人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构关系.pdf

爿 1 茴昂 ， 2 0 1 6年 8月 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI ALS Au g ， Z O l b 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 4 0 7 3 7 0 5 人工盐雾环境 下锈蚀箍筋 约束 混凝 土本构关 系 郑 山锁 ， 关永 莹 ， 王 萌 ， 黄鹰歌 ， 周京 良 ( 西安建筑科技大学 土木工程学 院， 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘 要 ：为研 究人 工 盐 雾环 境 下锈 蚀 箍 筋 约 束 混 凝 土应 力一 应 变 关 系， 对 3 6个 尺 寸 为 1 5 0 mm 1 5 0 mmX 4 5 0 mm， 配 箍 特 征 值 分 别 为 0 2 3 3 ， 0 1 7 5 ， 0 3 0 6 ， 0 1 9 5 ， 0 1 4 6 ， 0 2 2 5 ， 0 1 6 7 ， 0 1 2 5 ， 0 2 1 9的箍筋 约束 混凝 土棱 柱体 试件 进 行 了盐 雾腐 蚀 箱 加 速锈 蚀 和 轴压 加 栽 试验 ， 得 到 了不 同混 凝土强度、 不同配箍特征值 、 不同箍筋锈蚀率下锈蚀箍筋约束混凝土应力一 应 变全曲线 结果表 明： 人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土应力一 应 变曲线随着锈蚀时间的延长而渐趋扁平， 上升段向右 下方偏 移 ， 峰 值应 力 呈线性 下降 ， 峰 值 应 变增 加 ； 在 相 同锈 蚀 时 间 下 ， 高强度 混凝 土 的峰 值应 力 降 低程 度 和峰值 应 变增 大程 度均 比低 强度 混凝 土 小 关键词 ： 锈蚀箍筋 ；约束混凝土本构关系；盐雾加速锈蚀试验 ； 单轴受压 中图分 类号 ： T Q5 2 8 0 1 文献标 志码 ： A d o ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 6 0 4 0 2 2 Co ns t i t u t i v e Re l a t i o n o f Co nc r e t e Co n f i ne d wi t h Co r r o d e d S t i r r u p s u n de r Ar t i f i c i a l S a l t M i s t Cl i ma t e En v i r o nme nt Co r r o s i o n ZHENG S h a n s u o， GUAN Y o n g y i n g， WANG Me n g， H UANG Yi n g g e， ZHOU J i n g l i a n g ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y，Xi a n 7 1 0 0 5 5 ，Ch i n a ) Abs t r a c t ：I n o r de r t o i nv e s t i g a t e t he s t i r r up s t r e s s s t r a i n r e l a t i on s h i p o f c o nf i ne d c o n c r e t e un de r a r t i f i c i a 1 s a l t mi s t c l i ma t e e n v i r on me nt c o r r o s i o n，3 6 r e i n f or c e d c on c r e t e p r i s m s p e c i m e ns o f s i z e 1 5 0 mm 1 5 0 mm 4 5 0 mm a n d s t i r r u p c ha r a c t e r i s t i c v a l ue 0 2 33， 0 1 75， 0 3 0 6， 0 1 9 5， 0 1 46， 0 2 25， 0 1 6 7， 0 1 2 5， 0 2 1 9，we r e a p p l i e d i n a c c e l e r a t e d c o r r o s i o n i n t h e a r t i f i c i a 1 s a l t mi s t f o r a x i a l c o mp r e s s i o n t e s t St r e s s s t r a i n f u l l c u r v e s o f c o n c r e t e c o n f i n e d wi t h c