吳潔瓊，郭 莉，金 瀏，杜修力

(城市與工程安全減災(zāi)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京工業(yè)大學(xué))，北京 100124)

實(shí)際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕具有非均勻性[1-2]，即離保護(hù)層近的一側(cè)鋼筋銹蝕更嚴(yán)重[3]并存在坑蝕等局部銹蝕現(xiàn)象[4]，已有研究表明鋼筋力學(xué)性能在均勻銹蝕和非均勻銹蝕兩種情況下是不同的[5-6]。另外，結(jié)構(gòu)在服役期間承受彎矩和剪力的共同作用，現(xiàn)有黏結(jié)性能的研究多為拉拔試驗(yàn)，而拉拔試驗(yàn)中鋼筋與混凝土的應(yīng)力狀態(tài)與實(shí)際工程結(jié)構(gòu)不符[7]。鑒于此，有必要開展非均勻銹蝕鋼筋與混凝土黏結(jié)性能研究的梁式試驗(yàn)(考慮彎矩和剪力共同作用)。

鋼筋銹蝕產(chǎn)物體積膨脹[8]，對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，當(dāng)膨脹應(yīng)力超過混凝土本身的抗拉能力時(shí)混凝土開裂[9]，鋼筋非均勻銹蝕引起的混凝土保護(hù)層銹脹開裂特征受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。張白等[10]通過7組不同銹蝕率的中心拉拔試件，討論了試件表面最大銹脹裂縫寬度與質(zhì)量損失率的關(guān)系。Zhang等[11]對(duì)自然銹蝕的鋼筋展開研究，提出了混凝土銹脹開裂預(yù)測(cè)模型。林紅威等[12]通過電加速銹蝕模擬混凝土中鋼筋非均勻銹蝕(質(zhì)量損失率0%～15%)，發(fā)現(xiàn)銹脹裂縫寬度隨鋼筋質(zhì)量損失率的增加近似線性增加。

針對(duì)銹蝕鋼筋與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度劣化方面，國內(nèi)外學(xué)者已開展大量研究。Lin等[13]和王朝陽等[14]分別通過梁式試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)提出了基于質(zhì)量損失率的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型。Tondolo[15]通過加速銹蝕后的鋼筋混凝土拉拔試件的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)鋼筋質(zhì)量損失率在0%～2%范圍內(nèi)，黏結(jié)強(qiáng)度基本保持不變?，F(xiàn)有文獻(xiàn)在研究銹蝕與鋼筋混凝土黏結(jié)性能的關(guān)系時(shí)，未就鋼筋局部坑蝕等非均勻銹蝕特征展開分析；且對(duì)于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)，混凝土表面銹脹裂縫寬度較鋼筋質(zhì)量損失率更易獲取，而目前基于混凝土表面銹脹裂縫寬度的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型有限。

因此，為模擬混凝土中鋼筋非均勻銹蝕以及結(jié)構(gòu)承受彎矩和剪力共同作用的工作狀態(tài)，本文開展了8榀不同質(zhì)量損失率的鋼筋混凝土梁試件的黏結(jié)性能試驗(yàn)研究，提出了混凝土表面最大銹脹裂縫寬度與鋼筋質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系，建立了銹蝕鋼筋與混凝土相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型，并給出了混凝土表面最大銹脹裂縫寬度與相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系式。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

共澆筑8榀相同尺寸和配筋的鋼筋混凝土梁試件，試件尺寸及配筋情況見圖1。試件尺寸為1 500 mm×120 mm×200 mm。受拉鋼筋采用HRB400帶肋鋼筋，直徑為20 mm，屈服強(qiáng)度為454 MPa，極限強(qiáng)度為653 MPa，彈性模量為2.0×105MPa；箍筋采用HPB300光圓鋼筋，直徑為8 mm。梁試件兩側(cè)黏結(jié)區(qū)長(zhǎng)度l均取7.5D(D為受拉鋼筋直徑)，即150 mm。非黏結(jié)區(qū)域采用PVC套管實(shí)現(xiàn)。在梁的兩端分別設(shè)置長(zhǎng)100 mm的凹槽，以測(cè)量鋼筋應(yīng)變以及鋼筋與混凝土之間的相對(duì)滑移。為了保證在電加速銹蝕過程中僅受拉鋼筋產(chǎn)生銹蝕，在試件澆筑前，對(duì)箍筋和架立筋表面涂抹環(huán)氧樹脂進(jìn)行防銹蝕處理?；炷敛捎肅40商品混凝土，水膠比為0.39，配合比見表1，混凝土28 d立方體抗壓強(qiáng)度為42 MPa。

