探究腐蚀对钢筋力学性能的影响

摘要：本文通过对腐蚀在钢筋强度和对箍筋的强度以及对钢筋应力分布的分析，从而对钢筋的力学性能进行分析，证明了其受到腐蚀的影响是很大的，然后总结了钢筋在腐蚀作用下所受应力的变化情况。同时还对无锈钢筋和被锈蚀的钢筋相比，表明具体的蚀坑深度和屈服所需要的载荷之间的指数关系。通过对这些问题进行分析，期望能对钢筋力学性能情况做出很好的判断。

关键词：腐蚀；钢筋；力学性能；影响

中图分类号：TU392文献标识码： A

引言

钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性失效的主要原因之一。锈蚀钢筋的力学性能是混凝土结构耐久性评估，寿命预测的基础。目前，对静载和疲劳荷载作用下锈蚀钢筋的力学性能退化规律已有较多研究，并建立了相应的本构模型、静力拉伸。试验结果表明，随着钢筋锈蚀的发生和发展，钢筋屈服强度和极限强度降低，延伸率减小，屈服平台缩短甚至消失。疲劳试验结果表明，不同锈蚀程度钢筋的应力幅值与疲劳寿命之间仍呈对数线性关系，但随锈蚀率的增大，锈蚀后钢筋的疲劳寿命按指数规律衰减，高应变率下锈蚀钢筋力学性能是冲击荷载作用下锈蚀钢筋混凝土结构性能评估的关键。通过不同应变率下锈蚀钢筋的拉伸试验，研究高应变率下锈蚀钢筋的力学性能。

一、钢筋的锈蚀情况分析

根据实际环境中对钢筋的锈蚀情况的研究以及理论上的锈蚀原理，钢筋的锈蚀情况一般都是先由一个锈蚀点出现腐蚀开始，再逐渐扩散发展的。钢筋在腐蚀的作用下，坑点周围的应力会在受力的情况下出现集中的现象，造成钢筋在受力能力方面的减弱。由此可见，钢筋力学性能减弱的最主要原因在于存在于其表面的腐蚀，他的宽度和深度都会影响到钢筋的力学性能。所以，进行腐蚀宽度和深度的研究，探讨他们对力学性能的影响就显得至关重要，对于理论建设以及实际的应用都非常有价值。但是目前此类的研究还比较少，本文主要在理论的角度上针对腐蚀与钢筋在力学方面的表现之间的关系进行分析，研究钢筋应力在腐蚀影响下的实际变化规律，为进一步的锈蚀钢筋力学性能的研究和模拟实验的进行提供一定的理论基础和数据支持。采用专业的测试仪器对锈蚀的钢筋进行检测，在得到的电位图中可以看出，钢筋表面的分布图存在着许多尖点，并且尖点位置的钢筋电位会出现明显的降低，这就说明该位置的钢筋表层有程度不同的锈腐蚀存在。

二、锈蚀钢筋的力学性能分析

不同锈蚀程度的钢筋，锈蚀形态不同，锈蚀率较小时，锈蚀钢筋出现大量锈斑，由于锈斑的深度很浅可视为均匀锈蚀；锈蚀率较大时，锈斑转变为锈坑，钢筋朝向构件表面的外侧面坑蚀较为严重，且锈坑的面积和深度有较大差异，锈蚀钢筋的力学性能变化主要是由钢筋截面积减少引起的，钢筋的屈服荷载和极限荷载取决于钢筋的最小剩余截面积，最大腐蚀深度是影响钢筋力学性能的主要因素，锈蚀钢筋的名义强度是基于未锈蚀钢筋的公称面积得出的。锈蚀钢筋强度的相对值是锈蚀钢筋的强度与未锈钢筋强度之比，随着锈蚀率的增大，屈服荷载，极限荷载呈现出相同的下降趋势，锈蚀对钢筋屈服强度，极限强度的降低幅度分别为19.3%和19.9%

图1锈蚀钢筋名义强度相对值与锈蚀率关系散点图

图1中，试件的变形随锈蚀率的增大逐渐减小，屈服台阶逐渐缩短，锈蚀率大十某一临界值时一，屈服台阶消失.

