楊路

摘 要：氯離子侵蝕引發(fā)的鋼筋銹蝕是導(dǎo)致鋼筋混凝土（RC）結(jié)構(gòu)抗震性能劣化的主要原因，在實(shí)際工程中最為常見。本文首先介紹了氯離子侵蝕下鋼筋銹蝕導(dǎo)致RC結(jié)構(gòu)抗震性能劣化的機(jī)理，隨后從銹蝕鋼筋、銹蝕混凝土、銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移三方面綜述了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后對(duì)當(dāng)前研究進(jìn)行總結(jié)，為進(jìn)一步研究氯離子侵蝕下RC材料、構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的力學(xué)與抗震性能奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：銹蝕;鋼筋混凝土;粘結(jié)滑移;抗震分析;研究進(jìn)展

0 引言

服役環(huán)境和服役齡期對(duì)結(jié)構(gòu)性能劣化影響顯著，近海大氣環(huán)境中的有害氯離子侵蝕是引發(fā)結(jié)構(gòu)性能劣化的關(guān)鍵因素。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)氯離子侵蝕引發(fā)的結(jié)構(gòu)性能劣化模型進(jìn)行了較為深入的研究。氯離子侵蝕對(duì)RC結(jié)構(gòu)性能的影響，如圖1所示。結(jié)構(gòu)性能劣化主要體現(xiàn)為：鋼筋有效受力截面的損失、鋼筋強(qiáng)度和延性的劣化、混凝土強(qiáng)度和延性的退化，以及鋼筋-混凝土界面粘結(jié)應(yīng)力的退化。

1 鋼筋性能劣化

按照銹蝕鋼筋表面特征，可將鋼筋的腐蝕分為：均勻腐蝕與局部腐蝕。當(dāng)腐蝕沿著鋼筋均勻分布時(shí)，就會(huì)發(fā)生均勻腐蝕，而局部腐蝕會(huì)使鋼筋產(chǎn)生局部凹坑，稱為點(diǎn)蝕。針對(duì)氯離子侵蝕引發(fā)鋼筋局部坑蝕導(dǎo)致鋼筋的力學(xué)性能退化的研究主要采用試驗(yàn)方法。Du基于108根銹蝕鋼筋（通電銹蝕、自然銹蝕）拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了銹蝕鋼筋極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度表達(dá)式。Andisheh通過對(duì)銹蝕鋼筋（通電銹蝕、機(jī)械銹坑）拉伸試驗(yàn)研究，指出鋼筋銹蝕并不會(huì)引發(fā)強(qiáng)度的退化，認(rèn)為鋼筋銹蝕直接導(dǎo)致有效截面積削減，進(jìn)而引發(fā)承載力下降，強(qiáng)調(diào)相對(duì)于強(qiáng)度而言，銹蝕鋼筋延性的降低更應(yīng)該被關(guān)注。

吳慶等通過對(duì)56根不同銹蝕程度的鋼筋（人工氣候環(huán)境模擬腐蝕、恒電流加速腐蝕）開展拉伸試驗(yàn)，研究不同銹蝕方法對(duì)鋼筋各項(xiàng)力學(xué)性能影響。研究表明，在相同的銹蝕程度下，不同銹蝕方法得到的鋼筋特性并不一致，且隨著鋼筋銹蝕程度的增加，之間的差異更為顯著?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)，提出了銹蝕率與鋼筋性能（極限強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延性）的定量關(guān)系，得到了銹蝕鋼筋的本構(gòu)模型。李風(fēng)蘭等通過對(duì)54根銹蝕鋼筋（恒電流加速腐）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果顯示：鋼筋有效截面積損失是鋼筋力學(xué)性能退化的主要原因，鋼筋的最小剩余截面積決定了鋼筋的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度。隨著鋼筋銹蝕程度增加，鋼筋的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率均降低。張偉平等通過對(duì)267根銹蝕鋼筋（157根實(shí)驗(yàn)室外加電流、35根大氣環(huán)境自然腐蝕、75根實(shí)際現(xiàn)有構(gòu)件中）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合已有的鋼筋銹蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了不同腐蝕條件下的銹蝕鋼筋本構(gòu)模型。

3 混凝土性能劣化

隨著鋼筋銹蝕產(chǎn)物堆積于鋼筋表面，鋼筋出現(xiàn)體積膨脹現(xiàn)象，造成周圍混凝土承受銹脹拉應(yīng)力。當(dāng)銹脹拉應(yīng)力達(dá)到保護(hù)層可承受的抗拉強(qiáng)度時(shí)，保護(hù)層發(fā)生開裂直至脫落。裂縫的產(chǎn)生將加速氯離子的擴(kuò)散，進(jìn)而導(dǎo)致鋼筋銹蝕速率加快。隨著箍筋銹蝕程度的增加，核心區(qū)混凝土的約束效應(yīng)逐漸降低、性能逐漸劣化。Coronelli等提出了隨服役齡期的增加混凝土強(qiáng)度退化公式。在該公式中，保護(hù)層開裂引起的橫向應(yīng)變是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度退化的關(guān)鍵，主要取決于截面寬度、鋼筋數(shù)量以及平均裂縫寬度。

Vu等基于電化學(xué)方法對(duì)RC棱柱體試件進(jìn)行腐蝕，對(duì)腐蝕試件開展了軸壓試驗(yàn)，分析了鋼筋銹蝕程度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律，并提出了考慮箍筋銹蝕效應(yīng)的約束混凝土本構(gòu)模型。

4 鋼筋與混凝土粘結(jié)性能劣化

鋼筋-混凝土界面粘結(jié)力是鋼筋與混凝土材料協(xié)同工作的基礎(chǔ)，是構(gòu)件具備良好抗震性能的前提。鋼筋-混凝土界面粘結(jié)力包括四部分：化學(xué)膠著力、摩阻力、混凝土與鋼筋之間的機(jī)械咬合力以及鋼筋端部的錨固力。

Fang等人對(duì)40個(gè)腐蝕率為0～9%的試件進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)。結(jié)果表明，腐蝕作用對(duì)配制箍筋試件的粘結(jié)應(yīng)力的退化影響較小，但對(duì)未配制箍筋試件的粘結(jié)應(yīng)力影響較大。在未配置箍筋的情況下，銹蝕率為9%的試件粘結(jié)強(qiáng)度較未發(fā)生銹蝕試件降低了2/3。楊海峰等對(duì)23組通電加速銹蝕獲得的混凝土試件進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了不同銹蝕程度下鋼筋-混凝土界面粘結(jié)應(yīng)力與滑移量分布情況，得到了考慮銹蝕效應(yīng)的RC構(gòu)件的粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系。粘結(jié)強(qiáng)度是鋼筋-混凝土粘結(jié)性能中最受關(guān)注的一部分，國(guó)內(nèi)外學(xué)者結(jié)合試驗(yàn)研究與理論分析，提出了不同適應(yīng)情況下的腐蝕粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式。

5 結(jié)語

隨著使用年限的增長(zhǎng)，鋼筋混凝土（RC）結(jié)構(gòu)會(huì)暴露一系列耐久性問題，鋼筋銹蝕造成的RC結(jié)構(gòu)損傷最為嚴(yán)重，在工程結(jié)構(gòu)中也最為常見。本文首先介紹了氯離子侵蝕下RC結(jié)構(gòu)的性能劣化情況，并進(jìn)而從銹蝕鋼筋、混凝土、鋼筋與混凝土間粘結(jié)性能三方面對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，可為進(jìn)一步研究氯離子侵蝕下RC材料、構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的力學(xué)與抗震性能奠定理論基礎(chǔ)。

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