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钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性劣化的主要原因之一。锈蚀使钢筋的力学性能以及钢筋与混凝土的粘结性能发生退化,严重地降低了钢筋在混凝土结构中的作用,甚至导致混凝土结构的坍塌破坏。研究锈蚀钢筋力学性能和粘结性能的退化规律对于已建混凝土结构的耐久性评估具有重要的意义。
该文在既有研究的基础上,通过锈蚀钢筋(包括变形钢筋和钢绞线)力学性能试验和钢绞线粘结性能试验,结合有限元分析,对锈蚀钢筋的力学性能和粘结性能的退化规律进行了研究。
锈蚀钢筋试件均采用电化学快速锈蚀方法获得,快速锈蚀试验结果表明:采用法拉第定律计算的锈蚀率比实测锈蚀率偏大,这是因为钢筋电化学腐蚀过程中的“差数效应”、钢筋脱钝时间和铁离子化合价取值等因素影响的缘故;锈后钢筋的形态随锈蚀率的不同主要呈点状锈坑、沟状锈坑、半面锈蚀和全面锈蚀等四种形式,最大锈蚀深度与锈蚀重量损失率成正比关系。
通过拉伸试验测定锈蚀钢筋试件的名义屈服强度、名义极限强度和极限延伸率等力学性能指标,试验结果表明:随着锈蚀程度的增加,锈蚀钢筋的名义屈服强度等力学指标近似线性降低;钢绞线锈蚀后的力学性能降低严重,脆性破坏特征明显。有限元分析和试验结果表明,变形钢筋名义屈服强度和名义极限强度降低的主要原因是钢筋截面损失,而应力集中影响不大,但伸长率的降低除与钢筋截面损失有关外还与应力集中有很大关系。提出了锈蚀钢筋的力学本构关系。
通过拉拔试验分别对埋置于混凝土中的锈蚀钢绞线和埋置于波纹管内水泥浆中的锈蚀钢绞线的粘结性能进行了研究。试验结果表明:钢绞线在浆体中的粘结强度小于在混凝土中的粘结强度;钢绞线的粘结强度与混凝土或浆体的抗拉强度成正比关系;在轻度锈蚀的情况下,随着锈蚀率的增加,钢绞线的粘结强度有所提高。