锈蚀钢筋性能试验研究分析_惠云玲

在试验结果的总结分析中 ,本文引用了 中国建筑科学研究院 [ 4] 以及西安建筑科技
* 建设部、冶金部科研项目 89086。 北京建工学院的苏丹、周竟同志参加了本项研究的部分试 验工作。
收稿日期: 1996- 12- 21
10 Indust rial Constr uction 1997, V ol. 27, N o. 6 工业建筑 1997年第 27卷第 6期
率用 ρs 表示。 损失率交界处取两 边的平均
值。
重量损失率 ρ=
原始重量- 蚀后重量 原始重量
× 100%
表 5 面积损失率与重量损失率之间的关系
重量损失率
小于 10% 10% ～ 20% 20% ～ 30% 30% ～ 40%
Hs=
剩余最小面积 平均称重面积
(统计值
)
n= 28 n= 20 n= 9 n= 6
混凝土结构由于各种原因出现钢筋锈蚀 情况 ,引起构件承载能力下降。要评估构件的 承载能力下降程度 ,准确地掌握钢筋锈蚀后 引起的结构变开规律 ,就要求充分认识钢筋 锈蚀后其各种物理力学性能的变化规律 ,以 利于鉴这判断。
1 试验情况 为了对钢筋锈蚀后的性能有一个充分的
认识 , 1983年我院曾进行了一批弱腐蚀钢筋 的试验 [ 3] ,直径从 Υ8至 Υ25,共 96根 ,锈蚀 钢筋的截面损失率从 0. 5% 至 10% 。 1990年 至 1992年我们又相继进行了三批锈蚀钢筋
①对于表面仅有浮锈的钢筋 ,当其截面 损失率小于 1% 时 ,钢筋的应力 - 应变曲线 以 及钢 筋的抗 拉强 度、 屈服 强度 与母 材相同 。 这种钢筋对结构性能没有影响。
为了了解锈蚀钢筋冷弯性能 ,我们对不 同锈蚀量的 21根钢筋进行了冷弯试验 [2 ] ,试 验结果列于表 2。
由表 2可以看出 ,锈蚀后 ,Ⅰ 级钢筋的冷 弯性能 高于Ⅱ 级钢筋 , 当Ⅰ 级钢筋 (直 径≤ 14mm )均匀锈蚀且重量损失率小于 20% 时 , 一般不会产生冷弯破坏 ;当Ⅱ 级钢筋 (直径≤ 18mm )坑蚀深度大于 1m m 时 ,冷弯时容易在 坑蚀处局部开裂。
随着钢筋锈蚀损失率的增大 ,屈服强度 和抗拉强度的降低增大 ,这主要是由于钢筋 截面外边缘微抗蚀引起的应力集中造成的。
在大气环境中曝露 16个月的钢筋 (面积 损失率小于 1. 05% ) [ 7 ] ,试验表明 ,其屈服强 度和抗拉强度没有变化 ,有些甚至有轻微的 增加。 2. 1. 4 锈蚀钢筋的冷弯性能试验结果
氧化锈蚀 最大深度
铁素体、 珠光体
铁素体、珠光
组织 ,有些铁素
体组织 ,边缘 同左 体呈魏氏组织 同左
略有脱碳
分布边缘略有
脱碳
约 0. 1mm 约 1. 9mm 约 0. 3m m 约 2. 0m m
12
工业建筑 1997年第 27卷第 6期
时 ,根据平均锈蚀裂缝宽度来评定某处钢筋
的平均重量损失率是比较现实的 [5 ] ,而在计
算锈蚀钢筋的力学性能时 ,用截面损失率来
考虑更合理 ,那么在截面损失与重量损失之
间有什么规律 ,我们从实际结构和构件中取
出的 63根锈蚀钢筋 ,其最小剩余面积与平均
称重面积之比进行了统计分析 ,其结果列于
表 5。 表 5中剩余面积与平均称重面积之比
用 Y s 表示 ,重量损失率用 ρ表示 ,截面损失
的试验分析 [ 1] ,试件是在使用二十多年的实 际结构中取出的试样 ,共有 66根试件 ,从轻 微锈蚀到严重锈蚀的均有 , 锈蚀严重部位局 部面积损失从 0. 66% 至 75. 6% 。 1994年和 1995年又进行了 75根不同直径钢筋锈蚀前 后力学性能的对比试验 [2 ]。 并对钢筋锈蚀前 后的金相组织进行了照相分析。
Buil di ng Diagnosis & Rehabi lit ation 100088)
Abstract: V a rying r egular of the mechanical pr oper ties o f the co r roded r eba rs a nd the statistica l r elations of th e sec tio nal damag es a re discussed thr ough a larg e amo unt of experimental studies and me ta llog ra phic ex aminations; the me tho ds fo r calculating the elonga tio n, yield str eng th and tensile stre ng th o f the co rr ode drebars, as w ell a s their r eco mmended v alues hav e been put fo rwa rd. Keywords: rebar co r ro sion pro pe rty metallog r aphy
