锈蚀钢筋力学性能的试验研究

锈蚀钢筋力学性能的试验研究

中国建筑科学研究院

徐有邻一、前言二、试验方案三、钢筋截面积的锈蚀损失四、锈蚀前后的钢筋本构关系五、锈蚀对钢筋强度的影响六、锈蚀对钢筋延性的影响七、工程结构中锈蚀钢筋的试验分析八、结论一、前言钢筋锈蚀是混凝土结构中最常见的耐久性问题。钢筋锈蚀的发生过程：混凝土的碳化和钢筋的脱钝

钢筋逐渐锈蚀

锈蚀发展而引起的锈胀

钢筋性能及钢筋与混凝土粘结锚固能力的退化

引起承载力降低及其它影响使用功能和结构安全的问题。二、试验方案钢筋试件：7种钢筋，共31组试件。分别测定直径、密度、截面积，屈服强度(fy)、抗拉强度(fb)及均匀伸长率(δgt)。具体见钢筋试件表1。腐蚀环境：4%的盐(NaCl)溶液中并加入少量盐酸(HCl)以模拟氯离子(Cl－)及酸性介质的腐蚀性环境

编号钢筋类型试件数量公称直径(mm)实测直径(mm)A热轧光面HPB2359×4=366、8、10、126.27、7.92、9.62、11.73B热轧带肋HRB3359×4=3614、20、25、2813.67、19.61、24.50、27.63C热轧带肋HRB4009×9=816、8、10各三组5.95、7.84、9.84D冷轧带肋LL5509×1=955.0E冷轧扭LZN5809×3=278、10、127.32、9.59、11.34F螺旋肋钢丝1570级9×8=723、4、4.8、5、6、7、7、82.8、4.7、4.92、5.03、6.1、6.94、6.95、8.99G钢绞线1860级9×2=188.6、12.78.74、13.35表1钢筋试件总表二、试验方案量测及分析：在170d、213d、340d时分别取出部分试件进行量测。工程调查：对已发生耐久性问题的实际混凝土结构中的锈蚀钢筋进行研究。

三、钢筋截面积的锈蚀损失锈蚀速度：

锈蚀钢筋的截面损失率数值ψA(%)(表2)

锈蚀钢筋面积减小(图1)钢筋类型的影响：热轧钢筋最耐锈蚀，而冷加工钢筋及经过热处理的预应力钢丝、钢绞线锈蚀速度较快。钢筋直径的影响随着直径减小，锈蚀速度相对加快。编号钢筋类型170d213d340dAHPB235-0.38-0.84-0.87BHRB335-0.30-0.54-0.50CHRB400-0.51-0.97-1.27DLL550-1.81-2.37-2.75ELZN580-0.42-1.43-2.28F螺旋肋钢丝1570级-1.19-2.67-3.32G钢绞线1860-0.27-1.62-2.19表2锈蚀钢筋的截面损失率ψA(%)

图1锈蚀钢筋面积减小及强度降低四、锈蚀前后的钢筋本构关系热轧钢筋：对HRB400及HRB335影响不大，对HPB235影响较大。冷加工钢筋：与无锈蚀状态基本一致，本构曲线略有波动。高强预应力钢丝、钢绞线：影响不大，曲线形状基本不变。五、锈蚀对钢筋强度的影响

锈蚀前后钢筋强度的变化(表3)

锈蚀钢筋强度降低(图1)锈蚀后屈服强度和抗拉强度的降低有差别。锈蚀后强度降低的速度不均衡。与截面积损失的程度比较，强度降低速度相对较大。热轧钢筋强度降低数值相对不大，冷加工钢筋及高强预应力钢丝、钢绞线强度降低较大。

编号钢筋类型屈服强度(f

yR/fy0)抗拉强度(f

bR/fb0)170d213d340d170d213d340dAHPB2351.0351.0180.9531.0090.9970.973BHRB3351.0090.9991.0010.9941.0101.004CHRB4000.9940.9860.9780.9960.9960.969DLL5500.8520.9700.9560.8601.0100.940ELZN580———0.9800.9520.957F螺旋肋钢丝1570级0.9660.9410.9090.9960.9730.915G钢绞线1860级———0.9570.9760.970表3锈蚀前后钢筋强度的变化六、锈蚀对钢筋延性的影响

锈蚀前后钢筋均匀伸长率相对变化(表4)

锈蚀后不同钢筋的均匀伸长率降低(图2)锈蚀对钢筋延性的影响要比强度明显得多。热轧钢筋及预应力钢丝、钢绞线延性损失的速度比较均衡，而冷加工钢筋随时间延性呈加速退化趋势。热轧钢筋的延性损失较小，高强预应力钢丝、钢绞线次之，而冷加工钢筋最大。延性的损失实际更为严重(尤其是冷加工钢筋)，应引起广泛注意

。

图2锈蚀后均匀伸长率的降低编号钢筋类型170d213d340dAHPB2350.7390.6760.755BHRB3350.9761.0480.884CHRB4000.9880.9270.786DLL5500.7040.7320.449ELZN5800.8660.9860.364F螺旋肋钢丝1570级0.8500.5470.700G钢绞线1860级0.9680.8730.885表4锈蚀前后钢筋均匀伸长率相对变化(δgtR/δgt0)七、工程结构中锈蚀钢筋的试验分析试件取样及试验方案从始建于上世纪六十年代某火电厂混凝土结构中取出19根直径d=14mm的HPB235级钢筋，研究方案同前。截面的平均损失率ψA与承载面积减小率φA

统计各试件，在ψA>10%的严重锈蚀的条件下，两者有以下近似的线性关系：

φA＝0.784ψA+0.225(γ=0.843)φA数值较小是由于锈蚀的不均匀性引起的。

七、工程结构中锈蚀钢筋的试验分析锈蚀对钢筋本构曲线的影响呈现出无预兆的脆性破坏特征。锈蚀对强度的影响

锈蚀对延性的影响

锈蚀对钢筋延性的影响更甚于强度

八、结论腐蚀环境中钢筋锈蚀对力学性能影响的主要原因为：材性的改变、承载截面的削弱、锈坑引起的应力集中。最早起作用的是腐蚀性介质引起的钢筋材性退化，锈蚀发展以后才逐渐叠加上截面削弱以及应力集中的影响。

冷加工钢筋及高强预应力钢丝对腐蚀环境的反应比较敏感,热轧钢筋比较耐锈蚀。锈蚀后钢筋强度降低的速度超过截面减小的速度，抗拉强度降低的速度超过屈服强度降低的速度。

八、结论由于锈蚀的不均匀性，钢筋承载截面的减小远超过由称重所测得的平均截面损失。

锈蚀对钢