疲劳荷载和环境腐蚀作用下环氧涂层钢筋混凝土试件的耐久性研究.pdf

四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 4 1卷第 6期 2 0 1 5年 l 2月 疲劳荷载和环境腐蚀作用下环氧涂层钢筋混凝土 试件的耐久性研究 高 扬， 王小惠， 王 菁， 高 路， 李卓宣 ( 上海交通大学土木工程系， 上海2 0 0 2 4 0 ) 摘要 ： 为探讨疲劳荷 载和环境对 服役配环氧涂层钢筋 混凝 土桥板 耐久性 能的影 响， 设计 了配不 同环 氧涂层钢 筋 的2 0根钢筋混凝土试件 ， 分别进行了试件的疲劳加载和盐水腐蚀试验。运用电化学方法对 已加载和未加载试件 中不同涂层厚度钢筋的腐蚀电位和阻抗进行了测试， 并结合不同试件的裂缝分布， 进行了钢筋腐蚀电位和阻抗分 析。分析结果表明， 环氧涂层的强耐腐蚀性能有效防护钢筋； 不同厚度的环氧涂层会改变钢筋与混凝土之问的粘 结特性 ， 影响钢筋混凝土试件的裂缝开裂形式； 钢筋腐蚀电位和试件阻抗图谱反映试件内钢筋的锈蚀程度， 加载形 式不同会对试件钢筋锈蚀产生不同影响。 关键词： 环氧涂层钢筋； 钢筋混凝土试件； 疲劳荷载； 环境腐蚀； 耐久性 中图分类号 ： T U 5 1 1 3 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 2 4 0 7 Du r a b i l i t y b e h a v i o ur o f e p o x y c o a t e d r e i n f o r c i n g c o n c r e t e t e s t s p e c i me n s u n d e r f a t i g u e l o a d a n d e n v i r o n me n t a l a t t a c k s G AO Ya n g ， W ANG Xi a o h u i ， W ANG J i n g ， G AO L u， L I Z h u o x u a n ( D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， S h a n g h a i J i a o T o n g U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o s t u d y t h e i n fl u e n c e o f f a t i g u e l o a d a n d e n v i r o n me n t a t t a c k s o n t h e d u r a b i l i t y b e h a v i o u r o f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( R C )b ri d g e s l a b s w i t h e p o x y c o a t e d r e i n f o r c e m e n t s ， 2 0 R C t e s t s p e c i m e n s c o n t a i n i n g e p o x y c o a t e d r e i n f o r c e me n t s w i t h d i f f e r e n t c o a t i n g t h i c k n e s s e s w e r e d e s i g n e d 1 5 t e s t s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o t h e i n s e r v i c e f a t i g u e l o a d s a n d t h e n a l l t e s t s p e c i m e n s w e r e s u b j e c t e d t o s i m u l a t e d s e a w a t e r s o l u t i o n a t t a c k Mo n i t o ri n g o