銹蝕程度對鋼筋性能的影響.doc

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1、中文翻譯銹蝕程度對鋼筋性能的影響摘要本論文報告是一項評估鋼筋銹蝕程度對其力學性能的影響的研究成果。用鋼筋混凝土試樣中分離的一些6mm和12mm已經銹蝕的鋼筋在拉力作用下進行測試。結果表明，當用實際截面面積計算時，鋼筋銹蝕的程度并不影響其抗拉強度。然而，即使用公稱直徑來計算，當6mm和12mm的鋼筋的銹蝕程度分別為11%和24%時抗拉強度還是小于ASTMA615要求的600MPa。此外，銹蝕程度大于12%的鋼筋會出現脆性破壞。1.引言鋼筋混凝土建筑有效使用壽命的減少主要是由于鋼筋的銹蝕，這引起全球建

2、筑業(yè)的關注，修復和改造損壞的混凝土建筑耗費了相當多的資源。據估計在美國修復和改造高速公路需要200多億美元，在英國修復道路橋梁需要6億多英鎊。在其他國家修復和改造鋼筋混凝土建筑的花費的記錄也不是很好，但毫無疑問，相當大的資源無疑是分配給了恢復變壞的混凝土建筑的有效使用壽命上面。在正常情況下，混凝土保護鋼筋，密實的、相對不透水的混凝土結構提供了物理保護，而高堿度的孔隙溶液提供了化學保護。水泥里的堿性化合物，主要是鈣和部分碳酸鉀和鈉，構成了高堿度(pH>13.5)的孔隙溶液。在這種高pH值下，鋼筋在氧

3、氣里可能是由于形成微觀γ-Fe2O3薄膜而鈍化。Hime和Erlin提出鋼筋表面鈍化層可能有除了γ-Fe2O3以外的合成物。　根據記錄,鋼筋混凝土的接觸面富含的石灰層為鋼筋提供了進一步的保護。這被Leek和Poole證實，他們報告了接觸面層由被水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠里的物質分解的變厚度(5-15μm)的氫氧鈣石[Ca(OH)2]自由聚合物組成。這一層由于侵蝕性離子的直接出入并作為增堿劑緩沖由于鋼筋銹蝕產物的水解所降低的pH值而被認為保護了鋼筋的表面。據Sagoe-Crentsil和Glass

4、er所說，Ca(OH)2和C-S-H凝膠形成緩沖對并且他們都易維持高PH值。鋼筋銹蝕是由于氯離子在鋼筋表面的擴散或由于混凝土的碳化導致的。鋼筋銹蝕和混凝土的后續(xù)開裂相比較混凝土的碳化而言更應歸結于氯離子在鋼筋表面的擴散。氯化物分解鈍化層的許多機理被提出，如薄膜的化學溶解,薄膜/底層接觸面上累積的金屬孔洞等，氧化鐵/孔隙溶液接觸面的高濃度氯導致了局部酸化和斑蝕。Leek和Poole基于SEM/EDS進行了砂漿棱柱里鋼筋鈍化膜分解的研究，證實了氯離子的銹蝕是從破壞薄膜和金屬之間的結合開始。不論是什么原

5、因，鋼筋混凝土構件中鋼筋的銹蝕都會導致混凝土開裂和后續(xù)承載力損失。鋼筋混凝土構件因鋼筋銹蝕引起的承載力降低歸根結底是由于混凝土間粘結力降低的綜合效應和/或鋼筋的抗拉強度的降低。雖然一些資料可查鋼筋銹蝕對混凝土的粘結強度的影響，但缺乏對鋼筋力學性能的影響的研究。Maslehuddin等人評估了空氣銹蝕對鋼筋力學性能的影響。但是應該注意的是空氣銹蝕對鋼筋力學性能的影響不如他在混凝土中銹蝕的影響強烈。另外，鋼筋銹蝕會引起混凝土開裂從而影響構件的完整性。鋼筋銹蝕的程度以及隨后構件承載力的減少需要被評估以驗

6、證混凝土的殘余強度并且制定修復方案。本研究的目的在于評估混凝土中鋼筋銹蝕的程度與他們的力學性能的關系。1.實驗方案ASTMC150型水泥做成的鋼筋混凝土試件，最大尺寸19毫米、比重2.64、吸水率2.3%的碎灰?guī)r作為粗骨料，比重2.64、吸水率0.56%的海灘沙作為細骨料。所有混凝土混合料中粗細骨料比1.68、水灰比0.45保持不變。準備兩組混凝土試樣，第一組樣本準備6mm直徑的鋼筋而另一組準備12mm直徑的鋼筋。試樣中使用符合ASTMA615G60要求的螺紋鋼筋。澆鑄過后混凝土試樣養(yǎng)護28天，外

7、加2mA/cm2的陽極電流以加速鋼筋銹蝕。這是一個整合系統，通過一個直流整流器和一個內置電流計來監(jiān)控電流和一個分壓計控制電流強度來完成。混凝土試樣部分浸在一個盛有5%氯化鈉溶液的玻璃槽內以確保便鋼筋在液面以上。選擇這種類型的裝置是確保形成的銹蝕產物不被沖走且混凝土試樣出現開裂。調整電流方向以便鋼筋成為一個正極而一個放在靠近混凝土試件的不銹鋼板作為負極。實驗裝置示意圖如圖1所示。為了感應不同程度的鋼筋銹蝕，事先建立一個外加電流持續(xù)時間與相應的鋼筋銹蝕程度之間關系的校準曲線以傳導實際實驗。對每一個混凝

8、土試件的供電源定期進行檢查，通過調整分壓計來調整其漂移。預期的鋼筋銹蝕程度從分析校準曲線中陽極電流對應的持續(xù)時間得知。圖1加速銹蝕實驗裝置示意圖。達到預期銹蝕程度后混凝土試件沿鋼筋方向開裂。根據ASTMG1中Clark法清理鋼筋后即可通過鋼筋質量的減少來衡量銹蝕的程度。測定減少的質量之后，鋼筋進行拉伸試驗以測試其力學性能。鋼筋拉伸試驗在250KNInstron萬能試驗機上進行。用一個特制的伸長儀來測定鋼筋的伸長值。至試樣開始斷裂期間的負載和伸長數據使用計算機數據采集系統來記錄每個試