钢筋锈胀下的混凝土抗压强度试验研究

【 作者简介 】杨德 标 （ １ ９ ８ ６ 一） ，男，广 西大学土木建筑工程学 院结构工程硕士研 究生 ，研 究方向为钢 结构与组合 结构。
总第 １ ５卷Baidu Nhomakorabea１ ６ ４期
２ ０ １ ３年 ４月
大 众 科 技
Ｐ ｏｐ ｕ ｌ ａｒ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ０ Ｉ Ｉ １ ５ Ｎ０． ４
Ａｐｒ ｉ ｌ ２ ０１ ３
钢筋锈胀 下 的混凝 土抗压 强度试验研 究
杨 德标 谢 益蛟 宋一秋 郝 雷
１ 理论 基础分析
ｑ ： （ ｏ ． ３ ＋ ０ ． ６ 三 ） ．
根据 以及 上述 公式 ，本 文 设 计 了一 组 试 件 ，在 混 凝 土 立
方体试块 中预 埋一根钢筋 ，通过对钢筋通 电加速锈蚀至混凝 土保护层表面刚好锈胀 开裂 后，取 出试块对其进行抗压 强度
试 验 ，并 通 过 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ有 限元 对 其 进 行 有 限元 分 析 和 对 比 。
Ｋｅ ｙ ｗ ｏｒ ｄ ｓ ：Ｃｏｒ ｒｏｓ ｉ ｏｎ ｅ ｘ ｐ ａ ｎｓ ｉ ｏ ｎ；ｔ ｈｅ ｃ ｏｍ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎｇ ｔ ｈ；Ｃｏｎｃ ｒ ｅ ｔ ｅ
目前 ，多数学者通过考虑钢筋截面减少、材性折减等材 料方面来考虑钢筋锈蚀对构件 的影响 ，很少考虑到钢筋锈蚀 对混凝土 强度 的影 响。钢筋锈蚀产生 的体积通常是原来钢筋 体积 的 ２ ４倍“ ，钢筋受混凝土保护层包裹 ，钢筋锈蚀时它 们的交界面处会产 生膨胀压应力——锈胀力 。在混凝土保护 层胀裂前 ，钢筋周 围混凝土 由于锈胀力 的影响 ，将处于双 向
度的下降。
【 关键词 】锈蚀膨胀 ；抗压强度 ；混凝土 【 中图分类号 】Ｔ Ｕ５ 【 文献标识码 】Ａ 【 文章编 号】１ ０ ０ ８ ． １ １ ５ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ ． ０ ０ ４ ３ ． ０ ２
Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕｄｉ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｃｏ ｍ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｕｎｄｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ
ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ； ｈｅ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｂ ａ ｒ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｒ ｉ ｉ ｔ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｄ ｒ ｏ ｐ ｗｉ ｌ ｌ ｈ ａ ｐ ｐ ｅ ｎ ．
ｅ ｘ ｐａ ｎｓ ｉ ｏｎ ｃ ｏ ｎｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｏｍ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎｇ ｔ ｈ，ｐ ｒ ｏｐ ｏｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｉｏｎ ｔ ｏｆ ｒ ｅ ｉ ｎｆ ｏｒ ｃ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎａ ｒ ｌ
２ 试验研究
２ ． １ 试 验设 计
圈 １ 混凝 土 内部开 裂 图 图 ２ 试块 设 计示 意 图
本 文 设 计 了 ８个边 长 为 ｌ Ｏ Ｏ ｍ ｍ的 混凝 土 立 方 体 试 块 ，在
试块 中心设置一根长为 ８ ０ ｍ ｍ的钢筋 ，如 图 ２ 。试块 参数 设计
【 收 稿 日期 】 ２ ０ １ ３ — ０ ３ — ２ ３
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂ ｙ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｙ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ａ ｉ ｔ ｖ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ａ Ｂ ＡＱＵＳ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｏ ｎ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｂ ａ ｒ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ
钢筋锈胀后对其周 围混凝土作用可用如 图 １ 简化表示 ， 类似 于一个 内压简 。由于锈胀力 的作用 ，钢筋周 围混凝土将 产 生环 向拉应力导致混凝土开裂 。这 时沿筒轴线方 向施加压 力，则混凝土 结构 处于双 向异号应力状态 。如果锈胀力 ｑ已 知，则可 由弹性力 学知识推 导出半径 ｒ处混凝土 的环 向应力
公式 伽：
拉一 压应力状态 ，根据 ｋ ｕ ｐ ｆ ｅ ｒ原理 ，在这种应力状态下的
混凝 土强度会 下降。本文将通过试验研究和有 限元模拟分析 其下降原理和 规律 。
器
ｌ ¨ １ ． ｇ
Ｄ
（ １ ・ ２ ）
式中各符 号意 义如 图 １所示 。近似取 ｅ＝ ０ ． ５ （ ｃ ＋ ｄ ／ ２ ） ， 即可推出混凝土保护层表面锈胀开裂时的临界锈胀力公式叫 ：
（ 广 西大学土木建筑工程 学院，广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ０ ４ ）
【 摘 要】 通过 快速锈蚀试验和 ＡＢ Ａ ＱＵＳ软件分析对比的方式对钢筋锈蚀 膨胀 中的混凝 土抗 压强度进行 了研 究， 提 出了对
混凝土 内部施加温度场的方法模拟 钢筋产生的锈蚀膨胀 力；分析 结果表 明，混凝 土在钢筋 临界锈蚀 时混凝土 强度会发 生较 大程