f o p e n c i r c u i t p o t e n t i a l a n d e l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y( E I S ) w e r e u s e d t o e v a l u a t e t h e c o r r o s i o n b e h a v i o r o f t h e e p o x y c o a t e d a n d u n c o a t e d r e i n f o r c i n g b a r s i n t h e RC t e s t s p e c i me n s T e s t r e s u l t s s ho w t ha t ， e po x y c oa t i n g c a n p r o v i d e e f f e c t i ve a nt i c or r o s i o n p r o t e c t i o n f o r r e i n f o r c i n g ba r s Bo nd be h a v i o r o f t h e e po x y c o a t r e i n f o r c i n g b a r s ma y c h a n g e w i t h t h e d i f f e r e n t t h i c k n e s s o f c o a t i n g ， r e s u l t i n g i n d i f f e r e n t ma x i mu m c r a c k w i d t h a n d c r a c k s p a c e u n d e r f a t i g u e l o a d s Th us t he o p e n-c i r c ui t p o t e nt i a l a n d EI S o f t h e e po x y-c o a t e d a n d u n c o a t e d r e i n f o r c i n g b a r s ma y b e i n flu e n c e d b y t h e f a t i g ue l o a d u pp e r l i mi t a n d l o a d c y c l e s Ke y wo r d s ： e p o x y c o a t e d r e i n f o r c e me n t ； RC t e s t s p e c i me n； f a t i g u e l o a d； e n v i r o n me n t a l a t t a c k； d u r a b i l i t y O 引 言 随大型跨海桥梁的建设 ， 钢筋混凝 土桥板的耐 久性问题得到较多的关注 ， 这主要与钢筋混凝土桥 面板在车辆荷载和较高浓度海水和雨水作用下耐久 性能的短时间劣化有关 。因此 ， 对强耐腐蚀环氧 涂层钢筋的研究有着非常实际的意义和应用前景。 目前 ， 国内外对环氧涂层钢筋混凝土试件在疲劳荷 载下的力学性能 的试验研究和环氧涂层钢筋耐腐蚀 收稿 日期： 2 0 1 4 - 0 9 1 6 作者简介： 离扬 ( 1 9 9 1一) ， 男 ， 山东潍坊 人 ， 硕士 研究 生 ， 研 究方 向： 钢筋混凝土结构耐久性分析。 基金项 目： 国家 自然科学基金( 5 1 1 7 8 2 6 6 ) E m a i l ： W x i a o h 1 6 3 c o n 性的研究都 比较多 4 。 ， 但对于疲劳荷载和环境腐 蚀两者共同作用下环氧涂层钢筋混凝土试件的研究 则未涉及。实际服役 中， 大部分钢筋混凝土构件均 带裂缝工作 ， 使得有害介质到达钢筋表面的时间大 大缩短 ； 另一方面 ， 环氧涂 层钢筋能充分隔断造 成钢筋腐蚀水 、 氧、 腐蚀性离子 的传输。但较厚涂层 钢筋与混凝土间粘结强度降低较大 ， 使得构件中 出现较宽的裂缝 ， 加剧钢筋锈蚀。 本文 旨在探讨荷载和环境的共同作用对环氧涂 层钢筋混凝土构件耐久性能的影响。