侵蚀后钢筋混凝土构件损伤探测试验研究

【摘要】:钢筋混凝土构件在硫酸盐侵蚀和弯曲荷载双因素协同作用下及硫酸盐侵蚀、氯盐侵蚀和弯曲荷载三因素协同作用下的室内试验结果表明:硫酸盐侵蚀和弯曲荷载协同作用下，弯曲荷载的存在加速了混凝土材料硫酸盐侵蚀破坏的速度，且这种加速破坏作用随着应力水平的增大而加剧。

【关键字】：混凝土 硫酸盐侵蚀 弯曲荷载

中图分类号： TU528.02 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

硫酸根离子与氯离子侵蚀是导致混凝土耐久性损伤与失效的重要环境因素。我国对荷载一腐蚀离子作用下混凝土的损伤失效研究在最近几年内得到了较大的发展【1-4】。

目前，通过试验测试是混凝土耐久性损伤研究的主要手段，本文首先通过观察侵蚀后钢筋混凝土构件侵蚀面裂缝的扩展，其次对侵蚀后的混凝土的内部的钢筋进行力学性能的检测，并经过分析，得到混凝土在荷载一腐蚀介质耦合作用下的损伤破坏过程【5,6】。

2试验概况

2.1 原材料

水泥(C)：采用973项目统一要求，强度等级52.5的硅酸盐水泥

细集料(S)：砂，细度模量2.5-2.6. 含泥量(按质量计)

粗集料(A)：石：采用5～31.5mm连续级配、最大粒径为31.5mm，含泥量(按质量计) < 0.5％，泥块含量为零；

减水剂：聚羧酸类；水：自来水；钢筋： HRB335螺纹钢筋。

2.2 试件制备

试验采用的钢筋混凝土构件见图1。试验中试件的钢筋主要采用8的HRB335螺纹钢筋，箍筋选用6。混凝土设计强度参照C30、C40配合比见表1。每组同浸泡条件同水灰比中混凝土试件制作3个，混凝土试件成型24小时后脱模，自然条件下养护60天。

表1 C30、C40混凝土配合比（kg/m3）

图1构件详图

试验要求对试件施加长期荷载，同时承受盐的侵蚀作用。试验设计牛腿型混凝土梁，在牛腿部位预留孔道，将力传感器与混凝土牛腿部位固定，根据力传感器频率与荷载大小的数值关系（公式1），通过应力扳手对试件加载。通过这种方法可以连续的调解应力大小，及时修正应力、解决应力松弛的问题（图2）。

（1）

为荷载的大小。为标定系数（拉为负，压为正），为初始频率，为换算后的频率值。

图2 加载系统示意图 图3 裂缝宽度检测仪 图4 多功能电子拉力试验机

2.3侵蚀环境设计

试验设计研究钢筋混凝土在硫酸钠、氯化钠混合溶液中，两种荷载水平作用下钢筋锈蚀后的规律。试验浸泡溶液为质量分数5%Na2SO4和10%NaCl混合溶液，弯曲荷载大小分别为50%及70%的开裂荷载(Pcr)。

2.4 试验方法

钢筋混凝土构件保持在持续弯曲荷载作用下浸泡在混合溶液中270d后，将构件取出，待完全干燥后，观察其表面的变化情况包括锈蚀产物的生成、表面裂缝的开展。并借助裂缝宽度检测仪（如图3）对构件的侵蚀面的裂缝进行了测量。然后用冲击钻冲击混凝土表面，注意不能触碰到内部钢筋，最后取出钢筋，长度为400mm。每根构件取出受拉区钢筋2根、受压区钢筋2根，用电子多功能试验机（图4）对钢筋做拉伸试验。

钢筋拉伸试验在电子多功能试验机上进行。试验时加载速率按《金属拉伸方法》GB228－97中规定的3～30N/mm2・S－1执行。试验结束后，用钢尺测量5d 标距长度内钢筋拉断时的变形值，以计算钢筋的伸长率。

3试验分析

3.1试验现象分析

在侵蚀过后，由于锈蚀产物的膨胀作用使得混凝土试件表面出现膨胀裂缝，并逐渐延伸形成顺筋裂缝，并且顺筋裂缝之间也出现贯通裂缝。如图5可以看出，加载等级不同，侵蚀表面出现的裂缝会有所不同，在同等强度下加载等级为70%开裂荷载时，侵蚀表面的顺筋裂缝略多对于50%的开裂荷载的构件；同理，在施加相同开裂荷载的条件下，混凝土强度等级较大时，侵蚀表面的顺筋裂缝明显较多。

图5顺筋裂缝描绘图

3.2混凝土强度等级与弯曲荷载对构件内部钢筋的伸长率的影响

图6 不同强度等级下的伸长率比例 图7受拉区与受压区的伸长率下降比例

图6给出了相同弯曲荷载作用下C30、C40混凝土内部钢筋伸长率的比较。无论构件施加50%或70%的弯曲荷载，混凝土为C40时，钢筋伸长率的下降比例明显小于混凝土为C30的情况。这表明强度等级对混凝土构件内的钢筋锈蚀影响较大，随着强度等级的提高，钢筋伸长率下降比例变小；同时，在相同的强度等级下，随着弯曲荷载的增大，钢筋伸长率的下降比例增大。表明弯曲荷载的存在使得伸长率减小，并随着荷载的增大，伸长率的下降比例也会随之减小。

3.3受拉区与受压区对钢筋的伸长率的影响

从图7可知，每根构件内的受拉区钢筋的伸长率下降比例大于受压区的，但伸长率下降的比例不够明显，不存在明显的差异。这表明混凝土内钢筋存在受拉或是受压状态，对伸长率的影响不大，所以伸长率下降比例不显著。

4结论

混凝土表面的顺筋裂缝随着混凝土强度等级的提高而逐渐变少，弯曲荷载的存在同样也能促进表面裂缝的出现。

混凝土中锈蚀钢筋伸长率的下降比例随着混凝土强度等级的提高而减小；弯曲荷载越大，伸长率的下降比例越大，但不明显。这表面混凝土强度等级的增大能很好的抑制硫酸盐与氯盐的侵蚀，而弯曲荷载的抑制作用不明显。

弯曲荷载的存在对受拉区与受压区钢筋的伸长率下降比例有影响，但钢筋处于受拉或受压状态，对其伸长率下降比例没有显著差异。这表明，混凝土处于受拉或受压状态对于硫酸盐与氯盐侵蚀差异性不大。

参考文献：

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