锈蚀对钢筋与混凝土粘结力的影响

1、锈蚀对钢筋与混凝土粘结力的影响白永见 目 录 1 钢筋与混凝土的粘结力组成 2 混凝土中钢筋锈蚀的原因 3 混凝土中钢筋锈蚀 4 钢筋锈蚀与混凝土粘结力试验方法 5 锈蚀钢筋与混凝土的粘结力 6 结论1钢筋与混凝土的粘结力组成在实际的钢筋混凝土结构中，通常情况下各种荷载直接施加给混凝土而不是直接作用于混凝土中的钢筋，由混凝土的特性是抗压性能好和抗拉性能较差，所以在混凝土开裂的区域拉力全部由钢筋承担，钢筋与周围t昆凝土间的粘结力由三部分组成：(1)混凝土中水泥凝胶体与钢筋表面的胶结力，胶结力是界面的化学吸附作用，在发生滑移后立即消失，且不能够再恢复；(2)钢筋与混凝土接触面上的摩阻力，它取决于混

2、凝土发生收缩和荷载作用等引起的径向压力，以及二者间的摩擦系数，且随滑移发展，颗粒磨细而逐渐衰减；(3)钢筋变形肋与周围混凝土间的机械咬合力，即混凝上对钢筋表面斜向压力的纵向分力，是锚固作用的主要成分。机械咬合力的极限值受混凝土的抗剪强度的影响。光面钢筋与周围混凝土间的粘结力在钢筋与昆凝土发生相对滑移前，主要取决于胶结力；发生滑移后，则取决于摩阻力变形。2 混凝土中钢筋锈蚀的原因 混凝土的孔隙中是碱度很高的ca(OH) 饱和溶液，pH值约为125由于混凝土中还含有Na20，K20少量的等盐分，实际的值可超过13。在这样的高碱性的环境中，钢筋表面被氧化，形成一层厚为致密的水化氧化膜，这层膜牢固地吸

3、附在钢筋表面，使钢筋处于钝化状态，即使在有水分和氧气的条件下钢筋也不发生锈蚀。在无杂散电流的环境中，两个因素可以使钝化膜发生破坏：钢筋附近的混凝土中性化(混凝土碳化)；足够浓度的cl一扩散到钢筋表面。混凝土中的钢筋锈蚀的发生必须具备三个条件：(1)钢筋表面存在电位差，构成腐蚀电池；(2)钢筋表面的钝化膜遭到破坏，处于活化状态；(3)钢筋表面有电化学反应和离子扩散所需要的水和氧气。脱钝后钢筋的锈蚀是一个电化学过程：2 混凝土中钢筋锈蚀的原因阳极发生反应： FeFe+2e-阴极发生反应：02+2H2+4e4OH一在电化学腐蚀过程中，阳极反应产生的多余电子通过钢筋送往阴极，阴极产生的氢氧根离子通过混

4、凝土的孔隙以及钢筋表面与混凝土间孔隙中的电解质被送往阳极，从而形成一个腐蚀电流的闭合回路，使电化学过程得以实现。3.混凝土中钢筋锈蚀龚洛书和柳春圃分别研究了铁生锈后的六种产物的相对体积和相对质量，但是，混凝土中钢筋的锈蚀产物取决于发生锈蚀区域的供氧情况和水量，因此，铁锈产物多为混合物，其体积一般为铁的3-6倍，因此，铁锈蚀生成铁锈的过程，由于钢筋与混凝土的接触面存在微小缝隙，当钢筋开始锈蚀时，产生的锈蚀产物首先填充该缝隙，然后随着锈蚀产物的增加，使得钢筋周围的混凝土产生胀裂力，当胀裂力的分力即环向拉应力达到混凝土的抗拉强度时，混凝土中产生裂缝，如图1(b)所示，使得大量水、氧气和氯离子通过裂缝

5、到达钢筋表面，使得钢筋的锈蚀速度加快，锈蚀产物急剧增多，裂缝数量增多和宽度增大，形成恶性循环，使得建筑物的寿命急剧降低。4.修饰钢筋与混凝土粘结力试验方法41中心拔出试验。该试验方法优点是试件制作简单，试验易于操作，精度较高，便于大规模试验的开展；该试验方法缺点是钢筋受拉，混凝土受压，与实际工程中钢筋混凝土的粘结状态不一致。42全梁式试验。该试验方法优点是与实际钢筋混凝土梁的受力情况一致；该试验方法缺点是试件制作复杂，试验操作难度较大，试验精度较低，目前国内外很少使用5锈蚀钢筋与混凝土的粘结力51在钢筋锈蚀的初期，在钢筋表面生成一层疏松的锈蚀产物，同时向周围混凝土空隙中扩散(LiuandWey

6、ers)，由于锈蚀产物体积比未锈蚀钢筋的体积大很多，钢筋锈蚀产物因为体积膨胀产生的锈蚀压力(锈胀力)使钢筋和混凝土之间的握裹力增加，从而使钢筋和混凝土间的极限粘结强度有所上升；Mangat等认为锈蚀率不超过1时，粘结强度增加；52随着钢筋锈蚀量的增加，锈蚀钢筋外围混凝土产生环向压应力，环向压应力超过了混凝土抗拉强度，在钢筋与混凝土界面处将产生径向裂缝，裂缝的开展延伸将削弱钢筋和混凝土之间的握裹力，粘结力下降；5锈蚀钢筋与混凝土的粘结力5-3随着钢筋的不断锈损，使得钢筋变形肋的高度下降，钢筋表面变的相对平滑，降低了钢筋变形肋与外围混凝土间的机械咬合作用，使其与周围混凝土的摩擦力下降；同时使得钢筋有效面积的减少，更加削弱了钢筋和混凝土之间的握裹力。6 结论 本文分析了钢筋与混凝土共同工作的关键点粘结力的组成，研究了