锈蚀钢筋性能试验研究分析*
惠云玲 林志伸 李 荣
(国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心 100088)
摘 要: 通过大量的试验研究和金相组织分析 ,讨论了钢筋锈蚀后各项力学性能的变化规律与截面损 伤的统计关系 , 提出了锈蚀钢筋伸长率、屈服强度和抗拉强度的计算方法以及建议取值。
关键词: 钢筋 锈蚀 性能 金相
大学 [6 ]的部分试验数据。
2 钢筋锈蚀后各项性能变化规律 2. 1 锈蚀钢筋力学性能变化规律
2. 1. 1 锈蚀钢筋的应力 - 应变曲线特征
一般 ,在正常的工艺制度和化学成分范 围内生产出的热轧钢筋都有明显的屈服点和
一定长度的屈服台阶 ,并且抗拉强度与屈服
强度之比一般在 1. 25～ 1. 5倍以上。 然而当
x= 0. 987 x= 0. 939 x= 0. 871 x= 0. 801
σ= 0. 03 1 σ= 0. 05 3 σ= 0. 13 6 σ= 0. 13 6
重量员失率 ρ 与截面损失 率 ρs 关系 ρs= 0. 013+ 0. 987ρ ρs= 0. 061+ 0. 939ρ ρs= 0. 129+ 0. 871ρ ρs= 0. 199+ 0. 801ρ
0.
9 861-
1ρ.s 103ρs fbo
( 3)
式 ( 2)相关系数为 γ= 0. 88,计算值与实
测值的统计 关系为: n= 191, x = 1. 001, e=
0. 104; 式 ( 3)相关系数为 V= 0. 85,计算值与
实测值的统计关系为: n= 210, x = 1. 001,e= 0. 113。
EXPERIMENTAL STUDY AND ANALYSIS ON THE PROPERTY OF CORRODED REBAR
Hui Y unling Li n Zhish en Li Rong ( N ati onal Engi neering Tech ni que Res earch Cent er of Indus t rial
混凝土结构中钢 筋锈蚀程度评估和预测试验研究— — 惠云玲等
11
表 2 锈蚀钢筋的 冷弯试验结果
序号 1
构件号 h21- 1
钢筋直径 重量损失率 弯心直径
mm
%
mm
ф1 6
2. 98
60
弯后情况 正常
2 h21- 2
ф1 6
2. 80
60
正常
3 p22- 1
ф1 4
3. 26
40
正常
4 p21- 3
钢筋严重锈蚀后 ,应力 - 应变曲线发生很大 变化 ,没有明显的屈服点 ,屈服强度与抗拉强
度非常接近 ,容易引起结构的突然破坏。通过
对 95根已经锈蚀的热轧钢筋 (损失率 0. 5% ～ 75. 6% )的试验曲线分析可以得到 ,当截面
损失在 10% 以内时 ,热轧钢筋还具有明显的 屈服点。 文献 [1 ]中曾示出了几种不同锈蚀程
钢筋锈蚀后 ,其伸长率降低程度远远大
于截面面积的损失率。 当截面损失率大于
5% 时 ,具有局部坑蚀的钢筋 ,蚀后伸长率与 原始伸长率的关系可由式 ( 1)表示。
δ5=
(
0.
85-
ρs )
δ 2 5原始
( 1)
式中 δ5—— 锈蚀钢筋的伸长率 ;
δ5原始 —— 正常钢筋的伸长率 ;
ρs—— 截面损失率。
可以看出 ,随着锈蚀量的增大 ,锈蚀的不 均匀性、离散性更大 ,重量损失与截面损失的 差异越大。 可简单地根据表 5的关系按文献 [ 5]的试验结查来计算某一锈蚀裂缝宽度下 的钢筋的截面损失率。
3 结 论 ( 1)根据对试验结果的分析 ,建议钢筋的
各项力学性能指标随着钢筋的锈蚀的不同 , 可按如下情况进行考虑。
ф1 4
2. 96
40
正常
5 p21- 1
ф1 4
5. 37
40
坑蚀处局 部横裂
6 eh21- 2 ф14
9. 06
20
正常
7
e21- 1
ф1 4
8. 51
20
正常
8 f21- 4
ф1 4
12. 74
20
正常
9 a 31- 1
ф8
20. 31
10
正常
10 a 31- 2
ф8
10. 28
10
正常
11 B31- j
规 格 Υ14(Ⅰ )级钢 Υ18(Ⅱ )级钢
金 相 组 织
正常钢筋 表面锈蚀钢筋
正常钢筋 表面锈蚀钢筋
铁素体和珠光体组织
铁素体和珠光体组织 ,有 些铁素体呈魏氏组织分布