不同因素下钢筋混凝土裂缝宽度与锈蚀率的关系.pdf

2 0 1 5年第 6期 ( 总 2 0 6期 ) 安徽建筑 _ 一ima mI = = 1 一 D Ol ： 1 0 1 6 3 3 0 4 c n k i 1 0 0 7 7 3 5 9 2 0 1 5 0 4 0 8 3 不同因素下钢筋混凝土裂缝宽度与锈蚀率的关系 Re l a t i o n s h i p b e t we e n Cr a c k W i d t h a n d Co r r o s i o n Ra t i o o f S t e e l Co n c r e t e u n d e r Diffe r e n t F a o m 鹿 鸣 ，张 同双 ( 山东科技大学 ， 山东青岛2 6 6 5 9 0 ) 摘 要： 锈胀开裂是钢筋混凝土桥梁在腐蚀环境下最常见的灾害。试 验设计了 1 2个钢筋混凝土构件。 放入盐水中 进行通电加速锈蚀， 并测 得锈胀裂缝宽度。文章研究了在保护屡厚度不变的情况下， 不同水灰 比和钢 筋直径对锈 胀裂缝宽度与锈蚀率之 间关 系的影响 ， 对 钢筋混凝 土结构耐久性设计提供一定的参考。 关键词： 水灰比； 钢筋直径； 锈胀裂缝宽度； 钢筋锈蚀率 中图分类号 ： T U 3 9 2 2 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 5 ) 0 6 - 0 1 9 2 0 3 0 引 言 钢筋混凝土锈蚀损伤耐久性问题已成为国内外广为关注 的研究热点【 l 】 ， 已有的评估标准认为混凝保护层一旦开裂耐 久寿命便终结。但是大量的研究表明， 混凝土保护层锈胀开裂 时钢筋的锈蚀率很小 ，钢筋与混凝土间的粘结性能无明显退 化 ， 这时的损伤累积还不足以对结构的承载力构成威胁剐。对 混凝土保护层锈胀开裂及开裂后的裂缝宽度扩展进行研究， 在 不破坏结构安全的情况下， 通过外观检查测量 ， 根据锈胀裂缝 萤 宽度与相关因 素之间的 关系， 合 理准 确地 进行 结构 耐久寿 命评 测 估， 确定维修加固措施以及基于耐久性的结构再设计 ， 无疑具 有现实意义。 权 术 安 徽 建 筑 _ 1 试验设计 经过电化学加速腐蚀钢筋混凝土试件中的钢筋之后 ， 使试 件 表面 出现不 同宽度 的裂 缝 ( 0 2 ra m 、 0 4 m m、 0 7 ra m 以及 l O mm) ， 根据混凝土水灰比、 钢筋直径等因素对锈蚀开裂的影 响， 说明不同水灰比和钢筋直径对锈胀裂缝宽度与锈蚀率之间 关系的影响， 并通过实测钢筋锈蚀率的试验结果加以完善和改 进 。 1 1试验原材料 水泥： P 0 4 2 5 。 石子： 碎石， 52 5 ram连续级配。 砂： 中砂， 细度模数 2 6 ， 级配良好。 钢筋： H R B 3 3 5 ， 二级钢。 其他： 聚羧酸减水剂。 1 2试件尺寸 试件尺寸为 3 0 0 ra m2 0 0 ra m X 2 5 0 m m。 1 3试验过程设计 本试验中， 考虑多种因素： 不同水灰比、 不同钢筋直径和不 同保护层厚度。混凝土水灰比分别为 0 3 、 0 4 、 0 5 ； 三种钢筋直 作者简介： 鹿呜( 1 9 8 9 一 ) ， 男， 山东济南人， 山东科技大学土木工程与建 筑学院在读硕士 ， 研 究方向 ： 结构工程。 径分别为 1 2 ram、 2 0 m m、 2 5 ra m。分别考察不同混凝土表面裂缝 宽度( 0 2 ra m、 0 4 ra m、 0 7 ram、 1 O m m) 下钢筋锈蚀率。本试验采 取的试验表如表 1 所示。 试验过程设计 裹 1 根据表 1 ， 本试验共需 4 ( 4组裂缝宽度 ) X 3 ( 相同水灰比 试件内放置 3 根不同钢筋直径 ) X 2( 每组 2个试件) = 2 4个试 件。 2 试验结果及分析 2 1不同水灰比下( D = 1 2 mm) 混凝土表面裂缝宽度与钢筋锈蚀 率的关系 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 裂缝宽度 ( m m) 图 1 不同水灰比下混凝土表面 裂缝 宽度与钢筋锈蚀 率的关 系( D= I 2 mm) 三种水灰比( 0 3 、 0 4 、 0 5 ) 因素下， 钢筋直径为 1 2 m m时， 混 凝土表面裂缝宽度与钢筋锈蚀率的关系如图 1 所示。 