冻融与初始裂缝对钢筋混凝土黏结强度的影响.pdf

2 0 1 4 年 第 7 期 (总 第 2 9 7 期 ) N u m b e r 7i n2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 7 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HE0RETI CAL RES EARCH 冻融与初始裂缝对钢筋混凝土黏结强度的影响 袭杰 ，刁波 1 l2 ，沈孛 ，叶英华 ( 1 北京航空航天大学 ，北京 1 0 0 1 9 1 ；2 华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室 ，广东 广州 5 1 0 6 4 0 ) 摘要： 海水寒冷地区的钢筋混凝土结构受到冻融循环与氯离子侵蚀的耦合作用， 且混凝土结构通常是带裂缝工作。 侵蚀与冻融 循环容易造成钢筋与带有初 始裂缝 的混凝土之间的黏结性能退化 。 通过试 验室模 拟环境 ， 对 3 6个钢筋混凝土拔 出试 件经 历 3 0 0 次冻融循环交替 1 0 0 次海水浸泡后 ， 研究不 同宽度初始横 向裂缝和不同钢筋直径对钢筋与混凝土之间黏结性能的影响。 结果表明， 钢筋与混凝土的黏结强度随着初始裂缝宽度的增大而降低， 且随着钢筋直径的增大而降低； 随着钢筋直径加大 ， 初始裂缝 宽度对试件黏结强度的影响削弱。 与无初始裂缝试件的黏结强度相 比， 初始裂缝宽度为 0 1 9 m i l l 时， 钢筋直径为 1 0 、 1 4 、 1 8 r l l r n 试件 的黏结强度分别降低 3 4 1 、 2 6 7 、 2 O 7 。 关键词： 钢筋混凝土；侵蚀环境；冻融循环 ；裂缝 ；黏结性能 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 1 6 0 4 E ffe c t o f f r e e z e - t h a w a n d i n i t i a l c r a c k s o n b o n d s t r e n g t h s b e t we e n r e i n f or c e me n t b a r s a n d c o n c r e t e XIJ i e ， DI AOBo1 ,2 S HEN Be i ， YE Yi n g hu a ( 1 B e i h a n g U n i v e r s i t y ， B e ij i n g 1 0 0 1 9 1 ， C h i n a ； 2 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S u b t r o p i c a l Bu i l d i n g S c i e n c e ， S o u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y， Gu a n g z h o u 5 1 0 6 41 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： R e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s i n c o l d c o a s t a l r e g i o n s a r e e x p o s e d t o c o u p l i n g e f f e c t s o f fr e e z e - t h a w c y c l e s a n d c h l o r i d e c o r r o s i o n Me a n wh i l e ， c o n c r e t e s tr u c t u r e s c r a c k s n o r ma l l y u n d e r s e r v i c e l o a d s B o n d s t r e n g t h b e t we e n r e i n f o r c e me n t b a r s a n d c o n c r e t e wi t h i n i t i a 1 c r a c k s wo ul d d e t e r i o r a t e u nd e r c o u pl e d a c t i o n s o f fre e z e tha w c yc l e s a n d c hl o r i de c o r r os i o nTh e c ol d ma r i n e e n v i r o n me n t wa s s i mu l a t e d i n 1 a b o r a t o r y TO i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t s o f c r a c k wi d t h a nd b a r d i a me t e r o n廿1 e b o n d s t r e ng t h be t we e n s t e e l ba r s and c o nc r e t e 36 pu l 1 o ut s p e c i me n s we r e t e s t e d a fte r 3 0 0 c y c l e s o f fre e z e t h a w a l t e r n a t i ve l y 1 0 0 t i me s o f s e a wa t e r i mme r s i o nTh e r e s ul t s s ho we d tha t t h e b o n d s t r e n g t h b e t we e n s t e e l b a r a n d c o n c r e t e d e c r e a s e d a s the wi d t h o f t h e i n i t i a l c r a c k o r the d i a me t e r o f t h e s t e e l b a r i n c r e a s e d W i t h i n c r e a s i n g t h e d i a me t e r o ft h e s t e e l b ars ， the e ffe c t of t he ini t i a l c