢筋混凝土结构工程，由于环境、施工及材料本身等一些因素的影响，混凝土表面必然会产生裂缝，因而钢筋的锈蚀就不可避免。为了更好的防止结构因钢筋锈蚀而发生破坏，采取一些附加措旌是必要的。主要有：
(1)在混凝土表面涂层对修补过的混凝土结构甚至新浇注的混凝土结构，在其表面加覆盖层、隔盖层、水泥基、聚台物、树脂类涂层等，作为第一道防线往往是一种比较简单、经济和有效的辅助性保护措施。这些外涂层有隔离腐蚀环境的功能，对于保护混凝土自身、保持碱度和防止有害离子入侵都是有效的。
(2)采用耐腐蚀钢筋(环氧涂层钢筋)在钢筋表面涂刷坏氧树脂，对于防止高强钢筋的应力腐蚀和脆性断裂，是十分有效的。虽然涂刷环氧树脂钢筋的造价是普通钢筋的2倍，但在美国已被广泛应用，在英国也被接受和采用。(3)使用钢筋阻锈剂钢筋阻锈剂通过影响钢筋和电解质之间的电化学反应，可以有效地阻止钢筋腐蚀发生。实践证明，拌制混凝土时掺入阻绣剂是预防恶劣环境中钢筋腐蚀的一种经济有效的补充措施，亚硝酸盐是近20年来已经大规模应用的钥簏阻锈剂。
(4)应用电化学防护法钢筋的腐蚀最终属于电化学腐蚀，因此，解决钢筋腐蚀问题的最贴切、有效的方法理应是采用电化学防护技术。目前，电化学防护技术主要有以下三种：(I)降低
电势至免疫区一阴极保护阴极保护法是将外加直流电源的负极与被保护的金属相连接，通过外加电源使被保护的金属成为阴极，并发叫：极化；或通过外加牺牲阳极，使被保护金属的整体成为阴极。(II)提高电势至钝化区使阳极极化一阳极保护阳极保护法是把被保护的金属构件与外加直流电源的正极相连，使金属构件成为阳极，并在一定的电解质溶液中被极化。(III)提高介质pH值至钝化区一高碱度保护原理同混凝土如何保护钢筋。
钢筋性能检测 篇6
关键词：混凝土,钢筋,锈蚀,检测
1 钢筋锈蚀检测技术现状
1.1 混凝土破型检测
这种检测方法最直观和准确, 即将检测部位的保护层凿除, 量取钢筋锈蚀后实际锈后直径, 必要时可将部分钢筋截断带回实验室检测。这种方法的缺点是费时、费力, 对建筑物或结构构件会造成一定程度的破坏。
1.2 钢筋锈蚀电位、电阻评定方法
正常情况下, 混凝土内钢筋表面的钝化膜是完好的, 此时钢筋的电动势与处于腐蚀状态下钢筋的电动势是不同的。钢筋锈蚀的点化学反应过程与带电离子通过混凝土内部微孔液体的运动有关。离子的同方向运动使混凝土成为电导体, 通过测量其导电性 (或电阻) , 就可以判断出腐蚀电流流动的难易性, 进而可以判断出保护层下钢筋的锈蚀状况。
目前, 在我国一般使用的是用半电池法测定混凝土的电位来判断钢筋锈蚀状况。由于电阻率法判断很模糊, 在我国很少采用, 英国曾制定出测混凝土电阻率的方法, 根据所测混凝土电阻率判断钢筋锈蚀状况的标准见表1。
由于锈蚀电位、电阻的测量受混凝土种类、干湿度、氯盐等内掺剂含量等多种现场因素及操作人员技能的影响较大, 因此判别比较笼统, 虽属定量测量, 但只能做定性判断。
2 锈蚀检测技术研究
2.1 半电池电位法检测技术
在前文中已经提到, 鉴于电阻率法检测技术过于粗糙, 我国很少使用。而半电池电位法相对来讲, 略显精细一些, 国内应用较广, 但这种方法受现场影响因素太多, 而且其影响有轻有重, 故与现场人员经验是否丰富密切相关。本文就不同的混凝土干湿度、混凝土强度等试件结合GXY-1A型钢筋锈蚀测量仪进行了一些试验。
G X Y-1A型钢筋锈蚀测量仪是以8031单片机为核心部件, 集数据采集、存储、分析、绘图、打印为一体的多功能化仪器。其主要性能指标如下:
测量范围:显示±1999mV, 存储±999mV;
准确度:优于0.5%±1m V;
分辨率:1m V;
输入阻抗:1012Ω;
显示:2×16字符液晶显示;
输出:标准打印机并行口, 可扩充R S-232串行口, 序列输出和矩阵输出并存;
探头: (钢/硫酸铜) 半电池电极, 湿度系数0.9mV/℃;
环境条件:温度0℃～40℃, 相对湿度85%。
该仪器测试混凝土内钢筋锈蚀电位的示意图见图1。
2.2 试验结果及分析
2.2.1 自然锈蚀与通电锈蚀的异同
大气条件下, 当混凝土保护层完全碳化、p H降至9.5时, 钢筋表面的钝化膜遭到破坏, 钢筋就会锈蚀。锈蚀随着混凝土碳化深度的增加而逐步推进。而反阴极保护法的通电锈蚀表明, 锈蚀是沿着钢筋周表面同时出现的, 另外在大气条件下, 钢筋锈蚀的生成物 (主要为铁的氧化物) 会造成3～4倍的体积膨胀, 胀裂混凝土保护层, 但通电锈蚀的结果没有观察到这种情况, 因此在相同的锈蚀率下, 自然锈蚀与通电锈蚀所造成的钢筋与混凝土的粘结力的丧失程度是不一样的。
2.2.2 钢筋锈蚀程度分析
钢筋锈蚀程度判别方法一般有失重法、截面损失法等。6组试件经过通电后, 最大失重率为2.06%, 小于10%, 属低度锈蚀在自然状态、饱水状态和锈后饱水状态的电位值处理, 虽然钢筋都属于低度锈蚀, 但在混凝土处于饱水状态下, 锈蚀电位的检测均值却达到-682.6m V (平均系数0.168) , 远低于-350m V和-400m V, 判断钢筋锈蚀度应属于严重锈蚀。以上矛盾来源于钢筋锈蚀的评判方法。由前文所述, 由于电锈蚀是全表面锈蚀, 故锈蚀率为100%, 那么, 检测到的检测值很高也就可以理解了。
2.2.3 混凝土含水量对锈蚀电位检测值的影响
在钢筋未锈蚀而试件混凝土为自然风干状态时, 锈蚀电位均值为-112.4mV (离差系数0.176) , 在c a s e2时, 锈蚀电位均值减至-273.5mV (离差系数0.280) , 照此数据判断, case1时钢筋处于低度锈蚀, 而在case2时, 钢筋却处于中等锈蚀状态, 这显然是不符合实际情况的, 因此混凝土含水状态对锈蚀电位测量的影响是不可忽视的。实际检测时应加以鉴别修正。
2.2.4 混凝土强度对锈蚀电位检测值的影响
在相同状态下, 混凝土强度为C25时的锈蚀电位检测值大于混凝土强度C20时的锈蚀电位检测值, 并在通电饱和状态下, 其变化幅度最大。因此, 在使用G X Y-1A检测钢筋锈蚀度时, 混凝土强度的影响不能忽视。
2.3 检测保护层中铁离子含量确定钢筋锈蚀度技术研究
研究表明, 钢筋锈蚀后, 锈蚀产物多以氧化铁、氯化铁、硫酸铁等铁盐的形式存在, 且以氧化铁最多。当混凝土保护层受雨水浸润或处于其他潮湿环境中时, 钢筋的锈蚀产物就会通过混凝土的微细孔隙从内到外渗透。根据扩散规律, 当扩散达到稳定后, 扩散物质在扩散介质中存在按一定的梯度分布, 对于同种强度和类别及处于相同环境下的混凝土, 我们认为在保护层上离钢筋相同距离位置上的铁离子含量 (开裂边缘除外) 与钢筋锈蚀度间是有一定关系的, 本文做了相关试验。
所用试样是从室内外选取的试件上取下的, 选用的试件的钢筋分为未锈、低度锈蚀、高度锈蚀、严重锈蚀四个不同级别, 试样从离钢筋5～8m m位置的保护层里取出。试样共制备了两批, 第一组为室内, 第二组为室外。由于室内锈蚀试样产物主要是Fe2O3, 故这里仅测试了Fe2O3含量。两批试验的结果见表2。
