基于锈胀裂缝的锈蚀梁钢筋锈蚀率计算

作者:吴锋;张章;龚景海 刊名:建筑结构学报 上传者:杨洋

【摘要】根据钢筋混凝土梁锈胀开裂的特点,考虑钢筋锈蚀不均匀性,对锈胀裂缝宽度实测值进行修正。结合对钢筋锈蚀开裂后锈蚀物体积膨胀的量化分析,得到了混凝土开裂后的钢筋锈蚀率基于锈胀裂缝宽度的计算模型,并通过电解液加速锈蚀方法对配筋混凝土试块进行加速腐蚀试验,拟合出了实用的锈蚀率计算式。采用7根钢筋混凝土梁的电解液加速腐蚀试验进行验证。结果表明:锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率近似呈线性变化;在钢筋不均匀锈蚀的情况下,采用间接法计算得到的钢筋最大锈蚀率与试验平均锈蚀率的比值在1.4~2.4之间,与实际情况符合较好。

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0引言当混凝土构件处于氯化物含量高的环境中,氯离子能渗透和扩散进入混凝土,致使钢筋腐蚀。钢筋锈蚀后,锈蚀产物体积膨胀会造成包裹钢筋的混凝土沿钢筋径向受拉。随着钢筋锈蚀的不断发展,当混凝土拉应力增大到其抗拉强度时,混凝土保护层开裂,沿钢筋纵向产生锈胀裂缝。纵向裂缝的出现是钢筋混凝土构件耐久性极限状态的标志之一,是进行耐久性等级评估及构件剩余寿命预测的关键[1]。目前,对于钢筋锈蚀造成混凝土开裂的研究主要包括:氯离子侵蚀导致的锈胀开裂[2-4]、锈胀开裂导致的性能退化的试验及数值模拟[5-6]、腐蚀造成的锈胀裂缝安全性[7-8]等。相对于锈蚀率,锈胀裂缝更容易被观测。研究人员通过试验研究建立了锈蚀率与锈胀裂缝宽度之间的联系[4,9-10],可在一定程度上进行锈蚀钢筋混凝土构件的性能退化的无损预测。锈胀裂缝宽度通常采用多个测点的最大值或平均值,但由于钢筋的锈蚀不均匀性,取平均值或最大值不能准确反映钢筋实际锈蚀情况。以受弯构件为例,每个截面所在位置的钢筋锈蚀率不同,截面受弯承载力存在差异,这对构件性能退化程度的判断带来了不确定性。Malumbela等[11]通过加速腐蚀试验,将锈蚀钢筋取出后截成50~100mm的小区段,根据文献[12]提供的方法除锈后,通过称每区段质量得到钢筋锈蚀率,研究了钢筋不均匀锈蚀的情况,但没有给出根据锈胀裂缝计算锈蚀率的实用方法。本文以锈蚀钢筋混凝土梁为研究对象,考虑测点之间相互影响,建立锈蚀率和锈胀裂缝宽度之间的关系,利用锈胀裂缝宽度计算钢筋不均匀锈蚀情况下最大锈蚀率模型,为锈蚀钢筋混凝土构件剩余性能评估提供依据,并为其耐久性设计提供参考。1考虑相邻测点相互影响的锈胀裂缝宽度修正模型目前,对钢筋锈胀问题的研究主要基于其均匀锈蚀,对单根钢筋进行截面分析。但由于混凝土中的钢筋锈蚀的不均匀性,钢筋沿纵向截面的锈蚀程度存在差别,对附近截面混凝土受力及变形产生影响,导致计算结果不准确。对于锈蚀钢筋混凝土梁,当量测受拉钢筋纵向锈胀裂缝宽度时,一般取多个测点的锈胀裂缝宽度最大值或平均值,并没有考虑相邻位置钢筋对裂缝宽度的影响。对于同一条裂缝上的一组锈胀裂缝宽度实测值,当钢筋上某点锈胀导致该位置混凝土开裂后,与其相近的钢筋位置即使未锈蚀,也会受到锈蚀点锈胀开裂的影响而造成开裂。与之相反,若钢筋上某点锈蚀量很大,而其邻近位置的钢筋锈蚀量不大时,该点锈胀开裂后的裂缝开展会受到邻近位置混凝土的约束,导致采用实测锈胀裂缝宽度计算得到的该点锈蚀率偏低。因此,有必要对实测裂缝宽度值进行修正。为此,在得到所有测点的裂缝宽度实测值后,应根据锈胀裂缝开展情况,选取若干裂缝宽度值较大的测点作为危险点。危险点可按以下原则确定:1)与其相邻的2个测点裂缝宽度相比,实测值大的测点(不少于3个),且该测点宽度实测值大于该条裂缝所有测点的平均值;2)若裂缝宽度较均匀,则选取实测值最大的3个点。假设点i为危险点,锈胀裂缝轴向投影全长为l,与点i相邻测点分别为点i-1和点i+1,如图1所示。根据裂缝宽度测量结果,3个测点的裂缝宽度实测值为wi-1、wi和wi+1,点i距离锈胀裂缝两端的距离分别为lli和lri。假设测点间距为s,沿裂缝纵向布置多个测点,测量一组裂缝宽度。间距s可根据梁的锈胀开裂情况设定,若沿纵向裂缝宽度不均匀性越强,则测点间距s应相应减小,修正结果会更准确。但测点间距s太小会增加工作量,因此还需考虑构件的重要性,选择合适的测点间距。注:曲线A,单点锈蚀;曲线B,相邻测点裂缝宽度偏大;曲线C,相邻测点裂缝宽度偏小。图1危险点裂缝宽度修正模型Fig.1Correc

参考文献

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