图2锈蚀钢筋荷载一变形曲线

图2中，伸长率相对值是锈蚀钢筋的极限伸长率与未锈钢筋的极限伸长率的比值。随着锈蚀程度的增加，伸长率出现波动降低的趋势，锈蚀钢筋断裂面的颈缩现象逐渐消失，极限伸长率变小，钢筋转变为脆性破坏。锈蚀对钢筋伸长率的降低幅度为57%，伸长率随锈蚀率增加的降低幅度大于强度损失，锈蚀对钢筋延性的影响更大一些。

三、锈蚀对钢筋力学性能的影响

（一）锈蚀率对钢筋屈服强度的影响

均匀锈蚀和坑状锈蚀对钢筋屈服强度的影响，基于试验得出锈蚀钢筋屈服强度的回归公式。结合本试验数据给出了此公式的应用范围。当时，计算表明屈服强度的降低幅度不到3%，在计算锈蚀构件的承载力时，可不考虑锈蚀对承载力的影响；当时，锈蚀钢筋的屈服点不明显，伸长率小于规范允许的最小值，按无屈服点的热轧钢筋确定其计算强度。

均匀锈蚀

坑状锈蚀

式中:，分别为未锈钢筋的屈服强度和锈蚀钢筋的屈服强度，Mpa；为钢筋的质量损失率，h。按上式计算锈蚀钢筋的名义屈服强度，计算结果与试验结果的对比见下表。其中fye表示锈蚀钢筋名义屈服强度的试验值，实测值与计算值比值的平均值为0.982，标准差为0.05。

表计算值与试验值

（二）锈蚀对箍筋强度的影响

许多学者进行了大量锈蚀钢筋力学性能试验，结果表明，钢筋的屈服强度，极限抗拉强度及延伸率都随钢筋锈蚀程度增大而降低，对现有的锈蚀钢筋屈服强度和极限强度公式进行了分析验证，给出了锈蚀钢筋屈服拉力和极限拉力的计算式。随着锈蚀的发展，锈蚀钢筋横截面积纵向分布越来越不均匀，本文探讨锈蚀钢筋的力学性能、锈蚀钢筋的屈服强度、极限强度可以用相对屈服荷载，相对极限荷载及平均截面锈蚀率和锈蚀前强度表示。

一般大气环境下，光圆钢筋表面锈蚀较均匀，本文视箍筋锈蚀为均匀锈蚀，采用箍筋截面损失率来表达箍筋锈蚀程度，见下式:

式中A0为箍筋锈蚀前截面面积；A为箍筋锈蚀后截面面积。

（三）腐蚀对钢筋应力分布的影响

根据腐蚀深度的不同，能够对其应力的实际分布情况进行计算。根据计算结果进行分析表明，在钢筋腐蚀的深度情况较小的时候，钢筋的应力呈现比较均匀的分布状态。但是伴随着腐蚀深度的不断增加，钢筋所受的应力分布渐渐变得不均，表现为腐蚀部位应力的明显增加，但是在距离腐蚀较远的位置应力则远远不能达到屈服的需求。可以看出，钢筋表面腐蚀的深度越深，即使是钢筋所受载荷比较低的情况下，腐蚀位置也会受到很大的应力作用，致使钢筋容易在腐蚀位置遭到破坏，虽然其他位置的应力并不大。我们可以得到这样的结论，如果钢筋的表面出现比较深的腐蚀，那么就会对钢筋的整个力学性能造成破坏和减弱，会进一步造成整个构件性能的减弱.

三、极限应变

锈蚀钢筋的极限应变相对值随应变率的变化关系。其中极限应变相对值为不同应变率钢筋的极限应变与静载下的极限应变的比值。对于未锈蚀和平均截面锈蚀率为8%的钢筋，极限应变随着应变率提高的变化规律均不明显。因此可以认为应变率对于极限应变无影响，忽略应变率的影响。锈蚀钢筋的极限应变相对值、平均截面锈蚀率关系。其中极限应变相对值为锈蚀钢筋极限应变与未锈蚀钢筋极限应变的比值。随着钢筋锈蚀的发展、极限应变相对值近似按指数关系衰退。通过指数回归可以得到极限应变相对值与平均截面锈蚀率之间的关系式为式中为锈蚀钢筋极限应变相对值。

结束语

本文通过对腐蚀对钢筋力学性能的研究，也同时得出腐蚀的深度是影响钢筋强度强弱的关键，直接影响钢筋的力学性能。在相同程度的钢筋腐蚀条件下，对于横截面小，直径大的钢筋的力学性能受到腐蚀的影响更大。因此，对钢筋受力情况进行分析从而得出腐蚀和钢筋屈服强度中中的规律，并且还对腐蚀钢筋的变形等做了分析。腐蚀对钢筋力学性能的影响是很大的，因此，在选用钢筋时候应该科学合理。

参考文献：

[1]李凤兰，侯维玲，侯朋兵.锈蚀钢筋的力学性能试验研究[J].华北水利水电学院学报，2013.

[2]李辉.腐蚀影响的锈蚀钢筋力学性能研究[J].科技传播，2013.

[3]张雯，牛荻涛，李强.箍筋锈蚀约束混凝土力学性能退化数值模拟[J].四川建筑科学研究，2013.

[4]陈辉，张伟平，顾祥林.高应变率下锈蚀钢筋力学性能试验研究[J].建筑材料学报，2013.