从表中结果可以看到, 两组试样Fe2O3的含量明显地随钢筋锈蚀度的变化而呈现规律性的变化, 但第二组试样的氧化铁含量明显偏高。分析其原因, 一是由于第一组在室内操作, 在取样过程中锈蚀产物未曾掉进试样内, 而第二组试样是在室外久置的建筑物上取样, 工地操作不便, 锈胀产物可能部分污染了试样, 而取样人员可能还未发觉;二是水泥自身的品质差异也有一定的影响。这一事实告诉我们, 通过检测混凝土保护层中铁离子含量来判断钢筋的锈蚀状况是可行的, 对于不同的工地可先选取几个典型部分测其铁离子含量并破型检验对照, 然后, 其他大量检测就不必破型检验。当然, 这种方法在操作中要求选取的样品应与钢筋的距离相同, 同时不能污染了试样, 否则可能会出现误判。
3 钢筋锈蚀情况检测的综合方法
通过以上几种对钢筋锈蚀检测方法的比较、试验, 笔者认为, 对一般钢筋混凝土结构, 钢筋锈蚀情况的检测, 即以外观目视普测和用锈蚀仪有选择地面测辅以典型断面破型点测, 具体操作如下:首先对整个结构物构件外观进行目测观察, 并根据保护层外表面的锈蚀和剥蚀状况初步判断钢筋的锈蚀状况。然后根据目测结果, 选择部分构件用锈蚀仪检测钢筋锈蚀电位, 并选取典型面破型检验, 进一步精确判断钢筋的锈蚀级别。但用锈蚀仪检测的锈蚀电位在不同的工地环境要做不同的修正, 因此有关检测人员的经验积累是必要的。
参考文献
钢筋与混凝土粘结性能研究 篇7
关键词：钢筋,混凝土,粘结
1 试验
为了研究钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能, 现设计制作钢筋与混凝土锚固试验试件, 混凝土组成及钢筋性能如下:
(1) 采用石灰质骨料混凝土, 各种组分用量见下表1。
(2) 钢筋采用Φ16带肋钢筋, 无锈蚀。钢筋材料性能见下表2。
(3) 试件制作。采用无横向箍筋的中心拔出试验, 模板两端中心各钻一孔用来穿钢筋, 按照混凝土结构试验方法标准预留5d长PVC管套钢筋, 见图1。试件采用自然养护, 见图2。
2 试验结果与分析
养护28d后在高温炉中进行火灾模拟试验, 模拟温度为300℃、500℃、700℃, 使用万能试验机进行拉拔试验。
锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究 篇8
近年来, 钢筋混凝土结构已成为世界上最为广泛的结构形式之一, 但由于环境变化, 导致钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构提前破坏较为普遍, 已逐渐引起国内外专家、学者们的重视[1], 在1991年, 第二届国际混凝土耐久性学术会议上, Metha[4]教授指出:“影响钢筋混凝土结构破坏的顺序依次为:钢筋腐蚀、冻害、物理化学作用。”由此表明, 钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性降低的最主要因素。虽然与发达国家相比, 我国钢筋混凝土结构相对起步较晚, 但钢筋混凝土结构耐久性问题已经成为影响钢筋混凝土结构稳定性的主要因素, 目前, 我国正处于房屋大规模建设的初级阶段, 更要重视混凝土结构的耐久性因素, 避免重蹈发达国家的覆辙[5]。
本文在锈蚀钢筋原材料力学性能变化的基础上, 分析了不同锈蚀钢筋混凝土梁抗弯力学性能, 为混凝土结构耐久性研究提供了理论参考。
1 试验方案
1.1 试件尺寸设计
