滨海环境腐蚀钢筋混凝土粘结性能退化规律与变异性的研究

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滨海环境下,氯离子通过传输侵入钢筋混凝土结构并集中在钢筋表面,导致钢筋锈蚀,从而引发结构耐久性问题。钢筋锈蚀会导致严重的结果:混凝土保护层开裂、剥落,箍筋约束减弱和钢筋与混凝土间粘结性能的退化。钢筋与混凝土间的粘结性能是使两种材料结合在一起的关键。研究钢筋腐蚀后粘结性能的退化是十分必要的。已有大量文献对此方面做了研究,但对腐蚀后钢筋与混凝土间粘结性能的变化仍未完全了解。本文以混凝土强度和箍筋为研究对象,总共制作了180个钢筋混凝土立方体试件。混凝土强度分别为C20,C40和C50,箍筋目标锈蚀率分别为0%、5%、10%、15%和20%,每个工况12个试件。本文从两个方面进行研究,一方面对箍筋通过实验室通电加速腐蚀,钢筋混凝土试件进行干湿循环(5天通电2天干燥),在恒温恒湿环境中对钢筋混凝土试件的初始状态和各循环状态,利用电位自动记录仪采集不同锈蚀率试件在各时期钢筋的腐蚀电位,并使用PARSTAT4000电化学工作站测量不同锈蚀率试件在各时期钢筋的线性极化电阻。通过对所有试件进行劈裂,取出箍筋计算箍筋的实际锈蚀率,研究了腐蚀电位和极化电阻(腐蚀电流密度)与箍筋实际锈蚀率的定量关系。研究结果显示:在同一时期检测的同一批试件钢筋稳定后的腐蚀电位和线性极化电阻值变化不大;腐蚀电位随着通电循环次数的增加,各试件中同一编号钢筋的腐蚀电位都出现了明显的先骤降,后趋近于缓慢减小的状态;钢筋的腐蚀电流密度随着箍筋锈蚀率的不同呈现了先迅速增加后缓慢增加的趋势;通过对所有数据点进行回归分析,得到了腐蚀电位和腐蚀电流密度与箍筋实际锈蚀率之间的非线性相关关系。另一方面对腐蚀箍筋约束混凝土偏心试件的粘结-滑移试验进行研究,研究了不同混凝土强度的立方体偏心试件,以及不同箍筋腐蚀率对混凝土保护层开裂的影响;并通过静态拉拔试验,研究在不同混凝土强度和不同浇筑位置下,不同箍筋腐蚀率对主筋与混凝土之间粘结-滑移性能的影响,最后采用压汞法对试验结果进行了验证。结果表明:对于三种不同强度的混凝土试件,不论是裂缝宽度还是裂缝长度,随着箍筋实际锈蚀率的增大,都呈现线性增大的趋势;在同一目标锈蚀率下,随着混凝土强度的增大,裂缝最大宽度、平均宽度和总长度都是不断增大。在混凝土强度为C20和C40的试件上端浇筑孔隙率较大,其峰值粘结应力、初始刚度、残余粘结应力、机械咬合力和耗能水平都随着箍筋实际锈蚀率的增大呈现先增大后逐渐减小的趋势;而在混凝土强度为C20和C40的试件下端以及混凝土强度为C50试件的上下端孔隙率相对较小,因此峰值粘结应力、初始刚度、残余粘结应力、机械咬合力和耗能水平,都随着箍筋实际锈蚀率的增大呈现逐渐减小的趋势。
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