第３６卷第１０期 ２ ０ １ ０年４月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣｎ『ＲＥ Ｖｌ０１．３６Ｎｏ．１０ Ａｐｒ．２０１０ ・５１・ 文章编号：１００９．６８２５｛２０１０）１０—００５１—０２ 钢筋及预应力筋锈蚀速率试验研究＊ 向阳开 曾建民 马艳兵 摘要：采用通电快速锈蚀模拟方法，对普通钢筋及预应力钢绞线进行快速锈蚀试验，试验结果表明，普通钢筋锈蚀速率 随着保护层厚度的增加而减小，预应力钢绞线的锈蚀速率随着内应力的增大而增大；通过数据拟合，得到了预应力钢绞 线锈蚀率的计算公式。 关键词：快速锈蚀试验，普通钢筋，预应力筋，锈蚀速率 中图分类号：ＴＵ３１７ 文献标识码：Ａ １研究现状 钢筋和预应力筋的锈蚀是导致桥梁结构耐久性降低的主要 加早强剂和ＮａＣｌ。具体尺寸及装置设置如图１所示。 试件在通电前预先在浓度５％的ＮａＣｌ溶液中浸泡３ ｄ后通 原因之一。国内外学者对钢筋锈蚀问题的研究成果比较丰富＿１， 。 电加速锈蚀。电流由一个可调式电源进行控制。电流强度稳定 ｍＡ，在通电过程中观察电流强度变化，调节电流强度，使其 但是，其理论分析中诸多参数很难确定，缺乏一致性，使得实用性 为５０ 较差。 保持恒定。根据每根钢筋通电的具体情况得出每根钢筋的电流 换算成电流密度，电流密度不宜大于３ ｍＡ／ａｎ２。根据通电 与普通混凝土结构相比，国内外对预应力混凝土结构耐久性 强度，时间长短，试验分四组，通电时间分别为０ ｈ，８５ ｈ，１７０ ｈ，１５５ ｈ； 的研究相对较少。传统认为预应力结构因裂缝的自我闭合而不 保护层厚度分别为０ｉｎｎ２，１５ＩＴｇｎ，２５ＩＴｆｆｎ，３５ｍｍ，如 易产生预应力筋的锈蚀，但随着预应力混凝土结构服役年限的增 每组４个试件，加，因预应力钢筋锈蚀引起的破坏为数并不少。据我国１９９４年 表１所示。４组试验同时开始进行，根据时间逐次停止４组试验。 铁路部门的统计，正在运营的有病害桥梁共６ １３７座，占所有桥梁 ２．２预应力钢绞线锈蚀试验 钢绞线选用１×７ １５．２ ｌｎｌｎ钢绞线，其抗拉强度标准值． ： 总数的１８％，其中预应力混凝土桥梁２ ６７５座［引。另外，斜拉桥 ８６０ ＵＰａ。张拉台座为特制钢箱（弯矩、剪力承载力分别为 和悬索桥，其拉索防护体系还不完善，使得拉索钢丝在斜拉桥经 １５５２ ｋＮ・ｍ，９９７ ｋＮ，有效张拉长度为７．５ ｍ）。张拉锚固端设穿心 过多年运营后产生严重的腐蚀＿４］。 要正确地对钢筋和预应力筋结构的耐久性进行合理评估，有 式传感器。装置设置如图２所示。必要进一步开展钢筋及预应力筋的锈蚀规律的研究。 ＋可调式稳压 ２快速锈蚀试验 ２．１普通钢筋锈蚀试验 图２ 预应力钢筋试验装置示意图 Ｈ 试验共分６组，通电锈蚀前有效应力分别为１ ３２４ ＭＰａ， １ ２６４ ＭＰａ，１ １９４ ＭＰａ，１ １４４ ＭＰａ，１ ０５７ ＭＰａ，９７８ ＭＰａ。对应约 —Ｉ—Ｉ剖面图 图１ 普通钢筋快速锈蚀试验示意图（单位：Ｉ啪） 为０．７１厶，０．６８ ，０．６４ ，０．６２ ，０．５ ，０．５３ ，如表２所 钢筋选用ＨＢＲ３３５ Ｂ１２，混凝土等级采用Ｃ５０，用４２５号普通 示。在钢绞线中段３０ ｃｌｎ长度位置安装试液槽。张拉完成后，定 硅酸盐水泥配制，粗骨料最大粒径为１０ ｒｎｌＴｌ，混凝土配合比为水 时观测传感器读数，到达试验设计时间后，结束通电。进行钢绞 泥：砂：石：水：１：１．５：２．１３：０．３６，并按水泥质量的２％，３％分别掺 线放张，截取各组钢绞线锈蚀段称重记录。 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｍａｓｏｎｒｙ．ｉｎｆｉｌｌｅｄ ＲＣ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＰＵ Ｘｉｕ－ｊｕａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｆ￣ｌｕｒｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ｍａｓｏｎｒｙ－ｉｎｆｉｌｌｅｄ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｆｏｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｍｌｕｒｅｓ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅｉｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｎａｌｙａｚｅｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｍａｓｏｎｒｙ－ｉｒｆｆｉｌｌｅｄ ｗａｌｌ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｌｉｒｅ ｃｙｃｌｅ ａｎｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｒｅａｕｎｄ ｃａｒｒｉｓ ｅｏｕｔａｎ ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｏｎ ｂｙ ｓｂｕｉｌｄｉｎｇ ａ ｓｉｇｌｎｅ－ｓｔｏｒｙａｎｄ ｓｉｇｌｎｅ－ｓｐａｎｍｏｄｅ ｕｓｉｎｇＡＮＳＹＳ，ａｎｄｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ｂｒｉｇｓ ｎｕｐ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎｉｇ ｎｍａｓｏｎｒｙ－ｉｎｆｉｌｌｅｄ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｓｏｎｒｙ－ｉｎｆｉｌｌｅｄ ｗａｌｌ，ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｅｉｓｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ． 收稿日期：２０１０—０１．０１ ＊：郑州市西绕城公路建设项目资助 作者简介：向阳开（１９６４一），男，博士，副教授，重庆交通大学土木建筑学院，重庆马艳兵（１９８２．），男，重庆交通大学土木建筑学院硕士研究生，重庆４０００７４ ４５０００１ ４０００７４ 曾建民（１９６４一），男，教授级高级工程师，郑州市西绕城公路建设发展有限公司，河南郑州・５２・ ． ，）． ２第３ ０ １６卷差 ０ 年４月 山 西 建 筑试验通电结束后，截取各束预应力筋锈蚀段长度３０ ｅｒｎ，除去 ３试验结果及分析 ３．１普通钢筋快速锈蚀试验 各试件钢筋锈蚀后数据如表１所示。 表１ 快速锈蚀试验试件钢筋锈蚀特征值 分组 Ｉ 铁锈后，称取各钢绞线质量（见表２）。 表２钢绞线锈蚀情况 指标 ｒ／，／％ 有效应力／ＭＰａ 长度／ｃｒｎ 锈前质量 一号 １ ３２４ ２９ ９４ 二号 １ ２６４ ２９．９５ 三号 １ １９４ ２９．８ｌ 四号 １ １４４ ２９．９ｌ 五号 １ ０５７ ２９ ８７ 六号 ９７８ ２９．９０ 试件 Ａ１ ｔ／ｈ Ｏ Ｃ／ｍｍ ３５ ＡＷ／ｇ ｒ／／％ Ｂ１ Ｃ１ Ｄ１ Ａ２ ２５ ｌ５ Ｏ ３５ ４．１５ ４．６７ ４．５５ ３３２．３３ ３３２．４５ ３３０ ８９ ３３２ ００ ３３１．５６ ３３１．８９ 除锈后质量／套 ３０９．０Ｏ ３１２ ７４ ３１２．２０ ３１３ ５０ ３１３．４０ ３１１．３０ 截面锈蚀率／％ ６．ｏ０ ５ ７６ ５．５０ ５ ４２ ５．３３ ５ ３Ｏ 其初始预应力大小与锈蚀率关系如图４所示。 孚 Ⅱ Ｂ２ Ｃ２ Ｉ）２ Ａ３ ８５ ２５ １５ ０ ３５ ４．２Ｏ ４．３８ ４．４５ ８．５６ ４ ７２ ４．９３ ５．Ｏ１ ９．６４ ４ ６０ ４．８Ｏ ４．８７ ９．３７ Ⅲ Ｂ３ Ｃ３ Ｄ３ Ａ４ １７０ ２５ １５ ０ ３５ ８．７３ ８．６５ ８．９ｏ １３．１１ ９．７４ ９．８３ ｌＯ．０２ １４．７６ ９．５５ ９．４６ ９．５８ １４．Ｏ９ 斟 锺 蟮 恒 Ⅳ Ｂ４ Ｃ４ Ｄ４ ２５５ ２５ １５ ０ １２．９６ ｌ３．２３ １３．３４ １４．５９ １４．９０ １５．Ｏ３ １３．９３ １４．２２ １４．３４ 有效应力／ＭＰ￣Ｉ 图４ 钢绞线初始预应力大小与锈蚀率关系图 从图３和图４可以看出，随着锈蚀的进行，钢绞线预应力逐 通过表１可以看出，普通钢筋锈蚀速率与保护层厚度有密切 渐降低，说明锈蚀导致预应力松弛；但对于不同的初始预应力的 联系，锈蚀速率随保护层厚度增加而减小。另外，当锈胀达到一 钢绞线，其锈蚀率都是随着初始预应力的增加而增加的。 定程度后，保护层开裂脱落，钢筋失去保护裸露于空气或水中，锈 蚀速率将会加快。 表１中，Ｃ为钢筋保护层厚度；ｔ为钢筋快速锈蚀时间；钢筋 实际锈蚀长度ｌａ＝１００ Ｆｉｌｍ，试验通电电流强度为ｉ＝５０ ｍＡ。 