设计了三类试 件 ， 即无涂层 、 0 2 1T I IT I 薄涂层和 0 6 mm厚涂层钢 筋混凝土梁 ， 并对三类试件进行了疲 劳加载。将加 载完 的试件和未加载试件进行 了模拟盐水 腐蚀试 验。等干湿循环结束后对所有试件进行了腐蚀电位 2 0 1 5 N o 6 高扬， 等： 疲劳荷载和环境腐蚀作用下环氧涂层钢筋混凝土试件的耐久性研究 2 5 和阻抗谱测量。腐蚀电位的高低表示内部钢筋锈蚀 程度的缓轻 ， 阻抗谱则表示涂层 的信息以及试件腐 蚀处于哪个阶段。通过 比较不同涂层和不同前期加 载下试件 的测量数据 ， 分析 了涂层厚度 以及加载情 况对试件耐久性能 的影响。 1 试验介绍 1 1 试件 钢筋 混 凝 土 试 件截 面尺 寸 为 1 2 0 m m 3 0 0 m m， 全长 1 5 m( 图 1 ) ， 纵 向受力钢筋 为 3根直径 1 2 m m的二级钢筋 ， 纵向钢筋的底边混凝土净保护 层厚度为 4 0 mm， 侧边 6 0 m m； 箍筋为直径 8 m m 的 三级钢筋 ， 混凝土设计强度为 C 4 0 ， 水胶 比为 0 4 4 。 2 8 d混凝土立方体标准立方体强度为 4 7 5 MP a 。 图 1 设计钢筋混凝土试件示意 ( 单位 ： m m) F i g 1 R C b e a m s l a b t e s t s p e c i me n s ( u n i t ： mm) 按图 1绑扎钢筋笼 ， 在两侧 钢筋 的中间部位和 距中 1 0 0 m m 的左右部位粘贴钢筋应变片。为进行 试件 的加载 ， 在混凝土表面粘贴应变片。试件正侧 面、 反 侧面混 凝 土应 变片粘 贴位 置分别 如 图 2 、 3 所 示 。 2 00 20 0 图 2 试件正侧面混凝 土应变 片粘贴位 置示意 Fi g 2 St r a i n g ag e s p os i t i o n on t h e p os i t i v e l a t e r a l s ur f a c e of t he t e s t s pe c i m e n 图 3 加载装置示意 ( 反侧 面 ) F i g 3 S c h e ma t i c l o a d i n g t e s t s e t u p ( o p p o s i t e l a t e r a l s u r f a c e o f t h e t e s t s p e c i me n ) 文 中涉及试件 如表 1所示 。试件 的命名规则 为 ： “ E 0 2 ” 和“ E 0 6 ” 分别指涂层厚度为 0 2 m m 和 0 6 mm 的涂层钢筋， F E指 “ F a t i g u e l o a d+E n v i r o n m e nt ” ，D E指“ D e a d l o a d+E n v i r o n m e n t ” 。绑扎钢筋 前 ， 对每根涂层钢筋进行标 记 、 涂层厚 度测试 和记 录。试件养护完后 ， 参照试件实际状况 ， 试件间进行 一 部分合理调换 ， 表 1为最终的加载方案及试件实 测参数 。 表 1 设计试件和实测参数 Ta bl e 1 De t a i l s o f t he de s i g ne d RC t e s t s pe c i me ns 2 6 四川建筑科学研究 第 4 1卷 1 2试件的加载 采用构件脉 冲疲劳试验机进行试件的疲劳加 载 ， 试件单点中心加载， 加载装置简图如 图 3所示。 采用 D H 3 8 1 5动态应变测量系统采集数据 ， 静载采 用分级加载 ， 观察 、 记录试件的裂缝发展情况和相应 荷载 ， 疲劳加载采用静载预压后进行脉冲疲劳加载 ， 加载频率为 4 H z ， 见表 1 。 组 2试件 的加载顺 序为： 先预加载至 3 6 k N， 再卸载为零 ； 分级加载至 1 8 k N， 记 录试件 的最大裂 缝宽度和挠度 ， 再卸载为零。然后以 4 H z 频率进行 疲劳加载 ， 在荷载重复次数分别达 到 5万次、 1 O万 次 、 3 0万次、 5 0万次时 ， 停止疲劳加载 ， 卸载至零 ， 测 量并记 录试 件的残余 裂缝宽度 。再加 载至 1 8 k N ( 约为屈服荷 载的 4 1 4 5 ) ， 量测试件 的应变 、 裂缝 、 挠度 。