本次试验共设计8个尺寸为150 mm×150 mm×1 700 mm的钢筋混凝土梁试件, 设计强度均为C30, 混凝土的配合比为:水泥∶水∶砂子∶石子=1∶0.45∶1.42∶3.01, 坍落度为90 mm, 钢筋为二级钢, 箍筋Ф6.5@100, 保护层厚度为25 mm。
1.2 试件制作
钢筋绑扎前首先应对钢筋进行除锈, 并称出未锈蚀钢筋质量, 标记在导线的一端头上, 同时将另一头导线系在钢筋端部, 并在导线与钢筋交接处200 mm范围内涂刷防锈漆, 包裹绝缘胶带, 以免导线锈断。同时在箍筋与架力筋交接处涂刷绝缘漆, 避免发生箍筋锈断, 失去约束作用提前破坏。
此次试验采用电解液快速锈蚀法, 将养护好的混凝土放入砂槽中, 上部覆盖塑料薄膜, 定期对混凝土梁浇筑浓度为5%Na Cl溶液, 放置3 d后接通稳压直流电源。电源正极接受拉钢筋, 电源负极接铜板, 形成电解池。再根据设计锈蚀量与法拉第原理, 选择适当的电流和通电时间[6]。
1.3 荷载取值或加载方式
本试验在延边大学工学院土木工程系试验室进行, 加载程序如下:试验加载前, 首先进行预加载, 观测仪器仪表和试验装置是否工作正常, 及时排除故障;再进行物理对中, 加载荷载为极限荷载的30%, 观测应变变化是否一致[7]。最后进行正式加载, 第一级荷载为梁极限荷载的20%, 之后采用分级加载, 按极限荷载的10%逐级加载, 当荷载达到极限荷载的80%, 降低为极限荷载的5%, 从加载结束到下一级荷载开始持荷时间为10 min, 待变形基本稳定后记录本级荷载, 进行下一级加载[8]。
2 试验结果分析
2.1 不同锈蚀率对钢筋力学性能的影响
由表1可以看出, 当锈蚀率低于5%时, 钢筋的屈服强度和极限强度几乎无变化, 且满足规范要求, 但伸长率开始降低;当锈蚀率大于5%且小于11%时, 钢筋的极限强度随着锈蚀率的增加而不断降低, 屈服强度仍无变化, 伸长率已不能满足使用要求。当锈蚀率大于15%左右时, 钢筋极限强度下降速率开始加快, 不能满足使用要求, 且失去屈服强度, 发生脆性破坏。说明钢筋在锈蚀过程中伸长率和极限强度是影响构件脆性破坏的关键因素, 也是造成混凝土构件脆性破坏的决定性因素。
2.2 钢筋锈蚀对混凝土梁的强度影响
由图1, 表2可以看出, 钢筋混凝土梁的承载能力并不随着锈蚀率的增加而呈反比例降低, 当锈蚀率低于5%时, 钢筋混凝土梁的承载能力随着钢筋的锈蚀率的增加而不断增加, 主要因为此时钢筋屈服强度和极限强度并不受锈蚀率的影响, 伸长率虽然有所降低, 但降低幅度不大, 且钢筋延性较好, 由于钢筋锈蚀导致钢筋表面产生大量铁屑, 增加了与混凝土的粘结能力, 提高了钢筋混凝土梁的抗弯能力。当锈蚀率大于5%, 且小于13.5%时, 虽钢筋屈服强度没有变化, 但钢筋极限强度逐渐降低, 伸长率也逐渐不能满足使用要求, 但钢筋与混凝土仍能共同工作, 锈蚀钢筋混凝土梁的承载能力随着锈蚀率的增加呈反比例增长, 当锈蚀率大于13.5%, 钢筋表面螺纹被锈掉, 钢筋失去屈服强度, 且极限强度和伸长率均不能满足使用要求, 失去了与混凝土共同工作的能力, 同时也失去了延性, 造成混凝土强度急速下降, 发生脆性破坏。
2.3 锈蚀钢筋混凝土梁的应力—应变分析