圖1 試件尺寸及配筋(mm)

表1 混凝土配合比

1.2 試驗(yàn)過程

混凝土齡期28 d后，8榀鋼筋混凝土梁依次進(jìn)行通電加速銹蝕、銹脹裂縫測(cè)量、黏結(jié)性能測(cè)試和鋼筋三維掃描。具體試驗(yàn)步驟：

1)通電加速銹蝕：采用直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行通電加速銹蝕，見圖2。電源正極與受拉鋼筋相連，電源負(fù)極與寬度為10 mm的銅排連接(圖2(a))。受拉鋼筋(正極)與銅排(負(fù)極)之間的距離為混凝土保護(hù)層厚度(40 mm)。為了形成電解回路并保證空氣能與鋼筋充分接觸[16]，在試件黏結(jié)區(qū)表面外貼海綿并覆蓋塑料膜(圖2(b))，每天定時(shí)向海綿噴灑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液。由于銅排寬度小于受拉鋼筋直徑，銅排與鋼筋上各點(diǎn)間距離不同，導(dǎo)致電阻間距和混凝土阻力不同，使得鋼筋表面電流密度不同，從而產(chǎn)生非均勻銹蝕(圖2(c))。為了防止電流密度過大造成鋼筋銹蝕與自然狀態(tài)不符，電流密度取0.3 mA/cm2[17-18]。

圖2 加速銹蝕試驗(yàn)

本文設(shè)計(jì)的4種質(zhì)量損失率見表2，通電時(shí)間根據(jù)法拉第定律計(jì)算。試件黏結(jié)破壞后，將銹蝕段(150 mm)鋼筋取出，進(jìn)行酸洗、稱重，得到鋼筋的實(shí)際質(zhì)量損失率ρ為

表2 梁試件試驗(yàn)參數(shù)

(1)

式中m0為鋼筋未銹蝕時(shí)的質(zhì)量，mt為銹蝕鋼筋除銹后的質(zhì)量。

2)銹脹裂縫測(cè)量：試件達(dá)到設(shè)計(jì)質(zhì)量損失率后停止通電，采用圖3所示的裂縫測(cè)寬儀(HC-CK103)測(cè)量梁試件黏結(jié)區(qū)底面混凝土表面的銹脹裂縫寬度。

圖3 混凝土表面銹脹裂縫觀測(cè)

3)黏結(jié)性能測(cè)試：采用電液伺服加載機(jī)對(duì)梁試件進(jìn)行三點(diǎn)彎曲加載，見圖4。加載速率為0.5 mm/min。為了使鋼筋在梁的一端被拔出，在試件另一端采用與受拉鋼筋相匹配的三片式錨具將受拉鋼筋錨固。在梁試件上的2個(gè)凹槽處對(duì)受拉鋼筋分別粘貼2個(gè)鋼筋應(yīng)變片；在試件的錨固端、自由端和兩個(gè)凹槽處，分別布置位移計(jì)1、2、4、5以測(cè)得鋼筋與混凝土之間的相對(duì)滑移，在梁跨中底部布置位移計(jì)(即位移計(jì)3)以測(cè)得加載過程中梁試件的跨中位移。假設(shè)黏結(jié)應(yīng)力在黏結(jié)區(qū)內(nèi)均勻分布[19]，則平均黏結(jié)應(yīng)力計(jì)算公式為

圖4 三點(diǎn)彎曲加載示意(mm)

(2)

式中：τ為黏結(jié)區(qū)的平均黏結(jié)應(yīng)力；P為鋼筋拉拔力，由式(3)計(jì)算得出[19]；D為受拉鋼筋直徑；l為黏結(jié)區(qū)長(zhǎng)度。

P=σA

(3)

式中：σ為鋼筋應(yīng)力，當(dāng)鋼筋處于線彈性階段時(shí)，σ=εE(ε為鋼筋應(yīng)變；E為鋼筋彈性模量)；A為受拉鋼筋橫截面面積。試件加載時(shí)，受拉鋼筋處于線彈性階段，ε取試件凹槽處4個(gè)鋼筋應(yīng)變片所測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。

