锈蚀钢筋混凝土粘结性能

锈蚀钢筋混凝土粘结性能研究

摘要：研究锈蚀后钢筋与混凝土粘结性能的退化规律，有助于对在役结构进行鉴定和耐久性分析，对钢筋混凝土结构的耐久性设计也具有一定的指导意义。本文探讨了锈蚀钢筋混凝土的粘结性能的研究。

关键词：锈蚀；钢筋混凝土；粘结性能

1钢筋与混凝土的粘结

钢筋与混凝土这两种性质不同的材料之所以能有效地结合在一起共同工作，主要是由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，从而使钢筋与混凝土之间能够实现应力传递，建立起结构承载所必需的工作应力。

钢筋只有通过与混凝土的粘结与锚固才能产生强度和延性，钢筋与混凝土之间的粘结作用是普通钢筋混凝土结构承载受力的前提，因此，钢筋混凝土结构的粘结问题，在工程实践中以及在理论研究方面都具有重大意义。

2锈蚀对钢筋混凝土粘结性能的影响

影响钢筋与混凝土粘结性能的因素很多，包括箍筋设置、保护层厚度、钢筋直径、混凝土强度等等。其中，钢筋的锈蚀是降低钢筋与混凝土之间的粘结性能的一个重要因素。许多学者研究发现，由于碳化、氯化物侵蚀等原因导致钢筋锈蚀后，钢筋与混凝土间的粘结性能会发生变化。

2.1锈蚀钢筋混凝土的粘结性能的退化机理

一般认为，钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成，混凝土中水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力；钢筋与混凝土接触面间的摩擦力；钢筋与混凝土的机械咬合力（包括变形钢筋的表面凸出的肋及端部弯钩）。

混凝土内钢筋锈蚀在钢筋表面形成疏松的锈蚀层。其锈蚀产物是一层结构疏松的氧化物，它包裹在钢筋表面，隔离了钢筋与混凝土表面的接触，从而降低了钢筋与混凝土之间的胶结作用，会导致试验钢筋和混凝土之间的初期粘结性能的改变。

钢筋锈蚀后其体积会增大，一般认为钢筋的锈蚀体积膨胀2～6倍，下图1是部分锈蚀产物的体积对比。

锈胀力在混凝土中产生劈裂应力，并在混凝土中产生裂缝，随着钢筋表面的进一步锈蚀，钢筋与混凝土间的粘结力将受到一定的影响。下图2可以表示锈蚀对粘结性能的影响。

2.2锈蚀钢筋混凝土粘结性能研究的意义

钢筋的锈蚀使其与混凝土的粘结性能发生退化，从而使混凝土构件的结构性能产生退化，严重影响钢筋混凝土结构的安全和正常使用。研究锈蚀后构件内钢筋与混凝土粘结性能的退化规律，有助于恰当地评估在役结构的实际承载力，对在役结构的鉴定和耐久性分析具有重要的现实意义，对钢筋混凝土结构的耐久性设计也具有一定的指导意义。

3锈蚀钢筋混凝土粘结性能的研究进展

锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能受许多因素影响。研究表明，锈

后钢筋混凝土构件的粘结性能主要与钢筋的锈蚀程度、配箍情况、钢筋的表面形状、钢筋直径和混凝上保护层厚度，混凝土强度退化等因素有关。

3.1锈蚀方法

吴庆通过对比人工气候加速锈蚀和恒电流加速锈蚀试件的粘结性能发现：由于人工气候环境下钢筋的锈蚀机理与恒电流加速方法不同，使得人工试件钢筋靠近保护层一侧锈蚀相对严重，而背离保护层一侧钢筋锈蚀程度较小，这与自然环境条件下的钢筋锈蚀特征相同，钢筋与混凝土间的粘结损失不大；同等情况下恒电流加速锈蚀钢筋表现为沿圆周是均匀的，且通电加速对钢筋的变形肋锈蚀尤为严重，锈蚀产物的流失也比较严重，导致相同的锈胀裂缝宽度对应的锈蚀率比人工气候条件下要大得多。因此，相同锈蚀程度构件的粘结性能明显低于人工气候加速锈蚀试件。