由图2可以看出, 对于未锈蚀钢筋混凝土梁的应力—应变曲线大体可以分为两个阶段, 主要是弹性阶段和强化阶段, 加载初期, 由于荷载较小, 混凝土表面并未产生裂缝, 应变变化较小, 应力—应变呈线性增长, 当荷载达到极限荷载的70%时, 混凝土表面开始出现裂缝, 应变增长速率逐渐变快, 直至试件破坏。当锈蚀率低于5%时, 由于钢筋的力学性能并没有明显变化, 且能够提高与混凝土的粘结能力, 导致锈蚀钢筋混凝土梁的变形性能与未锈蚀钢筋混凝土梁大体相同, 甚至变形性能更好。当锈蚀率大于13.5%时, 由于钢筋力学性能的衰减, 失去了延性, 同时表面铁屑的增加, 降低了与混凝土的粘结能力, 造成锈蚀钢筋混凝土梁呈现脆性破坏。
2.4 锈蚀钢筋混凝土梁的荷载—位移分析
由图3可以看出, 锈蚀钢筋混凝土梁的延性与锈蚀钢筋混凝土梁的应变性能相似, 但锈蚀率越大, 前期混凝土梁位移变化速率越快, 且变形能力越差。对于未锈蚀或锈蚀率低于5%的梁, 钢筋与混凝土粘结性能较好, 锈蚀钢筋混凝土梁变形能力较强, 锈蚀钢筋混凝土梁延性随着锈蚀率的增加不断衰减, 但降低幅度不大。当锈蚀率大于13.5%, 由于钢筋锈蚀较严重, 表面已经被碳化, 钢筋肋被锈掉, 失去了与混凝土的粘结能力, 导致钢筋不能与混凝土共同工作, 造成剥离破坏。
3 结语
1) 通过24根锈蚀钢筋试验结果表明, 钢筋锈蚀初期, 钢筋屈服强度和极限强度并无明显变化, 伸长率开始降低缓慢, 当锈蚀率大于5%且小于11%时, 屈服强度无变化, 极限强度和伸长率已经达到临界值, 当锈蚀率大于11%时, 钢筋逐渐失去屈服强度, 极限强度和伸长率迅速下降, 呈现脆性破坏。
2) 锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯强度并不随着锈蚀率呈反比例降低, 当锈蚀率低于5%时, 锈蚀钢筋混凝土梁的强度随锈蚀率的增加而不断增加, 当锈蚀率大于5%且小于13.5%时, 锈蚀钢筋混凝土梁抗弯强度随着锈蚀率的增加呈反比例增长, 当锈蚀率大于13.5%时, 钢筋混凝土梁抗弯强度随着锈蚀率的增长急剧下降, 呈脆性破坏。
3) 锈蚀钢筋混凝土梁的变形能力随着锈蚀率的增加而不断降低, 当锈蚀率低于13.5%时, 钢筋与混凝土握裹能力较好, 锈蚀钢筋混凝土梁主要呈现塑性破坏, 当锈蚀率大于13.5%时, 钢筋失去了与混凝土的粘结能力, 梁承载能力急剧下降, 呈现脆性破坏。
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钢筋混凝土动态粘结性能数值模拟 篇9
钢筋混凝土的粘结滑移问题在混凝土结构抗震研究中具有重要的意义。许多学者对钢筋混凝土间的粘结滑移进行了试验研究和数值模拟[1,2,3,4], 并取得了丰硕的研究成果。但这些成果只涉及普通钢筋混凝土结构在静荷载下的粘结锚固问题, 很少考虑地震作用等动荷载下的相关性能。随着对动载作用下钢筋混凝土结构模拟精度要求的提高, 钢筋混凝土粘结性能的率敏感性问题也引起广泛关注。Vos[5], Chung[6], Weathersby[7], 郑晓燕[8], 洪小健[9]等学者在这方面做了一些研究, 但是基于有限元软件进行数值模拟的研究还比较少。本文基于ABAQUS有限元软件, 采用非线性弹簧单元Spring2 作为粘结单元, 考虑钢筋混凝土粘结性能的率相关性, 对钢筋和混凝土间的动态粘结滑移性能进行有限元数值分析。
1 构件尺寸
模拟梁是普通钢筋混凝土简支梁, 梁长为2 500 mm, 支座间跨度2 300 mm, 截面尺寸150 mm × 300 mm, 采用C30 混凝土, HRB335 钢筋, 保护层厚度为35 mm, 受拉筋两端距离混凝土的外缘为25 mm。构件尺寸如图1 所示。