o r r o d e d s t i r r u p s u n d e r t h e d i f f e r e n t c o n c r e t e s t r e n g t h s ，s t i r r u p c h a r a c t e r i s t i c v a l u e s ，c o r r o s i v e c r a c k s o f c o n s t r a i n t s we r e o b t a i n e d Re s u l t s i n d i c a t e d t h a t c o mp a r e d t o t h e e qu a t i o n o f c o nc r e t e s t r e s s s t r a i n c ur ve o f c on c r e t e c on f i n e d wi t h c o r r od e d s t i r r u ps ，c u r v e i S f l a t wi t h i n- c r e a s i n g o f c o r r os i o n t i m e Ri s i ng t o t he l o we r r i ght de v i a t i o n，pe a k s t r e s s i s l o we r by l i ne a r a nd pe a k s t r a i n i n c r e a s e s C o mp a r i n g wi t h l o w c o n c r e t e s t r e n g t h o f s p e c i me n u n d e r t h e s a me c o r r o s i o n t i me ，t h e d e g r e e s o f t h e p e a k s t r e s s d e c r e a s e a n d p e a k s t r a i n i n c r e a s e s i n h i g h e r c o mp r e s s i v e s t r e n g t h Ke y wo r d s ：c o r r o s i o n s t i r r u p；c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n o f c o n s t r a i n t c o n c r e t e ；s a l t mi s t a c e e l e r a t e d c o r r o s i o n t e s t ；u ni a x i a l c o mpr e s s i o n 近海氯盐氛围导致钢筋严重锈蚀 ， 使钢筋混凝 土结构的耐久性能降低 ， 承载力 和延性退化 ， 抗震性 能下降 ， 已严重威胁到人们 的生命和财产安全 已有 文献对纵筋锈蚀后混凝土构件性能进行 了研究 ， 但 对箍筋锈蚀后混凝土构件力学性能退化方面的研究 尚未见报道 文献 1 7 通过人工电化学锈蚀方法对 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 4 2 3 ；修订 日期 ： 2 0 1 5 0 5 1 8 基金项 目： “ 十二五” 国家科 技支撑计划项 目( 2 0 1 3 B AJ 0 8 B 0 3 )； 教 育部高等学校 博士学科点 专项科 研基金 资助项 目( 2 0 1 3 6 1 2 0 1 1 0 0 0 3 ) ； 陕 西省科研项 目( 2 0 1 2 K1 2 0 3 0 1 ， 2 O l l KT CQ O 3 0 5 2 0 1 3 J C1 6 ) 第一作者 ： 郑 山锁 ( 1 9 6 O 一 ) ， 男 ， 陕西渭南人 ， 西安建筑科技大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E - ma i l ： z h e n g s h a n s u o 2 6 3 n e t 建筑材料学报 第 1 9 卷 钢筋混凝土构件进行 了试验， 由于其 锈蚀机理和 自 然环境下的锈蚀机理存在巨大差异 ， 因此该试验结 果不能很好反映 自然环境下钢筋的实际锈蚀状况 吴庆等 通过人工气候和通电快速锈蚀模拟方法对 比， 发现人工气候环境下混凝土 中钢筋 的锈蚀状态 更接近 自然环境下 的实际锈蚀状态 对此本文制作 了 3 6个不同配箍特征值 、 不同强度 的箍筋约束混凝 土棱柱体试件 ， 经盐雾腐蚀箱 加速锈蚀及单轴受压 试验绘制其应力一 应变曲线， 并通过该曲线对其性能 退化规律进行 了分析 1 原材料与试件制作 1 1原 材料 混凝土 ： C 2 5 ， C 3 0混凝 土采用 PO 3 2 5水 泥 ， C 4 0混凝 土采 用 PO 4 2 5水 