3.2锈蚀程度

由于实验条件所限，早期对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的研究认为，锈蚀对变形钢筋的粘结影响不大。直到上世纪90年代，沙特学者模拟了钢筋锈蚀的全过程以后发现，在锈蚀程度不大情况下对粘结是有利的，这为锈蚀结构粘结性能的研究发展奠定了基础。

3.3配箍情况

文献表明，箍筋对锈蚀光面钢筋与混凝土之间的粘结强度有很大的影响。在腐蚀率不大的情况下，比起无箍筋试件，设置箍筋的试件其粘结强度随腐蚀率提高较为明显，如当腐蚀率为5.2%时，粘

结强度是未锈时的5倍。原因可能是由于箍筋的存在，一方面延缓了径向微裂缝向混凝土表面的发展，另一方面又限制了顺筋裂缝宽度的发展，改善了锈后混凝土对钢筋的制约作用，从而提高了残余粘结强度。

3.4钢筋类型

一般结论认为，在微锈情况下，光面钢筋的极限粘结强度大幅度提高，变形钢筋极限粘结强度增长的幅度明显小于光面钢筋；在保护层锈胀开裂后，光圆钢筋粘结强度突然降低，变形钢筋粘结强度不会发生突变。

造成两种钢筋极限粘结强度变化差异过大的原因是：

3.4.1光面钢筋与混凝土之间的粘结强度主要取决于二者之间的摩擦力，摩擦力的提高对粘结强度增长有显著的影响。因此，微锈使光面钢筋表面的粗糙度有了明显提高，钢筋与混凝土间的摩擦力大幅度增长，进而导致粘结强度成倍增加；变形钢筋与混凝土之间的粘结强度主要来自于机械咬合力，而摩擦力的提高对粘结强度增长的影响则相当有限；

3.4.2一旦混凝土锈胀开裂，由于能量的释放，导致径向压力突然降低，光圆钢筋粘结强度也随之迅速下降；而对于变形钢筋，在混凝土锈胀开裂前后，钢筋变形肋与混凝土的咬合面积没有发生突变，因此粘结强度也不会发生突变。

johnston就锈蚀变形钢筋的粘结强度进行了研究，钢筋的锈蚀靠室外自然锈蚀和室内潮湿环境人工锈蚀两种方法进行，研究历时

一年多，结论是：锈蚀对变形钢筋的粘结影响不大，前六个月粘结应力基本不变，12个月或15个月后略有增加。由于一般建筑结构使用期几十年甚至更长，所以他们的试验仅适用于结构使用早期的情况。

4存在问题

目前国内外学者针对锈蚀钢筋混凝土粘结性能变化规律做了不少试验研究和理论分析工作，获取了宝贵的研究资料，但仍有许多问题需要进一步研究，概括如下：

4.1建立的粘结-滑移本构关系多为平均粘结应力与滑移的关系，较少有考虑沿锚长不同位置的差异。

4.2粘结试验的方法基本上可以分为两类：梁式试验和拔出实验。由于拔出试验的试件制作及试验装置比较简单，试验结果便于分析，因此长期以来仍用作对钢筋粘结性能进行相对比较的基准。

4.3往复荷载作用下锈蚀钢筋与混凝土粘结性能变化的初步规律是研究锈蚀钢筋混凝土结构构件抗震性能的基础，目前有关往复荷载下锈蚀钢筋混凝土粘结性能的研究较少。

钢筋的锈蚀使其与混凝土的粘结性能发生退化，从而使混凝土构件的结构性能产生退化，严重影响钢筋混凝土结构的安全和正常使用。

5结语

研究锈蚀后构件内钢筋与混凝土粘结性能的退化规律，有助于恰当地评估在役结构的实际承载力，对在役结构的鉴定和耐久性分