锈蚀对钢筋与混凝土粘结性能的影响

50 mm，钢筋无粘结 部 分 均 用 环 氧 树 脂 涂 层 ，避 免 其 发 生 钢 筋 锈 蚀，在 试 件 的 两 端 位 置，采 取 塑 料 套 管 包 裹 钢筋，模拟无粘结段，试件的具体尺寸如图 1 所示，混 凝土配合比为水泥∶ 水∶ 砂∶ 石 = 1∶ 0. 44∶ 1. 27∶ 2. 70，混 凝土浇筑时，掺加 1% 水泥质量的氯化钠，并预留混凝 土立方体试件，标准养护 28d 后，实测混凝土立方体平 均抗压强度为 33. 5MPa。
光圆钢筋由于锈 蚀 在 其 表 面 形 成 锈 坑 ，从 而 改 变 钢筋的表面状况特 征，增 大 了 光 圆 钢 筋 与 混 凝 土 的 摩 擦力，研究表明钢筋锈蚀将可能提高摩擦系数至初始 值的 2 ～ 3 倍，钢筋与混凝土的粘结力提高，如图 2 所 示，锈蚀率为 2. 3% 时，粘结显著提高，而后随着锈蚀 率 的 增 加，其 粘 结 力 逐 渐 降 低，对 于 钢 筋 无 锈 蚀 和 锈 蚀率大于 4. 8% 的试件，其粘结滑移曲线的下降阶段 较为平缓，发生钢筋拔出破坏，而锈蚀率为 4. 8% 时， 存在较大的下降段，钢筋发生劈裂破坏。
（ 1）
式中，Δm 为阳极金属的质量损失，g； M 为铁的摩
尔质量，56g / mol； I 为锈蚀电流强度，A； t 为锈蚀持续
时间，s； z 为阳极反应电极化学价 （ 铁为 + 2 ） ； F 为法
仲济波： 锈蚀对钢筋与混凝土粘结性能的影响
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拉第常数（ 96500） 。 试件加载 完 成 后，将 钢 筋 从 试 件 中 取 出，先 将 钢
1． 2 钢筋锈蚀
实际钢筋 混 凝 土 工 程 中，钢 筋 锈 蚀 速 度 很 慢，为
了 达 到 较 高 的 钢 筋 锈 蚀 率，需 要 数 年 的 时 间，为 了 在
较短时间内获得期望的钢筋腐蚀率，实验室通常采用
电化学加速锈蚀的 方 法 进 行 钢 筋 锈 蚀 ，钢 筋 的 理 论 锈
蚀率设定为 0% ，3% ，6% ，9% 和 15% ，采用法拉第定
律进行计算，如式（ 1 ） 所示，钢筋在通电锈蚀前，将钢
筋混凝土试件放入 5% 的氯化钠溶液中 1d，使得氯化
钠溶液能够渗透到钢筋表面，将试件中的钢筋用导线
与恒流电源的阳极相连，而恒流电源的阴极则与溶液
中 的 铜 片 相 连，通 过 氯 化 钠 溶 液 形 成 回 路，使 阳 极 的
钢筋发生锈蚀。
Δm = （ A·I·t） / Z·F
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低温建筑技术
2012 年第 11 期（ 总第 173 期）
锈蚀对钢筋与混凝土粘结性能的影响
仲济波
（ 镇江市工程勘察设计研究院， 江苏 镇江 212000）
【摘 要】 采用钢筋混凝土结构最常用的变形肋钢筋和光圆钢筋进行拔出 试 验，钢 筋 的 锈 蚀 率 为 0 ～
12. 2% ，钢筋锈蚀采用电化学加速锈蚀方Biblioteka Baidu，研究了钢筋表面形状和锈蚀率对粘结力的影响，试验结果表明： 在低
锈蚀率时，两种类型钢筋与混凝土的粘结力有所提高，随着锈蚀率的增加，钢筋的粘结力急剧下降； 变形肋钢筋试