组 3试件 的加载顺序为 ： 先预加 载至 2 8 k N， 再卸载为零 ； 再分级加载至 1 4 k N( 约为屈 服荷载的 3 2 3 5 ) ， 记录试件的最大裂缝宽度 和挠度 ， 再卸载为零。然后 以4 H z 频率进行疲劳加 载 ， 其他步骤 同组 2 。组 4试件 的前期加载顺序 同 组 3， 但在荷载重复次数分别达到 5万次 、 1 0万次、 3 0万次、 5 0万次、 8 0万次和 1 0 0万次时， 停止疲劳 加载， 卸载至零 。 1 3 试件的腐蚀 将疲劳加载后的钢筋混凝土试件和不加载试件 ( 表1 ) 倒置于盐水池 中进行周期性干湿循环 ( 前期 进行了为期 5 8 d的海绵垫盐水湿循环和 2 7 d干循 环 ； 盐水池 建好 后 ， 第 一次湿 循环 测试在 6 4 d进 行 ) ， 采用普林斯顿 P a r s t a t 2 2 6 3进行试件 内部钢筋 开路 电位和阻抗 的数据采集 ， 电位测量中采用开路 电位测量法 ； 阻抗测量 中， 仪器 的扫描 电压 为交 流 1 0 m V， 扫描频率为 0 1 1 0 0 0 0 0 Hz ， 采集示意原理 如图 4所示。采用三 电极接线 ： 待测钢筋作为工作 电极 ， 选用饱和甘汞参 比电极 S C E( 2 4 2 m V) ， 辅助 电极选用空芯不锈钢。 1 工作电极 ( 试件内钢筋)：2 海绵试验池( 内部净尺寸3 0 05 2 0S 0 ) ， 3饱和甘汞参比电极S C E；4 空芯不锈钢 电极；5 3 盐水；6普林斯顿 P a r s t a t 2 2 6 3 电化学工作站；7 数据采集计算机 图 4 试件 内钢筋开路电位和阻抗测试 示意 F i g 4 S c h e ma t i c c o r r o s i o n t e s t f o r o p e n c i r c u i t p o t e n t i a l a n d e l e c t r o c h e mi c a l i mp e d a n c e s p e c t r o s c o p y 2 试验结果 2 1 钢筋混凝土试件疲劳加载结果 因加载试件中钢筋开路电位和阻抗测试在钢筋 底面 3 0 0 m m范围内进行( 图 4 ) ， 本文仅给 出加载后 试件底面的裂缝情况 ， 见表 2 。 表 2 经历疲劳荷载后试件底面最大裂缝宽度和平均裂缝间距 Tabl e 2 M ax i mum c r a c k wi dt h and a v e r a ge c r ac k s pa c i ng o f t he bo t t o m s ur f a c e o f t he t e s t s p e c i m e ns a f t e r l oa di ng t e s t 2 2腐蚀电位结果 每个试件取两侧钢筋作为测量点 ， 正侧面钢筋 ( 图2 ) 电位标记为 c o r r +， 反侧面钢筋( 图3 ) 电位标 记为 C O lT一， 在经历 6 3 d湿循环和 2 7 d干循环后 ， 第 6 4 d测试 的电位记为湿循环腐蚀电位 ； 在经历 6 4 d和 5 1 d干循环后 ， 在第 5 2 d时测量的电位记为干 循环腐蚀电位。干湿循环后测量的腐蚀 电位统计见 表 3 。 2 0 1 5 N o 6 高扬， 等： 疲劳荷载和环境腐蚀作用下环氧涂层钢筋混凝土试件的耐久性研究 2 7 表 3 干湿循环时试件中钢筋的腐蚀电位 Ta b l e 3 Op e n c i r c u i t p o t e n t i a l o f t h e r e i n f o r c i n g ba r s i n th e t e s t s p e c i m e n s dur i ng we t - dr y c y c l e s 2 3阻抗结果 阻抗谱不仅可以得到腐蚀 电流和极化 电阻 ， 还 可以反馈混凝土阻抗和钢筋表面钝化膜 的信息。