關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的問(wèn)題淺析

王玉德 肖時(shí)景

摘要 影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，其中鋼筋銹蝕是最重要因素之一。本文主要講述了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕機(jī)理及銹蝕鋼筋力學(xué)性能退化。

關(guān)鍵詞 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性 鋼筋銹蝕

The Problem analysis on corrosion of steel in reinforced concrete structures

Xiao Shi Jing Wang Yu De

(School of Civil Engineering, Hebei UniversityHebeiHandan 056038)

AbstractThere are many factors on influence of Reinforced concrete structure durability, and the corrosion of reinforcement is one of the most important factors. This article mainly describes the corrosion mechanism of mechanical properties of corroded reinforced and measures to how to prevent corrosion of reinforcement.

KeywordsReinforced concrete structure durability rust corrosion

1概述

耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)基本功能。耐久性的好壞直接影響到結(jié)構(gòu)的使用壽命，提高結(jié)構(gòu)的耐久性可以為國(guó)家節(jié)約了大量的物力、財(cái)力。鋼筋銹蝕是影響結(jié)構(gòu)耐久性的一個(gè)首要的因素，由于鋼筋銹蝕導(dǎo)致大量的混凝土結(jié)構(gòu)維修或拆除，給國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，能否有效的地防止鋼筋銹蝕是決定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵，對(duì)鋼筋混凝土工程耐久性的研究具有重要的意義。

2結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕

2.1 鋼筋銹蝕發(fā)生的條件

混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕發(fā)生必須具備以下條件：

(1) 鋼筋表面鈍化膜遭到破壞，處于活化狀態(tài)；

(2) 鋼筋表面有電化學(xué)反應(yīng)和離子擴(kuò)散所需要的水和氧氣；

(3) 以上兩條件滿(mǎn)足，內(nèi)部存在電位差，形成腐蝕電池。

2.2 腐蝕過(guò)程

當(dāng)鋼筋表面的鈍化膜破壞后，在水和氧氣的環(huán)境下，鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕，其腐蝕過(guò)程如下：

(1) 陽(yáng) 極 反 應(yīng)：

(2-1)

(2) 電子傳輸過(guò)程：釋放的電子向陰極區(qū)移動(dòng)；

(3) 陰極反應(yīng)過(guò)程：

陰極溶液區(qū) 吸收電子,反應(yīng)式：(2-2)

(4) 腐蝕反應(yīng)生成過(guò)程：

(2-3)(2-4)

(2-5) (2-6)

從上得出鋼筋銹蝕電化學(xué)原理圖1:

3鋼筋銹蝕后的力學(xué)性能退化

3.1 銹蝕鋼筋力學(xué)性能退化的因素

從宏觀上講，銹蝕鋼筋的強(qiáng)度和延性降低，主要有三種因素：

⑴ 物理因素：不均勻腐蝕導(dǎo)致應(yīng)力集中；

⑵ 幾何因素：銹蝕鋼筋的平均截面減少；

⑶ 材料因素：由于內(nèi)部應(yīng)力作用，腐蝕將改變鋼筋內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步導(dǎo)致鋼筋性能發(fā)生變化。

3.2 銹蝕鋼筋力學(xué)性能退化模型

以下簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)學(xué)者得到幾種關(guān)系模型：

⑴牛荻濤等人通過(guò)分析得出了銹蝕屈服拉力 與極限拉力 的計(jì)算式：

(3-7)(3-8)

式中， ， ─分別為未繡鋼筋的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度；

─未繡鋼筋截面面積；

─鋼筋銹蝕截面損失率。

（ 時(shí)，按式3-1計(jì)算銹蝕鋼筋的屈服拉力； >15時(shí)，按無(wú)屈服點(diǎn)的熱軋鋼筋處理）。

⑵ 惠云玲等通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)提出了銹蝕程度與屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系模型：

（3-9） （3-10）

式中， ， ─分別為銹蝕后實(shí)際面積算的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度；

， ─銹蝕前的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度；

─截面損失率。

⑶在以下假定：①在不考慮強(qiáng)化段，鋼筋銹蝕的應(yīng)力、應(yīng)變曲線服從雙折式； ②銹蝕前和銹蝕后的鋼筋彈性模量相等；③銹蝕鋼筋的延伸率與極限應(yīng)變的規(guī)律相同。袁迎曙等認(rèn)為銹蝕鋼筋的名義應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系式可以有以下參數(shù)確定：

(3-11）

當(dāng) 時(shí)

（3-12）

當(dāng) 時(shí)，

（3-13）

式中， ─銹蝕 鋼筋名義屈服時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值；

， ， ─分別為銹蝕鋼筋名義屈服強(qiáng)度、延伸率、極限應(yīng)變；

， ， ─分別為未銹蝕鋼筋屈服強(qiáng)度、延伸率、極限應(yīng)變；

，─分別為鋼筋彈性模量和鋼筋平均銹蝕率。

以上在一定程度反應(yīng)了銹蝕率與屈服強(qiáng)度、延伸率退化關(guān)系。鋼筋銹蝕不僅導(dǎo)致其本身的力學(xué)性能退化，而且還降低了與混凝土間的粘結(jié)力，進(jìn)一步導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)承載力下降，最終使建筑物破壞，為國(guó)家造成大量的人力、物力損失。

4總結(jié)

鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜、重要的問(wèn)題。鋼筋銹蝕不僅影響到鋼筋本身的力學(xué)性能變化，而且還影響到混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的好壞和壽命的長(zhǎng)短。如果能有效地減少鋼筋銹蝕程度，不僅可以提高結(jié)構(gòu)的使用壽命，而且還為國(guó)家節(jié)約大量的財(cái)力和資源等。因此，對(duì)鋼筋銹蝕的研究是一個(gè)迫在眉睫的任務(wù)。

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。