件的破坏模式均为劈裂破坏，光 圆 钢 筋 在 无 锈 蚀 和 较 高 锈 蚀 率 时，发 生 钢 筋 拔 出 破 坏，在 低 锈 蚀 率 时，发 生 劈 裂
破坏。
【关键词】 钢筋混凝土； 劈裂破坏； 锈蚀； 粘结力
由于光面钢筋和变形钢筋是现在钢筋混凝土结 构 最 常 用 的 钢 筋 形 式，并 且 其 表 面 形 状 不 同，文 中 通 过电化学加速锈蚀 方 法 对 钢 筋 进 行 锈 蚀，对 不 同 锈 蚀 率的钢筋与混凝土进行拔出试验，钢筋采用变形肋钢 筋和光圆钢筋两种，研 究 了 不 同 锈 蚀 率 对 不 同 钢 筋 的 粘结力的影响，为目 前 钢 筋 混 凝 土 结 构 的 耐 久 性 评 估 和鉴定提供依据。 1 试验概况 1． 1 试验试件
筋用 12% 盐酸溶液进行酸洗，经清水冲洗干净后，用 石 灰 水 中 和，并 再 用 清 水 冲 洗 干 净 并 烘 干，然 后 精 确 称取钢筋的重量，钢 筋 的 实 际 锈 蚀 率 按 照 锈 蚀 前 后 钢 筋的质量损失率计算。
μ = （ m0 － mc ） / m0 × 100% 式中，μ 为钢筋锈蚀率； m0 和 mc 分别为钢筋锈蚀 前后的重量。 1． 3 试件加载 采用万能试验机 MTS880 对试件进行加载，加载 全程采用位移控制方法，加载速度为 0. 2mm / s，设计专 门 的 加 载 框 架 结 构，在 钢 筋 的 自 由 端 设 置 位 移 计，荷 载值和位移值通过数据采集系统自动记录和保存。 2 试验结果与讨论 2． 1 粘结滑移关系
【中图分类号】 TU528. 57
【文献标识码】 B
【文章编号】 1001 － 6864（ 2012） 11 － 0006 － 02
钢筋与混凝土的粘结力是其能够共同工作的关 键 点，但 是 钢 筋 混 凝 土 结 构 在 其 使 用 过 程 中，混 凝 土 中 钢 筋 容 易 发 生 锈 蚀，钢 筋 锈 蚀 使 得 钢 筋 截 面 减 小， 降 低 了 钢 筋 的 力 学 性 能，钢 筋 表 面 产 生 的 锈 蚀 产 物， 其体积是原来的 2 ～ 6 倍，使得钢筋周围混凝土产生环 向 拉 应 力，随 着 钢 筋 锈 蚀 率 的 增 加，混 凝 土 保 护 层 产 生顺 筋 裂 缝，从 而 降 低 钢 筋 与 混 凝 土 间 的 粘 结 强 度［1，2］。混凝土对钢筋的摩擦力减小，因 此 降 低 了 钢 筋混凝土结构的承载力和使用寿命，例如北京西直门 立交桥 1980 年建成通车，使用一段时间后，保护层剥 落 露 筋，钢 筋 严 重 锈 蚀，其 主 要 原 因 为 冬 季 为 清 除 冰 雪而撒的除冰盐和 盐 水，使 得 氯 离 子 有 机 会 渗 透 到 混 凝土 中，使 得 钢 筋 严 重 锈 蚀，因 为 损 伤 严 重，危 及 安 全，于 1999 年不得已拆除重建，使用不到 20 年； 同样 近海钢筋混凝土结构长期受到氯离子侵蚀，混凝土保 护 层 开 裂、钢 筋 锈 蚀 等 现 象 普 遍 非 常 严 重，锈 蚀 钢 筋 与混凝土的粘结力是评估锈蚀钢筋混凝土结构承载 力的关键［3 － 5］。
试件采用混凝土材料为 32. 5 级普通硅酸盐水泥、 天然中砂和粒径小于 20mm 的碎石，试件采用混凝土 长方体试件，试件尺寸为 150mm × 100mm × 100mm，将 直径为 16mm 的钢筋浇筑于长方体的中心位置，钢筋 采用变形 肋 钢 筋 和 光 圆 钢 筋，钢 筋 设 计 粘 结 长 度 为