通过对试验数据的分析，可以看出试验锈蚀率变化曲线与二 次函数较为吻合，且随应力增大，变化趋势呈放大发展。可得钢 绞线面积锈蚀率 （ｔ）与初始应力． 之间的回归关系式： （ｔ）＝（０．１５３ ７—０．０００ ２ ＋９．０×１０一 ）ｔ。 ３．２预应力筋快速锈蚀试验 在预应力筋快速锈蚀试验过程中记录端部压力传感器数据， 其随时间的变化情况如图３所示。 其中，ｔ为试验锈蚀时间，ｈ。 以往对预应力筋锈蚀研究不足，基本不考虑预应力钢绞线发 生锈蚀，但事实并非如此。上式考虑钢绞线初始应力因素影响锈 蚀速率，可对既有桥梁预应力筋锈蚀情况进行直接的分析预测。 ４结语 通过理论研究及实验数据分析可以得出以下结论：１）普通钢 筋锈蚀速率与保护层厚度有密切联系，锈蚀速率随钢筋保护层厚 度增加而减小；２）随着锈蚀的进行，钢绞线预应力逐渐降低，说明 锈蚀导致预应力松弛；但对于不同的初始预应力的钢绞线，其锈 蚀率都是随着初始预应力的增加而增加的；３）通过对试验数据的 分析，可以看出预应力筋的锈蚀率变化曲线与时间和初始应力呈 倒 二次函数曲线。 参考文献： ［１］ 吴瑾．钢筋混凝土结构锈蚀损伤［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５． ［２］牛获涛．钢筋混凝土结构耐久性与寿命预测［Ｍ］．北京：科 学出版社，２００３． ［３］张德峰，母志涛．现代预应力混凝土结构耐久性的研究现状 及其特点［Ｊ］．３－＝ｌｋ建筑，２０００，３０（１１）：１１－１２． ［４］冯俊杰，汪浩．斜拉桥拉索病害检测及退化程度评估［Ｊ］． 中外建筑，２ＯＯ７（２）：３７． 时间／ｈ ［５］蒋德稳，李果，袁迎曙．混凝土内钢筋腐蚀速度多因素影 图３ 不同预应力下的传感器读数 响的试验研究［Ｊ］．混凝土，２ＯＯ８（７）：２１—２３． Ｔｈｅ ｓｔｕｄＹ ｏｆ ｒｅｂａｒ ａｎｄ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｓｔｒａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｌｔｔｅ ｂａｓｅｄ ０ｎ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｔｅｓｔ Ⅻ Ｇ Ｙｍｔｇ－ｋｍ ＮＧ Ｊｉａｎ－ｍ ＭＡ ＹａＩｌ－ｂｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｂａｒ ａｎｄ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｓｔｒａｎｄ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｃｏｒｒ￣￣ｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ．ｒｅｂａｒ ｃｏｒｒｌ￣ｉｏｎ ｒａｔｅ ｒｅｄＨｃｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｖｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ．ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｓｔｒａｎｄ ｅｏｒｒ（￣ｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｎｃｒＰ．ａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎ— ｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ．Ａｔｔｈｅｍｅａｎｗｈｉｌｅ．ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅ ｐｅｒｓｔｒｅｓｓｅｄ ｓｔｒａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅｉｓ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｂｙ ｄａｔａ出ａｆｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，ｒｅｂａｒ，ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｓｔｒａｎｄ，ｅｏｒｒ（￣ｉｏｒｌ ｒａｔｅ