2 有限元模型介绍
2. 1材料参数
混凝土采用ABAQUS中的损伤塑性模型, 损伤塑性模型是由Lee和Fenves建议的, 用于模拟混凝土、砂浆等准脆性材料的行为, 如不相等的抗拉、压强度, 抗压强度10 倍或更高倍于抗拉强度, 受拉软化行为, 受压先强化后软化行为, 受拉以及受压不同的弹性刚度退化行为, 反复荷载作用下刚度的恢复效应等。
C30 混凝土的基本参数取值为: 密度2 400 kg / m3, 弹性模量3. 186 7 × 1010Pa, 泊松比0. 2, 剪胀角30, 流动参数0. 1, 双轴与单轴抗压强度比值1. 16, 不变量应力比0. 666 7。
钢筋采用理想弹塑性模型, 基本参数取值为: 密度7 800 kg/m3, 屈服应力381. 62 MPa, 弹性模量2 × 1011Pa, 泊松比0. 3。在数值模拟过程中钢筋还未达到屈服, 因此, 模型中没有考虑钢筋的应变率效应。
钢筋混凝土粘结滑移本构关系采用Mirza和Houde[10]提出的公式如下:
其中, τ 为粘结应力, MPa; s为滑移, mm; fc为混凝土抗压强度, MPa。
文献研究表明[11], 不同应变率下混凝土的抗压强度跟加载速率有关。因此式 ( 1) 中的粘结应力 τ 受到混凝土抗压强度fc的影响也跟加载速率有关。对于C30 混凝土, 动力提高系数DIF ( 动态特征强度或应变与准静态特征强度或应变的比值) 与应变率的关系式采用文献[11]的表达式如下:
2. 2 有限元模型
采用ABAQUS有限元软件对上述构件进行建模, 混凝土采用8 节点六面体减缩积分单元C3D8R, 钢筋采用2 节点空间桁架单元T3D2, 粘结单元采用非线性Spring2 弹簧单元。简支梁支座的一端为固定铰支座, 另一端为滚动铰支座, 为了避免有限元模型在加载中出现应力集中现象影响求解和收敛, 在模型的加载点和支座处加刚性垫片。采用Coupling命令模拟参考点和垫板之间相互作用, 用Tie命令模拟垫块和梁相互作用。
梁的有限元模型如图2 所示, 插入弹簧单元的模型如图3 所示。
3 计算结果及分析
3. 1 不同应变率影响下的粘结力发展曲线
在数值模拟中, 快速逐级加载到85 k N时, 在不同的应变率下, 梁钢筋端部位置处的最大粘结力数据如表1 所示。
由表1 可以看出, 不同情况下的粘结力发展曲线都是由上升段和下降段构成, 梁钢筋端部位置处弹簧粘结力随应变率的提高而上升, 最大粘结力也提高, 与Vos[5]提出的对于变形钢筋, 应变率越高粘结强度越大的结论一致。
3. 2 不同应变率影响下的滑移发展曲线
在数值模拟中, 快速逐级加载到85 k N时, 不同应变率下的梁钢筋端部位置处最大滑移量的数值如表2 所示。
由表2 对比可以看出, 不同应变率下的滑移发展曲线较为一致, 随着应变率的提高, 最大滑移量提高。
实际上, 在加载过程中, 混凝土的应变率处于不断变化中, 本文只考虑了固定应变率下钢筋与混凝土的粘结性能, 在今后的研究中, 应该更进一步研究地震荷载作用下的钢筋与混凝土的粘结性能。
4 结语
本文基于ABAQUS有限元软件, 采用非线性弹簧单元Spring2 作为粘结单元, 考虑钢筋混凝土粘结性能的率相关性, 对钢筋和混凝土之间的动态粘结滑移性能进行了有限元数值分析。
通过计算对比得出以下结论: 混凝土的应变率提高, 钢筋混凝土间的最大粘结力提高, 钢筋末端最大滑移量增大。结果表明, 该有限元模型可以模拟钢筋混凝土间的动态粘结性能。