由图 1可以看出， 当钢筋直径为 1 2 ram时， 在相同水灰比 情况下，钢筋锈蚀率随着混凝土表面裂缝宽度的增大而增加。 - 一 一斟基螨妪器 安徽建筑 2 0 1 5年第 6期 ( 总 2 0 6期 ) 以试验平均值作为讨论对象， 水灰比为 0 - 3时 ， 当混凝土表面 裂缝宽度分别为 0 2 2 5 m m、 0 4 0 ra m、 0 7 2 ra m和 1 1 l m m， 即与初 始值分别增大 1 7 8倍、 3 2 0倍和 4 9 3倍时， 其对应的钢筋锈蚀 率分别为 2 7 1 8 、 3 6 1 0 、 6 0 5 0 和 7 9 0 5 ， 分别增加了 1 3 3 倍 、 2 2 3倍和 2 9 l 倍； 水灰比为 0 4时， 当混凝土表面裂缝宽度 分别为 0 2 5 5 mm、 0 4 7 5 m m、 0 7 5 5 mm和 1 0 7 5 ram，即与初始值 分别增大 1 8 6倍、 2 9 6倍和 4 2 2 倍时， 其对应的钢筋锈蚀率分 别为 3 1 6 1 、 5 1 0 4 、 5 4 5 4 和 7 5 0 7 ，分别增加了 1 6 1 倍 、 1 7 3 倍和 2 3 7倍 ； 水灰 比为 0 5时 ， 当混凝土表面裂缝宽度分 别为 0 2 7 m m、 0 4 2 5 mm、 0 7 2 ram和 1 2 6 ram， 即与初始值分别增 大 1 5 7倍、 2 6 7倍和 4 6 7倍时，其对应的钢筋锈蚀率分别为 2 8 8 6 、 3 4 7 1 、 5 2 0 9 和 8 8 9 2 ，分别增加了 1 2 0倍 、 1 8 O 倍和 3 O 8 倍。在相同控制裂缝宽度下，水灰比分别为 O _ 3 、 0 4 和 0 5时， 当混凝土表面裂缝宽度分别为 0 2 2 5 m m、 0 2 5 5 mm和 0 2 7 ra m， 对应的钢筋锈蚀率分别为 2 7 1 8 、 3 1 6 1 和 2 8 8 6 钢筋锈蚀率随水灰比的加大而增加； 当混凝土表面裂缝宽度分 别为 0 4 0 ram、 0 4 7 5 m m和0 4 2 5 m m， 对应的钢筋锈蚀率分别为 3 6 1 0 、 5 1 0 4 和 3 4 7 1 ， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大呈先增 加后减小的趋势 ；当混凝土表面裂缝宽度分别 为 0 7 2 ra m、 0 7 5 5 m m和 0 7 2 m m， 对应的钢筋锈蚀率分别为 6 0 5 、 5 4 5 4 和 5 2 0 9 ， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大而减小； 当混凝土表面 裂缝宽度分别为 1 1 l m m、 1 0 7 5 ram和 1 2 6 ra m，对应的钢筋锈 蚀率分别为 7 9 0 5 、 7 5 0 7 和 8 8 9 2 ，钢筋锈蚀率随水灰比 的加大呈先减小后增加的趋势。 2 2不同水灰比下( D = 2 O mm) 混凝土表面裂缝宽度与钢筋锈蚀 率的关 系 三种水灰比( 0 3 、 0 4 、 0 5 ) 因素下， 钢筋直径为 2 0 ram时， 混 凝土表面裂缝宽度与钢筋锈蚀率的关系如图2所示。 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 裂缝宽度( n m) 图 2 不 同水灰 比下混凝 土表面 裂缝 宽度与钢筋锈蚀率的关 系( D= 2 0 ram) 由图 2可以看出， 当钢筋直径为 2 0 ra m时， 在相同水灰 比 情况下，钢筋锈蚀率随着混凝土表面裂缝宽度的增大而增加。 以试验平均值作为讨论对象 ， 水灰 比为 0 3时， 当混凝土表面 裂缝宽度分别为 0 2 6 ra m、 0 4 4 ra m、 0 7 6 ra m和 1 1 2 ram，即与初 始值分别增大 1 6 9倍、 2 9 2倍和 4 3 1 倍时， 其对应的钢筋锈蚀 率分别 为 1 5 0 7 、 1 9 7 6 、 2 6 4 3 和 3 6 6 1 ， 分 别增加 了 1 - 3 1 倍 、 1 7 5倍和 2 4 3 倍 ； 水灰比为 0 4时， 当混凝土表面裂缝宽度 分别为 0 2 8 ra m、 0 5 5 5 m m、 0 8 1 ra m和 1 0 4 5 ram，即与初始值分 别增大 1 