在 以阻抗为标准描述钢筋混凝土试件 内部钢筋锈蚀程 度时， 主要以阻抗模一 频率图( B o d e I zl 图) 、 相角一 频 率图( B o d e P h a s e图) 、 阻抗复平面图( N y q u i s t 图) 以 及初始频率 0 1 H z处阻抗值 为判断依 据 ， 在本 文 中， 取湿循环时正侧面钢筋阻抗 图谱进行统一分析 。 2 3 1 组 1 ： 仅 受环境腐蚀试件 组 1 ( E 1 、 E 0 2 E l 、 E 0 2 E 2 、 E 0 6 E l和 E 0 6 E 2 ) 试件 内正面侧钢筋 的阻抗模一 频率 图( B o d e I zl 图) 和阻抗复平面图( N y q u i s t 图) 如图 5所示 。读取在 频率初始位置试件的阻抗值( 表 4 ) ， 初始阻抗值能 为电位和阻抗分析结果提供进一步 的验证 ， 初始阻 抗越小 ， 证明腐蚀程度越大。 表 4 组 1 试 件钢筋在初 始频 率处阻抗值 Tab l e 4 I mpe da nc e v a l ue o f th e r e i nf o r c i ng ba r s i n Gr o up 1 a t i n i t i at e f r e que nc y 试件 编号 E 1 E 0 2 E l E 0 2 E 2 E 0 6 El E 0 6 E 2 初始频 率阻抗值 1 1 3 1 9 1 1 6 5 5 9 9 4 7 6 7 5 3 8 1 仅受环境腐蚀的试件， 由于没有经历疲劳荷载 的作用 ， 因此没有受荷之后出现的明显裂缝 ， 腐蚀速 率主要取决于涂层厚度以及混凝土的微裂缝。 B o d e I ZI 图中， 试件 E 0 2 E 2及 E 0 6 E 2中的阻 抗模值最大 ， 而且基本重合 ， E 0 2 E 1在低频段的阻 图 5 组 1 试件钢 筋阻抗图谱 ( 从上至下依次为 阻抗 模一 频 率图和阻抗 复平面 图 ) Fi g 5 EI S di a g r ams o f r e i nf o r c i n g ba r s i n t e s t s p e c i me n s of Gr o u p 1 ： L o g I ZI l 0 g f and Nyq ui s t pl ot s 抗模值偏低 ， E O 6 E l的阻抗模值明显低于其他涂层 试件 ， 无 涂层试件 E 1的阻抗模值很小 ， E 0 6 E l和 E 1 试 件 内部 钢 筋 锈蚀 程 度 较 高。N y q u i s t图 中， E 0 2 E 2及 E 0 6 E 2的图线更完 整， 超过 1 4圆弧 曲 线 ， E O 2 E l 及 E O 6 E l ， 圆弧半径 明显小且小于 1 4 圆弧 ， E 1图线 圆弧半径 最小。根据 已有 的试 验结 果 J ， N y q u i s t 半圆直径越大 ， 涂层 的耐腐蚀性能越 好 ， 故本组中 E 0 2 E 2和 E 0 6 E 2中涂层钢筋耐腐蚀 性能最好 。 2 3 2组 2试件 ： 5 0万次疲劳( 3 61 8 k N) 加载 和 环境 腐蚀 试件 组2 (F E 1 、E 0 2 F E 3 、E 0 2 F E 6 、E 0 6 F E 3 、 E O 6 F E 4 ) 的内部钢筋的阻抗模一 频率 图( B o d e l z l 图) 和阻抗复平面图( N y q u i s t 图) 如图 6所示 。频率 初始位置试件的阻抗值见表 5 。 B o d e I zl 图中， F E 1和 E O 2 F E 6阻抗较小 ， 均低 于 1 0 0 0 n， 腐 蚀 情 况 严 重 ， E 0 2 F E 3 、E 0 6 F E 3 、 E 0 6 F E 4阻抗均介于 1 0 0 0 3 0 0 0 n之 间， E 0 6 F E 3 阻抗 最 接 近 无 锈 蚀 试 件 ， 处 于 仍 未 锈 蚀 阶 段 ， E 0 2 F E 3和 E 0 6 F E 4阻抗略小 于无锈蚀试件 ， 有轻 微锈蚀。N y q u i s t 图中， 无涂层试件 F E 1和 0 2 mm 2 8 四川建筑科学研究 第 4 1 卷 涂层试件 E 0 2 F E 6的 N y q u i s t 曲线是一条低频率区 的斜直线 ， 说明此时在测试 的 3 0 0 mlT l 区段 ， 钢筋处 于腐蚀活性 状态 ， 已发生腐蚀 ； 0 2 mm涂 层试件 E 0 2 F E 3和 E 0 6 F E 4的 N y q u i s t 图接 近 1 4圆弧， E 0 6 F E 3的圆弧最大， 耐腐蚀性能在本组最好。 