锈蚀对钢筋力学性能影响研究

【摘要】 通过5种常用钢筋的锈蚀试验，对取得的数据进行分析，用统计拟合方程表示钢筋的伸长率、极限强度、屈服强度等力学性能与锈蚀程度的关系，其结果可为研究和评估钢筋混凝土结构耐久性提供依据。

【关键词】钢筋锈蚀 力学性能 试验研究 屈服强度

中图分类号：TU511文献标识码： A

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土结构提前破坏的主要因素。Metha教授在第二届混凝土耐久性国际学术会议上，将钢筋腐蚀列为混凝土结构破坏的最主要原因；历史上发生的大量工程事故也警告世人，钢筋腐蚀危害之大和日益加剧的严重态势是大大超出人们意料的。由于钢筋埋设于混凝土内部，一些情况下虽然混凝土外观仍十分完好，但其内部钢筋却已严重锈蚀，从而可能导致结构的突然破坏，带来了工程隐患。目前一些学者对锈蚀钢筋力学性能进行了广泛的试验研究，试验中锈蚀钢筋的来源主要包括实验室加速锈蚀钢筋及实际现场得到的锈蚀钢筋，通过对不同锈蚀程度钢筋的拉伸试验结果进行回归分析，得到了锈蚀钢筋屈服强度、极限强度及延伸率随钢筋锈蚀率变化的规律，其中的钢筋锈蚀率多以锈蚀钢筋的质量损失率或最小截面的面积损失率表示。

我们在承担混凝土耐久性质量检测与加固技术的研究项目中，对钢筋不同锈蚀程度的力学性能的变化进行了试验研究，其结果可为研究和评估钢筋混凝土结构耐久性提供试验依据。

1、试验概况

试验用钢筋为4种热轧带肋钢筋和1种冷轧带肋钢筋。热轧带肋钢筋分别为12mm、16mm、20mm、25mm，试件长度为500mm；冷轧带肋钢筋为LL800级、Φ5mm，试件长度为300mm。均以3根为1组，考虑不同的锈蚀程度进行试验，所以各取60组试件。试验周期为2年，采用快速锈蚀的方法，观察锈蚀状况，对锈蚀不同阶段的试件由北京建筑工程质量检测中心第一检测所按GB228―87《金属拉伸试验方法》进行力学试验，测取锈蚀后钢筋的屈服点、极限强度和伸长率。在进行力学试验前，对试件进行了除锈处理。

2钢筋不同锈蚀程度的力学性能变化

对试验取得的大量数据进行分析，用统计拟合方程表示不同直径钢筋的力学性能随其锈蚀程度变化的关系。

2.112mm钢筋力学性能与锈蚀程度的关系（见图1）

图112mm钢筋力学性能与锈蚀程度的关系

(1)极限延伸率与锈蚀程度间的统计拟合方程为：δs=δ0×(1 - 0.103λ0.437)，式中：δs为锈蚀后的延伸率；δ0为锈蚀前的延伸率；λ为重量损失百分率。

(2)极限强度与锈蚀程度的统计拟合方程为：

δb=δb0×(1 - 0.97×10-2λ)

式中：δb为锈蚀后的极限强度；δb0为锈蚀前的极限强度。

(3)屈服强度与锈蚀程度的统计拟合方程为：

δs=δs0×(1 - 0.931×10-2λ)

式中： δs为锈蚀后的屈服强度； δs0为锈蚀前的屈服强度。

2.216mm钢筋力学性能与锈蚀程度的关系(图略，方程符号意义同2.1)

(1) δs=δo×(1 - 0.0536λ0.656)

(2) σb=σb0×(1 - 0.639×10-2λ)

(3) σs=σs0×(1 - 0.557×10-2λ)

2.320mm钢筋力学性能与锈蚀程度的关系(图略，方程符号意义同2.1)

(1) δs=δo×(1 - 0.13λ0.288)

(2) σb=σb0×(1 - 0.618×10-2λ)

(3) σs=σs0×(1 - 0.895×10-2λ)

2.425mm钢筋力学性能与锈蚀程度的关系(见图2，方程符号意义同2.1)

(1) δs=δo×(1 - 0.093λ0.348)

(2) σb=σb0×(1 - 0.667×10-2λ)

(3) σs=σs0×(1 - 0.771×10-2λ)

图2 25m钢筋力学性能与锈蚀程度的关系

2.5φ5mm冷轧带肋钢筋的极限强度与锈蚀程度的关系(见图3，方程符号意义同2.1)

σb=σb0×(1 - 1.36×10-2λ)

图3 φ5mm冷轧带肋钢筋极限强度与锈蚀程度的关系

3试验结果分析

3.1不同直径钢筋的抗锈蚀能力

钢筋在重量损失百分率为5%、10%、15%时伸长率、屈服点、极限强度的损失情况如表1～3所示。从表中可以看出，损失程度相当的φ5mm与25mm钢筋，极限强度损失相差了1倍以上；12mm与25mm钢筋在λ为15%时的伸长率损失相差了近12%。而对于16、20、25mm钢筋在同等的重量损失百分率下极限强度的损失值虽然有一些差别，但差别不是十分明显。可见钢筋锈蚀的重量损失越大，其力学性能损失也越大，而粗直径钢筋抗锈蚀能力相应增强，细直径钢筋对锈蚀更加敏感。因此，在实际施工中对于较易引起锈蚀的部位，应采取一定的防锈措施。

3.2锈蚀前极限强度不同的钢筋的抗锈蚀能力锈蚀前的极限强度分别为520～560MPa的4种钢筋损失到GB1499―91《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》中规定的最低标准510MPa时，重量损失百分率λ的变化情况如表4所示。从表中可以看出：在同样的使用环境下，锈蚀前强度相对高的，因其强度储备大，对于锈蚀也有一定的减缓作用。

1 凌素芳.弱腐蚀钢筋板的试验报告.冶金部建筑研究总院,1983

2韩继云等.锈蚀钢筋力学性能的试验研究.中国建筑科学研究院,1991