厦门海底隧道初期支护钢拱架锈蚀构件试验

1、 2)试验步骤取18b工字钢截成5断，每段长度相等，用电子秤称取每段质量并记录下来。然后浇筑试验构件，编号，如图3-3、图3-4；在电解槽里面配置5%浓度的用1%浓度的盐酸溶液进行酸洗，再用3%浓度的碳酸钠溶液中和，然后用清水冲洗干净，擦干后，用电子秤称取锈蚀后工字钢的质量； 本试验只讨论工字钢的锈胀力问题。 系列号保护层厚度/cm系列122系列224系列326系列428锈胀力试验的通电电流和快速锈蚀试验电流相同，都控制在5A，这样我们就可以根据图3-8的曲线得出锈胀力与锈蚀率的关系图。所谓锈蚀率就是锈蚀质量与原质量之比。即： 锈蚀率。如此我们就得到锈胀力与锈蚀率关系图： (1) (2) 在通

2、电锈蚀的前5小时左右，锈胀力的增加趋势很缓，随后增加比较大。 保护层厚度/cnm22242628 锈胀力/Mpa0.004950.005680.006610.00862从表3-4，我们可以看出，在通电锈蚀的前5个小时，锈胀力很小，之后，增加的趋势才变得明显。结合徐港等关于钢筋锈胀力的研究以及我们在通电锈蚀过程中的观察，我们可以对于锈蚀产物的形成和发展过程进行一些分析。锈蚀产物的形成、发展一般分为三个阶段：自由锈蚀阶段、锈胀力明显增加阶段和胀裂。(1)自由锈蚀阶段当钢筋表面的钝化膜遭到破坏时，钢筋处于活化状态，阳极区的铁原子转化为亚铁离子，接着它与氢氧根反应生成Fe(OH)2，进一步与水和氧气反

3、应生成Fe(OH)3。这种反应模式得以实现的前提是混凝土是一种多孔材料且钢筋与混凝土的界面存在空隙，否则阴、阳离子很难迁移，实现反应。所以钢筋锈蚀初期，生成的铁锈将首先填充钢筋与混凝土界面间的空隙，部分还会渗人界面周围混凝土的孔隙中，而对周围混凝土产生压力很小。显然，孔隙或空隙的总体积越大，产生锈胀力的时间就越晚，而这种孔隙或空隙的体积是与钢筋的表面积，混凝土的水灰比，水化程度及固结程度有关的。混凝土越不密实，钢筋锈蚀产物越容易向混凝土中扩散与外逸，减少锈蚀产物在钢筋周围的堆积量，铁锈所引起的膨胀压力越小。(2)锈胀力明显增加阶段 当锈蚀产物的总量超过钢筋与混凝土界面附近的孔隙或是空隙可容纳的

4、锈蚀产物总量时，锈胀力的增加就开始变得明显。(3)胀裂当锈蚀产物的总量达到混凝土保护层胀裂时所能承受的最大锈蚀物量时，构件便出现裂缝。在我们的通电锈蚀过程中，我们发现在通电时间达到90个小时左右，构件表面会出现明显的纵向裂纹。 P 0 平均粘结强度，单位：kN；a、b、c为系数。取三个点（20，0）、（300，0.46）、（400，0.73）代入上式得到：a = 0.000002781，b = 0.000752631，c = -0.016165026 。得到：将a、b、c代入上式就可以得到未锈蚀条件下平均粘结强度：P0 = f（S 0）。根据中国矿业大学袁迎曙等的研究结果，我们可以得出锈蚀后平

5、均粘结强度的表达式：P 锈蚀后的平均粘结强度；P0 锈蚀前的平均粘结强度；K 考虑保护层、型钢厚度因素的影响系数；1、试验结果 (2)锈蚀时间不长，即锈蚀率1%的梁，破坏时没有纵向裂纹，梁下半部分有数条较宽的横向裂缝，如图3-27： (3)锈蚀时间较长，锈蚀率1%的梁，破坏时的控制裂纹为上半部的纵向裂缝，裂缝出现在工字钢上表面于混凝土的接触面，纵向裂缝很宽，长度很长，几乎从加载点延伸到端部。而横向裂缝却很细。因此，1%的梁，用来判断破坏的裂缝为纵向裂缝。如图3-28所示：2、试验结果分析锈蚀后的工字钢混凝土梁出现承载力下降的现象，其原因主要在于锈蚀过程会导致工字钢表层形成一层蓬松的锈蚀物质层，

6、破坏了工字钢与混凝土之间的化学胶着力，也就破坏了它们之间的粘结。此外，还锈蚀还会形成锈胀力，这种力对于混凝土结构的损害作用很大。锈胀力会使工字钢与混凝土脱离开来，二者形成独立的受力结构，无法发挥工字钢受拉性能好以及混凝土受压性能好的互补优势。而且，混凝土是一种变形很小的结构，锈胀力的作用会是混凝土内部产生细微的裂缝，这些细微的裂缝是钢拱架的内部受力缺陷，当钢拱架受力时，这些细小的裂缝会快速发展，导致结构破坏。未锈蚀的梁之所以只有一条较宽的裂缝，其余的都是很细小的裂缝，原因就在于工字钢与混凝土之间的粘结未被破坏，当中间那条裂缝因为挠度过大而变宽之后，原来混凝土下边缘受到的拉力很大一部分通过工字钢

7、与混凝土之间的粘结传到工字钢上去了，从而很好的发挥了工字钢受拉性能强的优势。而锈蚀率1%的梁的破坏形态就多了好几条较宽的裂缝，这说明锈蚀破坏了工字钢与混凝土之间的粘结，混凝土受到的拉力无法很好的传到工字钢上面去，而是转移到两侧的混凝土结构上去，从而导致了多条裂缝的快速发展。但是1%的梁破坏时并未出现沿工字钢上表面的纵向裂缝，这是因为锈蚀率不是很大，其破坏粘结的程度还不严重，工字钢与混凝土之间的锈胀力还未导致混凝土沿工字钢面形成裂缝。对于锈蚀率1%的梁，控制破坏的形式是纵向裂缝，只要原因是锈蚀严重，导致工字钢与混凝土之间的粘结破坏程度严重，锈胀力导致混凝土结构内部出现细小的裂缝，一旦受力，这些内

8、部细小的裂缝迅速发展，从而改变了正常的工字钢与混凝土之间的受力分配，出现了宽度达到2cm左右的纵向裂缝。快速电解锈蚀是研究钢拱架锈蚀问题的基础方法，很好的解决了自然锈蚀慢的难题。它的理论基础是法拉第电解定律，通过控制电流和通电时间，可以得到我们想要的锈蚀率。其难点是均匀锈蚀的问题，电流不能过大，否则会导致不均匀锈蚀。锈蚀导致钢拱架承载力降低的一个重要原因就是锈胀力，锈胀力会使工字钢与混凝土之间的产生一种破坏内部自身结构力，导致混凝土开裂，从而大大降低了混凝土的受力性能。通过试验研究，我们发现，锈胀力的增加分为三个阶段：自由锈蚀阶段，锈胀力增加阶段和开裂阶段。在锈蚀开始阶段，锈渍主要是用来填补工字钢与混凝土之间的孔隙，锈胀力增加