9 8倍、 2 8 9倍和 3 7 3倍时， 其对应的钢筋锈蚀率分别 为 1 7 0 9 、 2 5 0 4 、 3 2 7 8 和 3 5 3 8 ，分别增加了 1 4 7倍 、 1 9 2倍和 2 0 7倍； 水灰比为 0 5时， 当混凝土表面裂缝宽度分 别为 0 2 5 ram、 0 4 3 5 m m、 0 7 6 5 mm和 1 2 3 5 m m， 即与初始值分别 增大 1 7 4倍、 3 o 6 倍和 4 9 4倍时， 其对应的钢筋锈蚀率分别为 1 6 1 3 、 1 7 1 3 、 2 9 4 4 和 3 8 6 5 ，分别增加了 1 0 6倍、 1 8 3 倍和 2 4 0倍。在相同控制裂缝宽度下，水灰比分别为 0 3 、 0 4 和 0 5时 ，当混凝土表面裂缝宽度分别为 0 2 6 ra m、 0 2 8 ra m和 0 2 5 ra m， 对应的钢筋锈蚀率分别为 1 5 0 7 、 1 7 0 9 和 1 6 1 3 ， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大而增加； 当混凝土表面裂缝宽度分 别为 0 4 4 ram、 0 5 5 5 m m和 0 4 3 5 m m， 对应的钢筋锈蚀率分别为 1 9 7 6 、 2 5 0 4 和 1 7 1 3 ，钢筋锈蚀率随水灰比的加大而减 小 ；当混 凝 土 表 面裂 缝 宽 度 分别 为 0 7 6 ram、 0 8 1 ra m 和 0 7 6 5 m m，对 应 的 钢筋 锈 蚀 率 分 别 为 2 6 4 3 、 3 2 7 8 和 2 9 4 4 ， 钢筋锈蚀率随水灰 比的加大而增加 ； 当混凝土表面裂 缝宽度分别为 1 1 2 ra m、 1 0 4 5 ram和 1 2 3 5 m m， 对应的钢筋锈蚀 率分别为 3 6 6 1 、 3 5 3 8 和 3 8 6 5 ，钢筋锈蚀率随水灰 比的 加大呈略有增大的趋势。 2 3不 同水灰 比下( D = 2 5 mm) 混凝土表面裂缝宽度与钢筋锈蚀 率的关系 三种水灰比( 0 3 、 0 4 、 0 5 ) 因素下， 钢筋直径为 2 5 ra m时， 混 凝土表面裂缝宽度与钢筋锈蚀率的关系如图 3所示。 4 。 3 5 3 。 ： s 斟 饕 z 。 器 1 5 1 。 0 5 02 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 裂缝宽度 ( m m) 图 3不同水灰 比下混凝土表面裂缝 宽度与钢筋锈蚀率的关 系( D = 2 5 mm) 由图 3可以看出， 当钢筋直径为 2 5 ram时， 在相同水灰比 情况下，钢筋锈蚀率随着混凝土表面裂缝宽度的增大而增加。 以试验平均值作为讨论对象 ， 水灰比为 0 3时， 当混凝土表面 裂缝宽度分别为 0 2 2 5 mm、 0 4 4 m m、 0 7 4 ram和 1 1 9 ra m， 即与初 始值分别增大 1 9 6 倍、 3 2 9倍和 5 2 9 倍时， 其对应的钢筋锈蚀 率分别为 0 9 9 3 、 1 6 2 0 、 2 2 6 0 和 3 0 8 0 ， 分别增加了 1 6 3 倍、 2 2 8 倍和 3 1 0 倍 ； 水灰比为 0 4时 ， 当混凝土表面裂缝宽度 分别为 0 2 8 5 m m、 0 4 5 ra m、 0 8 1 5 ram和 1 0 6 m m，即与初始值 分 别增大 1 5 8倍、 2 8 6 倍和 3 7 2倍时， 其对应的钢筋锈蚀率分别 为 1 0 2 3 、 1 5 3 9 、 2 1 9 5 和 2 6 6 2 ，分别增加了 1 5 0倍 、 2 1 5倍和 2 6 0倍； 水灰比为 0 5时， 当混凝土表面裂缝宽度分 别为 0 2 8 m m、 0 4 0 ra m、 0 7 0 5 ra m和 1 3 4 5 mm，即与初始值分别 增大 1 4 3倍、 2 5 2 倍和4 8 0 倍时， 其对应的钢筋锈蚀率分别为 1 0 7 1 、 1 2 3 6 、 1 8 9 1 和 3 4 3 7 ，分别增加了 1 1 5倍 、 1 7 7 倍和 3 2 1 倍。