泥 为加 速 箍 筋锈蚀 ， 在试 件 中加入 了水 泥质 量 5 的 Na C 1 不 同强度 混 凝 土 配合 比见 表 1 实 测 C 2 5 ， C 3 0 ， C 4 0混凝土轴 心抗 压强度 分别 为 2 8 1 8 ， 3 5 1 8 ， 45 23 M Pa 钢筋 ： 纵筋为 4 q 0 1 2 ， 箍筋 为 8 8 O ， 6 6 0 ， 1 5 0 6 8 O ， 其 配箍 率 ( 体 积 分 数 ) 分 别 为 1 8 7 ， 1 4 2 ， 1 0 7 ， 箍筋参数见表 2 表 1 混凝土配合 E T a b l e 1 Mi x p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e k g m。 S t e e l t y pe Di 。 t Yj l d UI t i ma t e mm s t r e n g t h MP a s t r e n g t h MP a 1 2 试 件制 作 制作 了 3 6个 纵 筋率 相 同、 尺 寸 为 1 5 0 mm 1 5 0 mm4 5 0 mm 的箍筋 约束混凝 土棱柱体试件 ， 其纵筋、 箍筋布置如图 1所示 表 3为锈蚀箍筋约束 混凝土试件参数 L - J ( a ) 6 6 0 s t i r r u p ( b ) 6 ( 8 ) 8 0 s t i r r u p 图 1 试件尺寸及其纵筋 、 箍筋布置 2 人工盐雾箍筋锈蚀试 验及 轴压试 验 2 1 人工盐雾箍筋锈蚀试验 采用西安建筑科技 大学结构实验 室 v wx Q_ 0 2 0型盐雾腐蚀箱进行人工 盐雾箍筋锈蚀 试验 试 件脱模后放入标准养护室( ( 2 0 3 ) ， RH 9 5 ) 养 护 2 8 d ， 再将其移至盐雾腐蚀箱中加速锈蚀 ， 温度为 3 5 为了模 拟干湿循环的 自然环境 ， 采 用喷淋一 盐雾一烘干的循环 方式进行试验 ， 1个循环周期 为 3 7 3 rai n ， 即喷淋时间为 3 rai n ， 盐雾时间为 1 8 0 rai n ， 烘干( 6 0) 时间为 1 2 0 rai n ， 升温耗时 3 0 rai n ， 降温 耗 时 4 0 rai n 盐雾氯离子浓度 ( 质量分数) 为 5 采用裂缝观测仪观测试件表面顺筋 的锈胀裂缝 宽度 ， 并将达到设定裂缝宽度 ( 见表 1 ) 的试件 移出 盐雾腐蚀箱 本文 以试件的裂缝宽度来表征箍筋锈 蚀率 2 2轴 压试 验 采用微机控制 电液 伺服压力试 验机进行轴 压 试验 试 件 两 面各 安 装 1个 千 分 表 ， 两 侧标 距 为 2 0 0 mm， 将千分表和箍筋应变片导线与数据采集仪 第 4期 郑 山锁 ， 等 ： 人 工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构关 系 表 3 锈蚀箍筋约束混凝土试件参数 Ta b l e 3 Pa r a me t e r s o f c o r r o d e d s t i r r u p c o n c r e t e p r i s m s p e c i me n s g nh rru c m c o a 。 s “ rru 。 tic i V al u e v al ue L I C 2 5 6 6 0 0 2 3 3 0 L 一 1 9 C 3 0 6 8 o 0 1 4 6 1 0 L 一 2 C 2 5 6 6 O 0 2 3 3 0 8 L Z O C 3 0 d 6 8 0 0 1 4 6 1 3 L 一 3 C 2 5 6 6 0 0 2 3 3 1 0 L - 2 1 C 3 o 8 8 0 0 2 5 5 0 L 一 4 C 2 5 6 6 0 0 2 3 3 1 3 L - 2 2 C 3 0 8 8 o 0 2 5 5 0 8 L - 5 C 2 5 j 6 8 o o 1 7 5 0 L - 2 3 C 3 0 8 8 o 0 2 5 5 1 0 L 一 6 C 2 5 6 8 0 0 1 7 5 0 8 L - 2 4 C 3 0 8 8 0 0 2 5 5 I 3 L 一 7 C 2 5 6 8 O 0 1 7 5 1 0 L - 2 5 C 4 o 6 6 0 0 1 6 7 0 L 一 8 C 2 5 c 6 8 o 0 1 7 5 1 3 L - 2 6 C 4 0 6 6 0 0 1 6 7 0 8 L 一 9 C 2 5 j 8 8 0 0 3 0 6 0 L 2 7 C 4 o 6 6 0 0 1 6 7 1 0 L - l O C 2 5 8 8 O 0 3 0 6 0 8 L 2 8 C 4 0 6 6 0 0 1 6 7 1 3 L 1 1 C2 5 8 8 O 0 3 0 6 1 0 L 2 9 C 4 o 6 8 0 0 1 2 5 0 L 一 1 2 C2 5 a 8 s o 