4)鋼筋三維掃描：試件黏結(jié)破壞后，將梁試件黏結(jié)區(qū)銹蝕鋼筋取出并除銹，采用工業(yè)級(jí)高精度三維掃描儀對(duì)銹蝕鋼筋進(jìn)行掃描，得到銹蝕鋼筋的三維圖像，并將圖像導(dǎo)入Geomagic Wrap軟件中生成三維模型，測(cè)量銹坑參數(shù)(銹坑長(zhǎng)度、寬度和深度)。

2 結(jié)果及討論

2.1 加載過程及破壞模式

本文不同銹蝕程度的鋼筋混凝土梁的應(yīng)變-位移曲線差別不大。以A0組梁試件為例，見圖5。在加載初期，跨中位移較小，受拉鋼筋應(yīng)變迅速增加；隨著加載的繼續(xù)，當(dāng)跨中位移達(dá)到1.2 mm左右時(shí)，鋼筋應(yīng)變?cè)黾拥乃俣茸兙?；繼續(xù)加載至跨中位移達(dá)到約6.6 mm時(shí)，試件發(fā)生黏結(jié)破壞，鋼筋應(yīng)變顯著降低。不同銹蝕程度的鋼筋混凝土梁試件破壞過程相似，且黏結(jié)破壞模式基本一致。以A2-1試件為例，見圖6。當(dāng)試件加載至約45%峰值荷載時(shí)，鋼筋與混凝土未發(fā)生相對(duì)滑移；隨著荷載繼續(xù)增加至約70%峰值荷載時(shí)，鋼筋和混凝土之間開始發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，黏結(jié)區(qū)梁側(cè)面混凝土表面出現(xiàn)斜裂縫；當(dāng)外荷載逐漸增大至峰值荷載，斜裂縫逐漸變寬，受拉鋼筋連同周圍混凝土被拔出，試件發(fā)生黏結(jié)破壞。

圖5 應(yīng)變-位移曲線

圖6 破壞模式

2.2 銹脹裂縫

在通電加速銹蝕之前，所有梁試件的混凝土表面未出現(xiàn)裂縫；通電加速銹蝕5 d后，所有梁試件黏結(jié)區(qū)底面的混凝土表面出現(xiàn)第一條清晰可見的銹脹裂縫(寬度約為0.06 mm)；隨著通電時(shí)間的增加，銹脹裂縫長(zhǎng)度和寬度不斷增加。不同質(zhì)量損失率的梁試件黏結(jié)區(qū)底面混凝土表面的銹脹裂縫分布情況見圖7。

圖7 梁試件黏結(jié)區(qū)底面銹脹裂縫(mm)

由圖7可知，當(dāng)質(zhì)量損失率為2.6%(A1-1)時(shí)，混凝土表面僅出現(xiàn)一條銹脹裂縫；當(dāng)質(zhì)量損失率從3.0%(A1-2)增加到6.2%(A2-2)時(shí)，混凝土表面出現(xiàn)2～3條銹脹裂縫；當(dāng)質(zhì)量損失率增加到8.3%(A3-2)和10.3%(A3-1)時(shí)，混凝土表面多條銹脹裂縫相互連接在一起，且混凝土保護(hù)層發(fā)生局部剝落。此外，當(dāng)質(zhì)量損失率從2.6%增加到10.3%時(shí)，混凝土表面最大銹脹裂縫寬度從0.09 mm增加到1.66 mm，即最大銹脹裂縫寬度隨鋼筋質(zhì)量損失率的增加而顯著增大。

最大銹脹裂縫寬度與鋼筋質(zhì)量損失率的關(guān)系曲線見圖8，圖中R2為擬合曲線與試驗(yàn)點(diǎn)的擬合優(yōu)度。可見，混凝土表面最大銹脹裂縫寬度隨質(zhì)量損失率的增加近似呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)，計(jì)算公式為

ρ=0.03ln(19wmax)

(4)

式中ρ為質(zhì)量損失率，wmax為混凝土表面最大銹脹裂縫寬度。

圖8還給出了式(4)計(jì)算值與文獻(xiàn)[13,19]試驗(yàn)值的對(duì)比，其中文獻(xiàn)[13,19]的試驗(yàn)研究中鋼筋均發(fā)生非均勻銹蝕。式(4)計(jì)算值與文獻(xiàn)[13]試驗(yàn)值吻合良好。然而，式(4)計(jì)算值比文獻(xiàn)[19]試驗(yàn)值偏高，這主要是由于文獻(xiàn)[19]中箍筋發(fā)生了銹蝕而式(4)是基于本文箍筋未銹蝕情況得到的。此外，考慮到安全性問題，通過試件表面最大銹脹裂縫寬度預(yù)測(cè)鋼筋的質(zhì)量損失率時(shí)，對(duì)上述模型乘以1.5倍的安全系數(shù)[20]為宜。