在相同控制裂缝宽度下 ，水灰比分别为 0 _ 3 、 0 4 检 测 试 验 与 测 量 技 术 安 徽 建 筑 圜 量 一 一 跫 堰器 2 0 1 5年第 6期( 总 2 0 6期 ) 安徽建筑 _ 一一I 检 测 试 验 与 澳 量 技 术 安 徽 建 筑 I n 和0 5时， 当混凝土表面裂缝宽度分别为 0 2 2 5 m m、 0 2 8 5 m m和 0 2 8 m m， 对应的钢筋锈蚀率分别为 0 9 9 3 、 1 0 2 3 和 1 0 7 1 ， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大而增加； 当混凝土表面裂缝宽度分 别为 0 4 4 mm、 0 4 5 m m和 0 4 0 m m，对应的钢筋锈蚀率分别为 1 6 2 0 、 1 5 3 9 和 1 2 3 6 ，钢筋锈蚀率随水灰比的加大而减 小 ；当混凝 土表 面裂 缝宽 度分 别为 0 7 4 m m、 0 8 1 5 mm和 0 7 0 5 m m，对 应 的钢 筋 锈 蚀 率分 别 为 2 2 6 0 、 2 1 9 5 和 1 8 9 1 ， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大而减小； 当混凝土表面裂 缝宽度分别为 1 1 9 mm、 1 0 6 m m和 1 3 4 5 m m，对应的钢筋锈蚀 率分别为 3 0 8 0 、 2 6 6 2 和 3 4 3 7 ，钢筋锈蚀率随水灰比的 加大呈先减小后增大的趋势。 3 结论 当钢筋直径为 1 2 ram时， 在相同水灰比情况下， 钢筋锈 蚀率随着混凝土表面裂缝宽度的增大而增加。 在相同控制裂缝 宽度下， 水灰比分别为 0 3 、 0 4和 0 5时， 当混凝土表面裂缝宽 度为 0 2 mm， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大而增加 ； 当混凝土表 面裂缝宽度为 0 4 mm， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大呈先增加后 减小的趋势； 当混凝土表面裂缝宽度为 0 7 m m， 钢筋锈蚀率随 水灰比的加大而减小 ； 当混凝土表面裂缝宽度为 1 ： O m m， 钢筋 锈蚀率随水灰 比的加大呈先减小后增加的趋势。 当钢筋直径为 2 0 m m时 ， 在相同水灰比情况下 ， 钢筋锈 蚀率随着混凝土表面裂缝宽度的增大而增加。 在相同控制裂缝 宽度下， 水灰比分别为 0 3 、 0 4和 0 5时， 当混凝土表面裂缝宽 度为 0 2 mm， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大而增加 ； 当混凝土表 面裂缝宽度为 0 4 ram，钢筋锈蚀率随水灰比的加大而减小； 当 混凝土表面裂缝宽度分别为 0 7 mm， 钢筋锈蚀率随水灰比的加 大而增加 ； 当混凝土表面裂缝宽度为 1 O mm， 钢筋锈蚀率随水 灰比的加大呈略有增大的趋势。 当钢筋直径为 2 5 m m时 ， 在相同水灰比情况下， 钢筋锈 蚀率随着混凝土表面裂缝宽度的增大而增加。 在相同控制裂缝 宽度下， 水灰比分别为 0 3 、 0 4和 0 5时， 当混凝土表面裂缝宽 度为 0 2 ram， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大而增加； 当混凝土表 面裂缝宽度为 0 4 ram，钢筋锈蚀率随水灰比的加大而减小； 当 混凝土表面裂缝宽度为 0 7 m m， 钢筋锈蚀率随水灰比的加大而 减小； 当混凝土表面裂缝宽度为 1 O mm， 钢筋锈蚀率随水灰比 的加大呈先减小后增大的趋势。 参考文献 1 】 Me t a P K C o n c r e t e d u r a b i l i t y - f if t y y e a r s p r o g r e s s C Ma l h o t r a V M， P r o c e e d i n g o f 2 n d I n t e rna t i o n a l c o n f e ren c e Dur a b i l i t y De t r o i t ； ACI S P1 2 6 1 ， 1 9 9 1 【 2 】 B a z a n t Z P P h y s i c a l mo d e l f o r s t e e l c o r r o s i o n i n s e a s t r u c t u r