0 3 0 6 1 3 L - 3 0 C 4 0 6 8 0 0 1 2 5 0 8 L 一 1 3 C3 o 6 6 0 0 1 9 5 0 L 3 1 C 4 0 6 8 0 0 1 2 5 1 0 L 一 1 4 C3 0 6 6 0 0 1 9 5 0 8 L - 3 2 C 4 0 6 8 O 0 1 2 5 I 3 L 一 1 5 C 3 0 6 6 0 0 1 9 5 1 0 L 一 3 3 C 4 0 8 8 O 0 2 1 9 0 L 一 1 6 C 3 0 6 6 0 0 1 9 5 1 3 L 一 3 4 C 4 0 8 8 0 0 2 1 9 0 8 L 一 1 7 C 3 0 6 8 0 0 1 4 6 0 L 一 3 5 C 4 0 8 8 0 0 2 1 9 1 0 L 一 1 8 C 3 0 6 8 O 0 1 4 6 0 8 L 一 3 6 C 4 0 8 8 0 0 2 1 9 1 3 连接 ， 以便记录试验数据 试验采用等速位移控制加 载方式 ， 位移速率为 0 3 mm mi n 3 锈 蚀箍筋约束混凝土本构 关 系的影 响因素分析 3 1 箍 筋锈 蚀影 响 图 2为混凝土强度和配箍率相同时， 不 同箍筋 锈蚀率( 以试件的裂缝宽度表征) 下锈蚀箍筋 约束混 凝土的应力一 应变曲线 由图 2可见 ， 箍筋锈蚀率对 锈蚀箍筋约束混凝土应力一 应变曲线形状影响较大 当箍筋锈蚀较轻 ( L 一 2 6 ) 时 ， 锈蚀箍筋约束 混凝土应 力一 应 变 曲线 的上 升 段 几 乎 平 行 于未 锈 蚀 试 件 ( L 一 2 6 ) 的上升段 ， 其下降段也较平缓 ， 且有 明显 的水平 延伸段， 说明箍筋锈蚀率不大时 ， 试件的刚度和延性 未明显降低 箍筋锈蚀较轻试件受压后期 的变形性 能比未锈蚀试件略好 ， 这可能是 由于箍筋轻微锈蚀 后 ， 箍筋和混凝土之间的孔隙被锈蚀产物填充 ， 从 而 提高 了箍筋与混凝土之间的黏结性能 ， 使其受压变 形性 能有 所改 善 当箍筋锈蚀较严重 ( L 2 7 ， L 一 2 8 ) 时， 锈蚀箍筋约 束混凝土应力一 应变曲线 的峰值点随着箍筋锈蚀率 的升高逐渐下降 ， 其上升段随着箍筋锈蚀率的升 高 逐渐向右下方偏 移 ， 说明试件 刚度 的降幅随着箍筋 锈蚀率的升高而增大 另外 ， 箍筋锈蚀率越大 ， 锈蚀 箍筋约束混凝土应力一 应变曲线的下降段就越陡， 下 降段的水平延伸段也越短 ， 说 明试件的延性 随着箍 筋锈蚀率的升高变差 3 2配箍特 征值 影响 图 3为箍筋锈蚀率相同时 ， 不 同配箍特征值下 锈蚀箍筋约束混 凝土 的应力一 应变 曲线 由图 3可 见 ， 随着配箍特征值的增加， 锈蚀箍筋约束混凝土的 峰值应力和峰值应变逐渐增大 ， 其应力 应变曲线下 降段的水平延伸段逐渐变短 ， 前者说明配置箍筋可 以改善混凝土构件 的受力 性能， 后 者说 明随着配箍 特征 值 的增加 ， 试件 的延 性越来 越 好 由图 3还 可 以 看出， 随着箍筋锈蚀率的升高 ， 不同配箍特征值下锈 蚀箍筋 约束 混 凝 土 的峰值 应 力 和 峰值 应 变差 值 增大 3 3混凝 土 强度影 响 图 4为配箍率和箍筋锈蚀率相同时 ， 不 同混凝 土强度下锈蚀箍筋约束混凝土的应力一 应变曲线 由 图 4可见 ， 随着混凝土强度 的减小 ， 峰值应力减小 ， 说明其承受 能力变差 ， 延性退化 第 4期 尹世平 ， 等 ： 氯 盐干湿循 环下纤维编织 网增强混凝土力学性能 7 5 7 ( 上接第 7 4 1页 ) I s 吴庆 ， 章鑫森 ， 袁迎曙 不同加速锈蚀方法下钢筋混凝土结构性 能试验研究 J 安 徽理 工 大学 学 报 ( 自然 科 学 版) ， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 3 )： 2 卜2 5 WU Qi n g 。 Z HANG X i n s e n， YUAN Y i n g s h u E x p e r i me n t r e s e a r c h 0 1 1 d i f f e r e n t s t r u c t ur a 1 b e h a v i or o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms u s i n g d i f f e r e n t a c c e l e r a t e d c o r r o s i o n me t h o d s - J J o u r n a l o f An h u i Uni v e r s i t y o f Sc i e nc e a n d Te c h no l o g y( Na t u r a l Sc i e n c e )， 2 0 0 5， 2 5 ( 3 )： 2 1 - 2 5 ( i n Ch i ne s e )