圖8 最大銹脹裂縫寬度與質(zhì)量損失率的關(guān)系

2.3 鋼筋非均勻銹蝕形態(tài)

鋼筋混凝土梁黏結(jié)破壞后，觀察內(nèi)部鋼筋，發(fā)現(xiàn)箍筋幾乎無銹蝕，受拉鋼筋表現(xiàn)出與自然銹蝕近似的非均勻銹蝕形態(tài)：縱截面上存在深淺不一的銹坑；橫截面上離保護(hù)層近的一側(cè)鋼筋銹蝕更嚴(yán)重。文獻(xiàn)[21]研究表明，自然狀態(tài)下銹蝕鋼筋的最大銹坑深度是平均銹坑深度的2.5倍。通過三維掃描軟件測(cè)試本文鋼筋銹坑的長(zhǎng)度、寬度和深度，發(fā)現(xiàn)鋼筋最大銹坑深度是平均銹坑深度的2.3倍。可見，本文電加速銹蝕試驗(yàn)較好地模擬了鋼筋在自然環(huán)境中的非均勻銹蝕形態(tài)。

2.3.1 銹坑分布

銹蝕鋼筋的三維掃描圖像見圖9，包括離混凝土保護(hù)層近側(cè)(a面)和遠(yuǎn)側(cè)(b面)的掃描圖像。可見，不同質(zhì)量損失率下鋼筋的坑蝕特征顯著不同。當(dāng)質(zhì)量損失率為2.6%和3.0%時(shí)，鋼筋a面的銹坑個(gè)數(shù)約為10個(gè)且銹坑長(zhǎng)度較小(< 2 mm)，鋼筋b面幾乎無銹坑。當(dāng)質(zhì)量損失率增加到5.3%和6.2%時(shí)，鋼筋a面銹坑數(shù)增加到約15個(gè)，且銹坑沿長(zhǎng)度方向擴(kuò)展至相連，這與文獻(xiàn)[5]研究結(jié)果類似；此時(shí)鋼筋b面出現(xiàn)銹坑，但坑蝕尺寸較小(約1 mm)。當(dāng)質(zhì)量損失率達(dá)到8.3%和10.3%時(shí)，鋼筋a面銹坑數(shù)未增加(約15個(gè))，但銹坑長(zhǎng)度顯著增大(約20 mm)；且此時(shí)鋼筋b面銹坑長(zhǎng)度可達(dá)5 mm。此外，由圖9可知，本文鋼筋銹坑形態(tài)主要包括半圓球體、旋轉(zhuǎn)拋物體和半橢球體等，這與文獻(xiàn)[22]采用的銹坑簡(jiǎn)化模型(半橢球體)類似。

圖9 銹蝕鋼筋三維掃描

2.3.2 銹坑尺寸

鋼筋銹坑總長(zhǎng)度、總寬度和總深度的變化情況見圖10。可見，隨著質(zhì)量損失率的增加，銹坑的總長(zhǎng)度、總寬度和總深度均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。具體來說，質(zhì)量損失率從2.6%增加到10.3%，銹坑總長(zhǎng)度從20.96 mm增加到89.23 mm(增加了68.27 mm)，銹坑總寬度從14.07 mm增加到54.28 mm(增加了40.21 mm)，銹坑總深度從2.08 mm增加到12.06 mm(增加了9.98 mm)，即隨著質(zhì)量損失率的增加，銹坑總長(zhǎng)度變化最顯著?；诖耍疚奶岢隽朔蔷鶆蜾P蝕系數(shù)α來表征鋼筋銹蝕的非均勻性，并將其定義為鋼筋銹坑總長(zhǎng)度與黏結(jié)區(qū)鋼筋長(zhǎng)度的比值。

圖10 銹坑尺寸

非均勻銹蝕系數(shù)α與質(zhì)量損失率的關(guān)系見圖11。當(dāng)擬合優(yōu)度為0.96，兩者關(guān)系式為

圖11 非均勻銹蝕系數(shù)與質(zhì)量損失率的關(guān)系

α=6ρ

(5)