r a c k s o n t h e b o n d s t r e ng t h wa s we a k e n e d Comp a r e d wi t h s p e c i me n s wi t ho ut i n i t i a 1 c r a c k s wh e n t h e wi d t h o f i n i t i a 1 c r a c k wa s 0 1 9 mm the b o n d s t r e n gth o f the s p e c i me n s wi th b ar d i a me t e r o f l O mm 1 4 mm a n d 1 8 mm de c r e a s e db v 3 4 1 ， 2 67 and20 7 ， r e s p e c t i v e l y Ke yw o r d s ： r e i n f o r c e d c o n c r e t e ； e r o s i o n e n v i r o n me n t ； fr e e z e - tha w c y c l e ； c r a c k； b o n dp r o p e r t y ( ) 引 言 在侵蚀介质 和冻融循环 的复合作用下 ， 带裂缝钢筋混 凝土结构极易发生钢筋锈蚀 ， 进而破坏钢筋与混凝土之间的 化学胶着力， 降低钢筋与混凝土接触面的摩擦力 ， 变形钢筋 横肋的锈蚀还会降低钢筋与混凝土之间的机械咬合力 ， 最 终导致钢筋混凝土黏结性能的退化 1 。 另一方面， 冻融循环 作用后 ， 钢筋混凝土在受冻界面上产生的最大静水压力超 过了钢筋与混凝土的正向胶结作用 ， 致使冻融后钢筋与混 凝土的黏结强度迅速下降闭 ， 再有冻融循环和侵蚀离子造成 混凝土强度的劣化3 1 ， 引起钢筋混凝土结构的耐久性下降。 目前 国内外着重研究 了钢筋加速锈蚀后钢 筋与混凝 土黏结性能的退化 和本构关系 。 何世钦 、 贡金鑫等7 - 8 采 用梁式黏结试件 ， 研究了在盐水或冻融环境下加速锈蚀后 的钢筋与混凝土黏结性能的退化并给出相应退化模 型。 孙 洋等9 1 试验研究了冻融循 环与复合侵蚀溶液综合作用下钢 筋与混凝土黏结强度的退化规律。 钢筋混凝土结构在正常 使用条件下是带裂缝工作的， 张君等用盐溶液浸泡带弯 曲裂缝 的混凝 土梁并钻芯取样测定裂缝处混凝土 的氯离 子含量 ， 发现氯离子更容易通过裂缝渗入混凝土中。 对于 冻融循环与海水浸泡交替作用下， 裂缝宽度对钢筋混凝土 黏结性能的影响研究尚属空白。 笔者通过试验室模拟沿海 寒冷地区的工作环境 ， 试验研究带有不同初始裂缝宽度时， 经历 3 0 0次冻融循环与 1 0 0次海水浸泡的交替作用后 ， 不 同直径钢筋与混凝 土黏结性能的退化规律 ， 为寒冷沿海地 区钢筋混凝土结构设计提供参考。 收稿 日期：2 0 1 4 0 1 1 8 基金项 目：闭家 自然科学基金项 目( 5 l 1 7 8 0 2 0 ) ； 亚热带建筑科学国家重点实验室重点项 目( 2 0 1 3 K A 0 3 ) 1 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 黏结强度随初始裂缝宽度的下降率 注 ： 下降率 = ( 无裂缝试件黏结强度一 各裂缝宽度试件黏结强 度 ) 无裂缝试件黏结强度。 括号中的数表示钢筋直径为 1 8 B i n时试件的初始裂缝宽 度为 0 0 8 1-n l n 。 3 3 钢筋直径对黏结强度 的影响 图 9给 出了试 件 的黏 结强度 与钢筋直 径 的关 系 ， 由 图9 可 以发现 ， 无初始裂缝试件 的黏结强度随着钢筋 直径 的增大而快 速下降 ， 直径 为 1 8 mm试件 的黏结 强度 比直 径为 1 0 m m试件的黏结强度低 2 6 7 ， 这与一般大气环境 下钢筋与混凝 土之 间黏结强度 的试验规律相 同， 即钢筋直 径越 大 ， 相对黏结面积越小 ， 黏结强度越低【 ； 对带初始裂 缝 的试件 ， 虽然黏结强度也随着钢筋直径增大而降低 ， 但 下 降趋势并不显著 。 初始裂缝宽度为 0 0 7 m m 时 ， 钢筋直 径为 1 0 m m试件的黏结强度比无初始裂缝试件降低 2 7 4 ， 而钢筋直径为 1 8 mm试件黏结强度降低 5 9 ， 即初始裂 缝宽度变化对试件黏结强度 的影响较弱 ， 而钢筋直径变化 对黏结强度的影响更 明显 。 钢筋 直径 ram 图 9 黏结强度与钢筋直径关系曲线 4结 论 经历 3 0 0 次冻融循环与 1 0 0 次海水浸泡交替作 用后 ， 钢筋与混凝土之 间的黏结强度受到初始横 向裂缝宽度 和 钢筋直径 的影响， 试验研究结论 如下 ： ( 1 ) 与无初始裂缝试件 的黏结强度 相 比， 初始裂缝宽 度为 0 1 9 1T l n时 ， 钢筋直径为 1 0 、 1 4 、 1 8 m m试件 的黏结强 度分别降低 3 4 1 、 2 6 7 、 2 0 7 。 上接第 1 5页 【 9 王立成 建筑材料吸水过程中毛细管系数与吸水率关系的理论 分析 水利学报， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 9 ) ： 1 0 8 5 1 0 9 0 【 1 0 AS T M E 7 4 8 0 2 ， S t a n d a r d p r a c t i c e s f o r t h e r ma l n e u t r o n r a d i o g r a p h y o f ma t e r i a l s S 2 0 0 2 1 1 L E HM A N N E ， K U H N E G ， V O N T O B E L ， e t a 1 T h e n e u t r a a n d N C R r a d i o g r a p h y s t a t i o n s a t S I N Q a s u s e r f a c i l i t i e s fo r s c i e n c e a n d i n d u s t r y C P r o c 7 t h Wo r l d C o n f e r e n c e o f Ne u t r o n R a d i o gra p h y R o me ： I t a l i a n Na t i o n a l Ag e n c y for Ne w Te c h no l o g i e s ， 2 0 0 2： 59 3 -6 0 2 1 2 貊大卫 ， 刘以思 ， 金光宇 ， 等 中子照相 M C 京 ： 原子能出版社 ， 】 9 9 6 】 2 9 -1 3 4 ( 2 ) 钢筋与混凝 土之间的黏结强度随着初始裂缝宽度 的增加而降低 ， 并 随着钢筋直径的增大而降低。 ( 3 ) 随着 钢筋 直径加 大 ， 初始 裂缝宽度对试件黏结 强 度 的影响削弱 。 参考文献： 1 】王传志， 腾智明 钢筋混凝土结构理论【 M 北京： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 8 5 2 J2 冀晓东， 宋玉普 冻融循环后光圆钢筋与混凝土粘结性能退化 机理研究【 J 建筑结构学报， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 7 0 7 4 3 】贡金鑫， 何世钦， 郭育霞 盐环境中冻融循环对钢筋与混凝土粘 结性能影响 J 1 大连理工大学学报， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 4 0 5 4 0 9 【 4 F ANG C， KO U X T h e E f f e c t o f S t e e l C o r r o s i o n o n B o n d S t r e n g t h i n C o n c r e t e S t r u c t u r e s J J o u r n a l o f S h a n g h a i J i a o t o n g Un i v e r s i t y ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 4 3 6 4 4 0 5 】N E P A L J ， C H E N H， A L A N I A M A n a l y t i c a l m o d e l l i n g of b o n d s t r e n gt h d e gra d a t i o n d u e t o r e i n f o r c e m e n t c o r r o s i o n C D u b l i n ， I r e l a n d： T r a n s Te c h Pu b l i c a t i o n s L t d， 2 01 3 【 6 】王海超， 何世钦， 贡金鑫 冻融循环后腐蚀钢筋与混凝土粘结性 能试验研究 混凝土 ， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 1 - 3 【 7 】何世钦， 贡金鑫 钢筋混凝土梁中锈蚀钢筋粘结性能的试验研 究 哈尔滨工业大学学报， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 2 1 6 7 2 1 7 0 8 】 何世钦 ， 贡金鑫 ， 金峰 ， 等 锈蚀与冻融循环 下钢筋与混凝土粘 结退化性能 J 水力发电学报 ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 6 1 6 5 9 孙洋 ， 刁波 ； 昆 合侵蚀与冻融环境下钢筋与混凝土粘结强度退 化的试验研究 建筑结构学报， 2 0 0 7 ( S 1 ) ： 2 4 2 2 4 6 【 1 O 】 张君， 居贤春， 公成旭混凝土中的裂缝对氯盐侵蚀作用的影Il f J 哈尔滨工程大学学报， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 7 2 0 7 2 4 1 1 G B T 5 0 4 7 6 - - - 2 0 0 8 ， 混凝土结构耐久性设计规范 s 】 _北京， 2 0 0 8 【 1 2 M A R S A V I N A L ， A U D E N A E R T K， D E S C H U T Y E R G， e t a 1 E x p e r i me n t a l a n d n ume ric al d e t e r mi n a t i o n o f t he c h l o ride p e n e t r a t i o n i n c r a c k e d c o n c r e t e J C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i als ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 1 ) ： 2 6 4 2 7 4 1 3 过镇海， 时旭东 钢筋混凝土原理和分析 M E 京： 清华大学出 版社， 2 0 0 3 作者简介 联系地址 联系电话 袭杰( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 主要从事混 凝土结构耐久性研究。 北京市海淀区学院路 3 7号 北京航空航天大学交通 学院东4 1 9 ( 1 0 0 1 9 1 ) 1 5 81 0 5 421 91 【 1 3 S N OE C K D， S T EU P E RA E RT S， V AN T I q TE L B OO M K， e t a 1 Vi s u a l i z a t i o n o f wa t e r pe n e t r a t i o n i n c e me nt i t i o u s me fials wi t h S U p e r a b s o r b e n t p o l y m e r s b y m e a n s o f n e u t r o n r a d i o gra p h y J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 8 ) ： 1 1 1 3 1 1 2 1 作者简介： 张( 1 9 8 1 一 ) ， 男， 博士， 副教授， 从事混凝土结构耐久 性研究。 联系地址： 青岛市抚顺路 1 1 号 青岛理工大学土木工程学院 ( 2 6 6 0 3 3 ) 联 系电话 ： 1 3 5 8 9 2 6 8 4 3 9 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O l ， 骥姆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m