由于钢筋混凝土的动态粘结性能研究还不完善, 还需要进行更多的试验和理论研究, 以期更精确地对地震作用下钢筋混凝土结构进行数值分析。
摘要：基于ABAQUS非线性有限元软件, 采用非线性弹簧单元Spring2, 建立了钢筋混凝土简支梁有限元模型, 对比分析了不同应变率对钢筋混凝土粘结滑移性能的影响, 分析结果与Vos的结论进行对比, 结果表明有限元模型模拟结果的合理性。
锈蚀对钢筋混凝土构件性能的影响 篇10
混凝土及钢筋混凝土结构是目前世界上使用最广泛的建筑材料之一,许多与人民生活和工农业生产有关的结构物都是用混凝土或钢筋混凝土建造的。混凝土及钢筋混凝土结构有其优点,如取材容易,价格低廉等。但是,如果这些结构长期暴露在恶劣的环境中,外部腐蚀介质的影响往往使这些结构的使用寿命没有预期的那样长。由于混凝土碳化特别是氯化污染,引起钢筋锈蚀、混凝土顺筋胀裂、层裂、剥落破坏等现象,已经成为威胁混凝土结构耐久性的主要因素,给世界各国造成了严重的经济负担。因此,研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的结构性能影响,对在用结构的抗力评定、可靠性评价、准确预测结构的使用寿命上都具有十分重要的实际意义。
文中通过分析锈蚀对钢筋、混凝土以及钢筋与混凝土之间的粘结性能的影响,对锈蚀钢筋混凝土构件的性能进行了研究。
1 混凝土中钢筋锈蚀的机理
混凝土中钢筋的锈蚀主要是电化学腐蚀。这是由于混凝土空隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式存在,其中还含有一些氢氧化钠和氢氧化钙,pH=12.5。在这样的强碱性的环境中,钢筋表面形成钝化膜,它是厚度为2×10-9 m～6×10-9 m的水化氧化物(nFe2O3·mH2O),阻止钢筋进一步腐蚀。但是,当钢筋表面的钝化膜受到破坏,成为活化态时,钢筋就容易腐蚀。呈活化态的钢筋表面所发生的腐蚀反应的电化学机理是,当钢筋表面有水分存在时,就发生铁电离的阳极反应和溶液中氧还原的阴极反应,相互以等速度进行,其反应式如下:
阳极反应:2Fe-4e-→2Fe2+
阴极反应:O2+2H2O+4e-→4OH-
腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合,在钢筋表面析出氢氧化亚铁,其反应式为:
该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Fe(OH)3,并进一步生成nFe2O3·mH2O (红锈),一部分氧化不完全的变成Fe3O4(黑锈),在钢筋表面形成锈层。红锈体积可大到原来体积的4倍,黑锈体积可大到原来体积的2倍。铁锈体积膨胀,对周围混凝土产生压力,将使混凝土沿钢筋方向开裂,进而使保护层成片脱落,而裂缝及保护层的剥落又进一步导致钢筋更剧烈的腐蚀。
2 锈蚀对钢筋力学性能的影响
锈蚀钢筋力学性能退化的主要原因是钢筋截面外边缘的坑蚀引起有效截面面积减少从而产生应力集中。从试验与分析结果来看,当钢筋的锈蚀率较小时(<5%),坑蚀影响较小,钢筋为均匀锈蚀,其力学性能的影响并不明显。随着锈蚀率的增大,坑蚀逐渐明显,锈坑产生的缺口效应和应力集中,引起钢筋性能指标的变化,主要体现在屈服强度、极限强度、极限延伸率和粘结强度等方面。特别是延伸率,当锈蚀率大于10%时,递减速度明显增大。文献[1][2]通过线性回归方程给出了锈蚀率大于5%时锈蚀钢筋的伸长率、名义屈服强度和抗拉强度的计算公式。