基于式(5)，可對(duì)某一給定質(zhì)量損失率下的鋼筋銹蝕的非均勻性進(jìn)行評(píng)估。

2.4 黏結(jié)-滑移曲線

加載過程中錨固端滑移(即位移計(jì)1)為0 mm，因此位移計(jì)5測(cè)得的數(shù)據(jù)即為鋼筋與混凝土自由端的相對(duì)滑移。不同質(zhì)量損失率下鋼筋與混凝土的黏結(jié)-滑移(自由端滑移)曲線見圖12?？梢娰|(zhì)量損失率對(duì)銹蝕鋼筋與混凝土黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線的形狀影響不大。在加載初期黏結(jié)應(yīng)力不斷增加，但鋼筋與混凝土相對(duì)滑移增加并不顯著；當(dāng)黏結(jié)應(yīng)力達(dá)到最大，試件發(fā)生黏結(jié)破壞，此時(shí)對(duì)應(yīng)的峰值滑移為0.08～0.31 mm；繼續(xù)加載時(shí)，黏結(jié)應(yīng)力逐漸降低，鋼筋與混凝土相對(duì)滑移顯著增加。

圖12 黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線

黏結(jié)應(yīng)力與質(zhì)量損失率的關(guān)系見圖13。一方面，銹蝕對(duì)試件的黏結(jié)強(qiáng)度(即最大黏結(jié)應(yīng)力)影響顯著，隨著質(zhì)量損失率的增加，黏結(jié)強(qiáng)度顯著降低，相較于未銹蝕試件，質(zhì)量損失率為2.6%、3.0%、5.3%、6.2%、8.3%和10.3%的梁試件黏結(jié)強(qiáng)度分別降低了8%、7%、12%、15%、28%和29%。另一方面，質(zhì)量損失率對(duì)試件的殘余黏結(jié)強(qiáng)度也有較大影響，質(zhì)量損失率從0%增加至10.3%，殘余黏結(jié)強(qiáng)度從5.72 MPa降低為2.72 MPa(降低了52.4%)。

圖13 黏結(jié)應(yīng)力與質(zhì)量損失率的關(guān)系

2.5 相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型

鋼筋與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度影響因素較多，混凝土強(qiáng)度和保護(hù)層厚度等均會(huì)對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生顯著影響。因此，本文利用未銹蝕試件的黏結(jié)強(qiáng)度對(duì)不同質(zhì)量損失率的黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行歸一化處理，即定義相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度Rτ為銹蝕鋼筋混凝土黏結(jié)強(qiáng)度與未銹蝕鋼筋混凝土黏結(jié)強(qiáng)度的比值。

2.5.1 基于質(zhì)量損失率的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型

根據(jù)本文試驗(yàn)結(jié)果，圖14給出了基于質(zhì)量損失率的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型，計(jì)算公式為

圖14 基于質(zhì)量損失率的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型

Rτ= e-3ρ

(6)

文獻(xiàn)[23-26]提出的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型見表3?？梢?，式(6)與其他學(xué)者提出的模型在公式形式上具有一致性。式(6)計(jì)算值與文獻(xiàn)[14,19,27-32]試驗(yàn)值的對(duì)比見圖15。計(jì)算值和文獻(xiàn)[14,19,27-32]試驗(yàn)值的誤差基本都在30%[33]以內(nèi)，即式(6)可以給出合理的預(yù)測(cè)值。

表3 其他學(xué)者提出的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型

圖15 基于質(zhì)量損失率的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型驗(yàn)證

此外，研究表明，混凝土未產(chǎn)生銹脹裂縫之前，銹蝕產(chǎn)物體積膨脹引起鋼筋與混凝土間摩擦力增加，黏結(jié)強(qiáng)度與未銹蝕試件相比略有提高。但當(dāng)混凝土表面出現(xiàn)銹脹裂縫后，黏結(jié)強(qiáng)度較未銹蝕試件顯著降低[34]。本文試驗(yàn)中最小質(zhì)量損失率的試件表面已出現(xiàn)銹脹裂縫，因此，測(cè)得的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度均 < 1.0。本文提出的基于質(zhì)量損失率的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型(式(6))，未考慮銹脹開裂前銹蝕產(chǎn)物體積膨脹對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的增強(qiáng)作用。

