锈蚀钢筋混凝土粘结性能研究

■汤金华，宋 玲，沈浩袁 ■南通职业大学，江苏 南通 226500

钢筋与混凝土之间的粘结性能是保证钢筋与混凝土两种材料共同工作的前提，文献［i］认为钢筋锈蚀后本身强度的削弱和锈蚀后钢筋与混凝土之间粘结性能的降低时承载能力下降的主要原因。国内外试验研究表明［ii］［iii］，钢筋在锈蚀初期，即锈蚀率较小时，混凝土保护层未开裂前，对两者间的粘结强度是有利的。

本文通过不同直径的变形钢筋在混凝土试块中的拔出试验，研究了锈蚀率及直径对钢筋与混凝土粘结性能的影响规律。以锈蚀率及保护层厚度与钢筋直径比值为参数，建立了锈蚀钢筋与混凝土粘结强度的预测模型。以未锈蚀钢筋与混凝土粘结滑移模型为基础，建立了考虑锈蚀率影响的锈蚀钢筋与混凝土粘结滑移模型。

1 粘结性能试验

1．1 试件

本试验中混凝土采用C30商品混凝土，共分四次浇注。混凝土28天实测抗压强度分别为 44.53MPa、44.10MPa、38.23MPa、37.43MPa。钢筋选用Ⅱ级钢筋(HRB335)，直径分别为14mm、16mm。试件具体尺寸及配筋见图1。

图1 拔出试验试件详图

1．2 拔出试验

本试验根据《水运工程混凝土试验规程》中关于混凝土与钢筋握裹力试验的规定，采用5t的万能试验机进行拔出试验，在拔出钢筋的上下两端各安装两只千分表，以测得两端的钢筋滑移量［iv］。

1．3 钢筋快速锈蚀

本试验采用湿通电法加速锈蚀中的半浸泡外加电流加速锈蚀［v］。在通电之前，应对外露钢筋进行保护，防止露在外面的钢筋发生锈蚀。具体步骤为:在露在外面的钢筋涂上一层环氧树脂，并包裹上一层绝缘胶带。将处理好的试件放置质量浓度为5%的NaCl溶液中浸泡几天，把钢筋作为阳极，把铜片作为阴极，通过3mA/cm2［vi］的电流，形成电解池，使钢筋表面氧化锈蚀。

2 直径14mm钢筋与混凝土粘结强度分析

结合本文试验，表1列出了本文粘结试验中钢筋直径14mm的试件A-14的锈蚀率、极限粘结强度、最大荷载时的自由端滑移值以及试件的破坏形式。

表1 试件A-14拉拔试验数据

从表1中可知，对于钢筋直径14mm的试件A-14中，锈蚀试件A-14-08的粘结强度比未锈蚀试件A-14-02只降低8%;锈蚀试件A-14-04的粘结强度与未锈蚀试件A-14-02相比，提高了2.9%。

钢筋直径14mm试件A-14的锈蚀率与粘结强度结合试验数据，经过优化拟合，可以得到钢筋直径14mm试件A-14的粘结强度的拟合公式为:

τu=23.4+120.4ρ -2311ρ2 (公式1)式中: τu — 锈蚀钢筋与混凝土粘结强度(MPa );ρ — 钢筋锈蚀率。

3 直径16mm钢筋与混凝土静态粘结强度分析

结合本文试验，表2列出了本文粘结试验中钢筋直径16mm的试件A-16的锈蚀率、极限粘结强度、最大荷载时的自由端滑移值以及试件的破坏形式。

表2 试件A-16拉拔试验数据

从表2中可以看出，直径较大时，锈蚀率对于粘结强度影响较大，随着锈蚀率的增大，粘结强度会呈现先增加后减小的趋势。从表中看出，钢筋直径16mm的试件中，锈蚀试件A-16-05，粘结强度比未锈蚀试件A-16-02提高了21.5%;锈蚀试件A-16-03，粘结强度比未锈蚀试件A-16-02降低了44%。

钢筋直径16mm试件A-16的锈蚀率与粘结强度结合试验数据，经过优化拟合，可以得到钢筋直径16mm试件A-16的粘结强度的拟合公式为:

τu=20.5+175.1ρ -3692.6ρ2 (公式2)式中: τu — 锈蚀钢筋与混凝土粘结强度(MPa );ρ — 钢筋锈蚀率。

4 结论

(1)钢筋锈蚀较小时，试件的极限粘结强度有所提高，钢筋直径14mm的试件A-14提高了7.1%;钢筋直径16mm的试件A-16提高了15.7%。当钢筋锈蚀继续增大时，试件的极限粘结强度逐渐降低，钢筋直径14mm的试件A-14降低了10.5%;钢筋直径16mm的试件A-16降低了25.2%。结合试验数据，经过优化拟合，得出了由锈蚀率计算钢筋与混凝土粘结强度的拟合公式。(2)钢筋直径对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能有着十分重要的影响。钢筋直径越大，极限粘结强度越小。但并不能说明要使用直径较小的钢筋，对耐久性及抗震性能影响较大的环境中，建议采用小直径钢筋时加以限制;综合考虑锈蚀率及保护层厚度与直径比值的影响，建立计算钢筋与混凝土间的粘结强度。(3)静态粘结性能试验的粘结破坏形式主要有三种:滑移破坏、劈裂破坏、沿锈胀裂缝的拔出破坏。

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