e s 一叨 J o u rna l of t h e S t r u c t u r al D i v i s i o n ， 1 9 7 9 ( 6 ) 【 3 C h e mi n L ， Va l D V P r e d i c ti o n of c o v e r c r a c k i n g i n r e i n f o r c ed c o n c rete s t r u c t u r e s d u e t o c o r r o s i o n C 1 s t I n t e r C o n o n C o n s t r u c t i o n H e r i t a g e i n Co a s t a l a n d Mmi n e 网G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 , 普通 混凝土 长期性能 和耐久 性试验 方法标 准 jj j I I j 妇 I ； j I 鲁业宣- I I 色 9； 拿业 j I ； 业j- I 9I jI I ； 夸 jk 业j- 誊 业 ( 上接第 1 7 5页 ) 从而选择最经济合理的节能建筑设计方案。 3 2绿色照明 3 2 1 充分利用 自然光照明 由于很多大型商业建筑在规划设计之初并没有考虑利用 自然采光实现照明节能的措施， 或者由于经营者过度装修而减 少开窗， 都造成了大型商业建筑室内天然采光不足。 因此， 只好 过度依赖人工照明， 增加照明的耗电量。 理想的商业照明规划设计，应该兼顾营业需求和节能理 念 ， 适度采用天然采光 ， 以减少人工照明的需求， 减少经营者能 源消费的压力。 增大商业建筑的窗墙比或利用采光井与玻璃幕 墙的设计， 均可以产生需要的天然光线照明效果。 但是， 较大面 积的采光天井和采光天窗又是夏季隔热的薄弱环节 ， 需要加强 遮阳防晒措施。 3 2 2合理照度设计 商业照明盲 目追求过高的照度不但会产生眩光、 炽热等问 题， 引起顾客烦躁和心理不适， 破坏商店营造的舒适愉悦的气 氛， 而且还会导致照明和空调负荷增大 ， 造成能源浪费。 调查结 果显示 ， 有些商场照度严重超标， 造成巨大的能源浪费。 所以照 明设计人员应该树立节能意识 ， 纠正盲 目追求高照度的不 良倾 向， 根据照明设计标准和空间照度的需求， 合理选择设计照度， 以达到照明节能的 目标 。 3 2 3照明控制管理 目前商业建筑普遍使用的开关需要人工操作， 但是由于使 用者缺乏节能观念， 往往造成不必要的浪费。照明控制管理系 统是利用自动化的方式控制照明设备， 可以进一步提高照明系 统的效率， 并且达成许多人工控制不易达成的目的。 综上所述，商业照明节能可以从尽量减少线路上的损耗 、 提高系统的功率因素、 根据国家照度标淮推荐值设计灯具的数 量与布局、 选用高效的新光源和镇流器、 采用照明自动控制系 统来控制灯光等方面着手。当然， 目前推广绿色照明还有一定 阻力和困难 ， 主要是由于人们的认识和观念跟不上， 某些新光 源和镇流器的质量还存在一些问题，特别是节能灯更为明显 ， 多数新型高效光源价格较高，增加了建设投资或使用者的费 用 。 4 总结 大型商业建筑能耗大 ， 据统计， 其单位建筑面积能耗是住 宅的 1 0 1 5 倍 ， 有 2 5 3 0 的节能空间。由于成本的原因， 大 型商业建筑偏向于采用无成本或低成本的节能技术， 节能潜力 巨大。通过对商业建筑 自 身和机械设备的节能优化处理： 可以 营造动态舒适、 健康的商业空间， 吸引顾客； 可以降低商场建筑 的运营耗能 ， 以节省建筑使用中的运营费用 ； 可以营造更具人 情味的工作环境 ， 提高员工的工作效率以创造更多价值 ； 可以 减少商场建筑对周边城市环境的负面影响。 参考文献 【 1 】 G B 5 0 1 8 9 2 0 0 5 ， 公共建筑节能设计标准【 s 】 【 2 】2 张纪文 大型商业建筑低成本节能改造技术分析 J 建筑节能， 2 0 0 8 ( 2 ) 3 3 李英 子， 高磊 关 于大型商 场建筑 节能问题探 讨 J 商业经 济， 2 0 0 8 ( 3 3 ) f 4 1 杨红霞建 筑节能评价体系的探讨与研究【 J 】 暖通空调 2 0 0 6 ( 9 ) 【 5 】 刘力， 陈莹， 金国红 抓住基本体征的大型商业建筑快速设计 城_市 建筑 2 0 0 5 ( 8 )