从原因上看,屈服强度和极限强度下降的原因主要有两点:1)钢筋锈损以后有效截面面积变小,使其所能抵抗的拉力减小;2)锈蚀钢筋的表面凹凸不平,受力以后严重的应力集中使其抗拉能力进一步减小。而延性变差的原因是塑性变小,主要集中在截面锈损最大、发生断裂的部位,在同一试件上锈损最大处已经屈服时锈蚀率小处的应变还很小[3]。
3 锈蚀对混凝土的影响
钢筋锈蚀后锈蚀产物的生成都会引起体积的膨胀。一方面,钢筋混凝土构件中受压区钢筋的锈蚀将使受压区混凝土同时承受轴向压应力和钢筋锈胀拉应力的双向作用,使受压区混凝土的抗压强度受到一定的影响;另一方面,混凝土保护层的开裂将影响钢筋混凝土构件在极限状态下的性能。
国内外不少学者通过试验研究了锈蚀对混凝土的影响。张喜德等[4]制作了30 个中央埋置钢筋的边长100 mm 的立方体试块,研究锈蚀对混凝土抗压强度的影响。试验结果表明,钢筋在开始锈蚀至混凝土开裂的一段时间内对混凝土的抗压强度的影响是不可忽视的,而在混凝土开裂后因钢筋膨胀内应力的释放混凝土的抗压强度有所提高。范颖芳等[5]对在硫酸盐腐蚀环境下服役10余年的钢筋混凝土构件中取得的混凝土芯样进行了单轴抗压强度试验。研究指出,在腐蚀作用的初期,腐蚀作用引起的膨胀内应力使混凝土的抗压强度有所提高;随着腐蚀作用的不断进行,混凝土的力学性能将产生退化。
4 锈蚀对钢筋与混凝土粘结性能的影响
在钢筋混凝土结构中,钢筋和混凝土这两种性质不同的材料之所以能够共同工作,主要是依靠钢筋和混凝土之间的粘结力。由于这种粘结力的存在,使钢筋和周围混凝土之间的内力能够相互传递。钢筋和混凝土之间的粘结力,主要由三部分组成:1)钢筋和混凝土接触面上的粘结—化学吸附力,亦称胶结力;2)钢筋与混凝土之间的摩阻力;3)钢筋与混凝土的咬合力。
钢筋混凝土在钢筋生锈后,钢筋与混凝土之间的粘结性能会发生变化。近年来国内外学者的试验及理论研究表明[7,8,9],在锈蚀率较小时,钢筋与混凝土之间的粘结力会有一定的增加;而当锈蚀率较大时,粘结力会随着锈蚀率的增大而降低。这主要是因为,在锈蚀率较小时,钢筋的锈蚀成分膨胀造成钢筋与混凝土挤压加强因而摩阻力也增加,而钢筋锈蚀造成钢筋凹凸度增加,因而机械咬合力亦将增加;当钢筋锈蚀到一定程度后,将在钢筋和混凝土之间形成一个锈蚀产物过量剩余层,锈蚀层呈疏松状,钢筋和混凝土之间的摩擦系数降低,粘结力下降;当锈蚀率继续增加时,由于锈蚀产物体积膨胀而钢筋周围混凝土环向受拉,当产生的拉应力超过混凝土的极限拉应力时,保护层混凝土产生沿筋裂缝甚至开裂,此时钢筋与混凝土的粘结力进一步下降。
5结语
锈蚀对钢筋混凝土构件中的钢筋、混凝土以及钢筋与混凝土的粘结性能均有较大的影响,从而也影响着钢筋混凝土构件的承载能力。本文分析了锈蚀钢筋混凝土构件性能的下降机理,但是,要建立锈蚀钢筋、混凝土以及粘结性能的退化模式,掌握力学性能的退化规律,尚需进行大量的研究工作。开展对锈蚀钢筋混凝土结果性能退化的研究,对现有结构物的鉴定具有重要的现实意义。
摘要：简要说明了研究锈蚀钢筋混凝土构件性能的重要意义,通过分析锈蚀对钢筋、混凝土以及钢筋与混凝土之间的粘结性能的影响,对锈蚀钢筋混凝土构件的性能进行了研究,对现有结构物的鉴定具有重要的现实意义。
关键词：钢筋混凝土,锈蚀,结构性能,构件
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