锈蚀对钢筋混凝土梁的影响

张俊杰 钟美慧

(黑龙江科技大学，黑龙江哈尔滨 150027)

0 引言

钢筋的锈蚀是造成混凝土梁早期恶化，减少使用寿命的主要因素之一［1，2］。钢筋的锈蚀导致钢筋截面的削减以及力学特性的变弱［3］。混凝土锈蚀产物的膨胀导致混凝土表面产生裂缝［4，5］。由于锈蚀导致钢筋混凝土组合结构的粘结性能退化，以及混凝土结构的安全性和适用性也受到了很大的影响。所以本文研究锈蚀对钢筋混凝土梁的影响。

1 试验梁的概况

为保证试验的充分进行，本文采用了6种不同类型的梁，除了第一种类型梁的尺寸是2 050 mm×200 mm×150 mm外，其他类型的梁均是2 300 mm×200 mm×150 mm。这些梁的特性在表1中显现出来，第一种类型的梁准备用来做加速锈蚀试验以及承载力试验。通过梁的类型的不同，能够研究不同类型对于混凝土梁的表现差异，比如:第一类型的梁仅底部钢筋锈蚀，而其他类型的梁纵向钢筋和剪力筋均锈蚀。型号11与12的梁有不同的张拉筋配筋率(分别为0.52%，1.51%)。12号梁与21号梁有不同的受压区配筋率(分别为0.33%，0.66%)。21号梁与31号梁的剪力筋有不同的间距(分别为170 mm，85 mm)。12号梁与13号梁有相同的配筋率，但13号梁50%的张拉钢筋位于锚固区外。

表1 混凝土梁的特性

2 试验概况

需要指出的是粗骨料的含水量都还不清楚，因此，混凝土中总的含水量不是准确的。为了加速钢筋的锈蚀，CaCl2(占水泥重量的3%)被加入在类型2混凝土中的水溶液中。加速锈蚀系统，梁从浇筑到加工处理需要28 d，在室内环境提供一个水利系统保证梁处于潮湿的环境。从而，加速腐蚀过程便开始，向梁中添加CaCl2。为了达到所需要的锈蚀程度，一般需要100 d～200 d。混凝土中钢筋腐蚀过程如图1所示。

图1 混凝土中钢筋腐蚀过程

当锈蚀开始一直达到计划预定的锈蚀程度，每种梁都呈现出不同裂缝，以及钢筋半径的减少。评估渗透程度采用的是计重法，称得钢筋锈蚀前后的重量，洗净锈蚀产物后，加载直到梁破坏、混凝土产生变形，那么最大值便可以通过几何量在点蚀钢筋上测得。

钢筋混凝土梁有4种不同类型的破坏模式，如图2所示。类型①:弯曲破坏(底部张拉筋)，类型②:弯曲破坏(受压区混凝土压碎)，类型③:剪切破坏，类型④:由锚固张拉筋共同引起的斜压破坏。

图2 锈蚀钢筋混凝土梁中破坏模式

3 试验结果

经过试验，发现锈蚀钢筋混凝土的钢筋截面面积减少，混凝土截面压坏，混凝土和钢筋之间粘结力的退化以及最终相对较低的混凝土受压承载力等现象，得出非锈蚀钢筋混凝土梁正截面极限承载力比锈蚀钢筋混凝土梁正截面极限承载力高;梁体跨中的变形由于锈蚀的影响而增大;锈蚀同样影响混凝土与主筋之间的横向裂缝。

综上所述，锈蚀筋对混凝土梁的特性有很大影响，在使用荷载作用下，影响变形和裂缝宽度，降低极限承载力。钢筋锈蚀改变了混凝土梁在普通配筋率情况下的破坏模式，健全的梁发生弯曲破坏，大多数恶化梁发生剪切破坏。箍筋的点蚀已经成为梁体内最为相关的危害，与梁的承载力有直接关系。由受压区钢筋锈蚀引起的裂缝扩张对混凝土表面有恶化作用也被证实了与承载力有相关性。

［1］袁迎曙.腐蚀钢筋的力学性能退化研究［J］.工业建筑，2011(3):22-23.

［2］范颖芳，周 晶.考虑蚀坑影响的锈蚀钢筋力学性能研究［J］.建筑材料学报，2012(1):15-16.

［3］曹双寅，朱伯龙.受腐蚀混凝土和钢筋混凝土的性能［J］.同济大学学报，2011(2):17-18.

［4］Salomon M.Levy，Paulo Helene.Durability of recycled aggregates concrete;a safe way to sustainable developments［J］.Cement and Concrete Research，2004(1):1975-1980.

［5］李群波，刘 敏.钢筋混凝土中钢筋锈蚀与防护研究概况［J］.全面腐蚀控制，2010(5):37-38.