2.5.2 基于混凝土表面最大銹脹裂縫寬度的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型

如2.2節(jié)所述，對(duì)于實(shí)際工程中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋質(zhì)量損失率和銹蝕特征等較難獲取，而混凝土表面最大銹脹裂縫寬度是鋼筋銹蝕的直觀反應(yīng)且易測(cè)量，因此，將2.2節(jié)提出的質(zhì)量損失率與最大銹脹裂縫寬度關(guān)系式(4)，代入到質(zhì)量損失率與相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系式(6)中，得到基于混凝土表面最大銹脹裂縫寬度的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型為

(7)

利用式(7)，可通過結(jié)構(gòu)表面的損傷特征(銹脹裂縫寬度)對(duì)結(jié)構(gòu)的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。式(7)計(jì)算值與文獻(xiàn)[27,35]試驗(yàn)值的對(duì)比見圖16，其中文獻(xiàn)[27,35]中鋼筋均發(fā)生非均勻銹蝕?？梢园l(fā)現(xiàn)，式(7)計(jì)算值與文獻(xiàn)[27]試驗(yàn)值吻合較好。當(dāng)銹脹裂縫較小時(shí)，式(7)計(jì)算值與文獻(xiàn)[35]試驗(yàn)值吻合良好，但當(dāng)銹脹裂縫較大時(shí)，式(7)計(jì)算值比試驗(yàn)值偏高，這可能是由于文獻(xiàn)[35]中試件未配置箍筋造成的。另外，圖16還給出了基于歐洲規(guī)范[20]所得的最大銹脹裂縫寬度與相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度變化范圍的關(guān)系?？梢?，最大銹脹裂縫寬度> 0.70 mm時(shí)，式(7)計(jì)算值與規(guī)范建議值吻合良好，但最大銹脹裂縫寬度較小時(shí)(< 0.70 mm)，計(jì)算值較規(guī)范建議值偏低，文獻(xiàn)[34]將其歸結(jié)為箍筋的影響。

圖16 基于最大銹脹裂縫寬度的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型驗(yàn)證

2.6 鋼筋銹蝕形態(tài)對(duì)相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

為了比較不同銹蝕形態(tài)(即鋼筋非均勻銹蝕和均勻銹蝕)對(duì)相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響，表4給出了文獻(xiàn)[32]中均勻銹蝕試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，與本文提出的基于非均勻銹蝕試件相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度(式(7))的計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)基于非均勻銹蝕公式(7)計(jì)算的黏結(jié)強(qiáng)度是均勻銹蝕試件黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)值的85%，即相較于均勻銹蝕，非均勻銹蝕會(huì)對(duì)鋼筋與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生更加不利的影響。

表4 與文獻(xiàn)[32]均勻銹蝕試驗(yàn)值的對(duì)比

3 結(jié) 論

通過8榀不同銹蝕程度(質(zhì)量損失率0%～10.3%)的鋼筋混凝土梁的試驗(yàn)(通電加速銹蝕、銹脹裂縫測(cè)量、黏結(jié)性能測(cè)試和鋼筋三維掃描)，研究了非均勻銹蝕對(duì)鋼筋與混凝土黏結(jié)性能的劣化規(guī)律，得到以下結(jié)論：

1)鋼筋銹蝕產(chǎn)物體積膨脹引起混凝土保護(hù)層銹脹開裂，當(dāng)質(zhì)量損失率較低(2.6%)時(shí)，梁試件表面僅出現(xiàn)一條銹脹裂縫，隨著質(zhì)量損失率的增加，銹脹裂縫的數(shù)量和寬度增加，并逐漸互聯(lián)互通，甚至發(fā)生保護(hù)層局部剝落；混凝土表面最大銹脹裂縫寬度隨鋼筋質(zhì)量損失率的增加呈對(duì)數(shù)增加。

2)混凝土保護(hù)層近側(cè)鋼筋表面的銹坑個(gè)數(shù)和尺寸顯著大于保護(hù)層遠(yuǎn)側(cè)鋼筋表面；鋼筋質(zhì)量損失率增加到10.3%，可引起銹坑總長(zhǎng)度、總寬度和總深度分別顯著增加了68.27、40.21、9.98 mm，即相較于銹坑總寬度和總深度，銹坑總長(zhǎng)度隨質(zhì)量損失率的增加變化最顯著。

3)基于試驗(yàn)結(jié)果，建立了非均勻銹蝕鋼筋與混凝土的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度退化模型；結(jié)合鋼筋質(zhì)量損失率與混凝土表面最大銹脹裂縫寬度的關(guān)系，提出了基于混凝土表面最大銹脹裂縫寬度的相對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算模型，并驗(yàn)證了模型的有效性。