结合 表 5 ， 试 件 F E 1和 E 0 2 F E 6腐 蚀 最 重， E 0 6 F E 3腐蚀最轻 ， 基本无腐蚀 ， 涂层 阻隔作用很 明显 ， 其余三根试件的钢筋有不同程度的轻微腐蚀 ， 与腐蚀 电位 以及阻抗图谱的结果一致。 图6 组 2试件钢筋阻抗图谱( 从上至下依次为阻抗 模一 频率图 、 阻抗 复平面 图) F i g 6 EI S d i a g r a ms o f r e i n f o r c i n g b a r s i n t e s t s p e c i me n s o f G r o u p 2 ： L o g I zI l o g f a n d Ny q u i s t p l o t s 表 5 组 2试件钢筋在初始频率处阻抗值 Ta bl e 5 I mpe da nc e v al ue o f t he r e i nf o r c i ng ba r s i n Gr o up 2 a t i ni t i a t e f r e qu e nc y 试 件编号 F E 1 E 0 2 F E 3 E 0 2 F E 6 E 0 6 F E 3 E 0 6 F E 4 初始频率阻抗值 o h m 2 9 0 1 6 8 5 5 0 8 7 4 8 4 2 6 2 4 2 3 3 组 3 ： 5 O万 次疲 劳( 2 81 4 k N) 加 载 和 环 境 腐蚀 试件 组3 (F E 2、E O 2 D E 2 、E O 2 F E 5 、E 0 6 F E 5 、 E 0 6 D E 1 ) 的内部钢筋 的阻抗模一 频率 图( B o d e I z l 图) 和阻抗复平面图( N y q u i s t 图) 如图7所示。频率 初始位置试件阻抗值见表 6 。 1 0 0 0 T T T TT T_T T T，T T T，T T T l l l l I 图 7组 3试件钢筋 阻抗 图谱 ( 从上至下依次为 阻抗 模一 频率 图和 阻抗复平面图 ) Fi g 7 EI S d i a g r a ms o f r e i n f o r c i n g b a r s i n t e s t s pe c i m e ns o fGr o up 3： Lo gl Z1一l o g f a nd Ny qui s t pl ot s 表 6 组 3试件钢筋在初始频率处阻抗值 Tabl e 6 I mpe d anc e va l u e o f t he r e i nf or c i ng bar s i n Gr o up 3 a t i n i t i a t e f r e que nc y 试件编号 F E 2 E 0 2 D E 2 E 0 2 F E 5 E 0 6 F E 5 E 0 6 D E1 初始频率阻抗值 o h m 5 3 8 2 9 2 4 4 6 1 1 6 9 6 9 0 从阻抗图谱中分析得 出， 无涂层钢筋 F E 2阻抗 模值极小 ， 阻抗复平面图半径极小且近似线性无圆 弧， 已经严重锈蚀。带涂层钢筋中， 依据前述方法 ， 可以判断出0 2 mm名义厚度涂层试件 E 0 2 D E 2和 E 0 2 F E 5的锈蚀程度明显小于 0 6 m m名义厚度涂 层试件。 2 3 4 组 4 ： 1 0 0万次疲 劳( 2 81 4 k N) 加载 和 环境 腐蚀试 件 组4 (D E 2 、E O 2 F E 1 、E 0 2 F E 2 、E 0 6 F E 1 、 E 0 6 D E 2 ) 的内部钢筋 的阻抗模一 频率图( B o d e l z l 图) 和阻抗复平面图( N y q u i s t 图) 如图 8所示 。频率 初始位置试件阻抗值见表 7 。 蛳 枷 o g闷 2 0 1 5 N o 6 高扬 ， 等： 疲劳荷载和环境腐蚀作用下环氧涂层钢筋混凝土试件的耐久性研究 2 9 1 0 0 0 0 1 0 00 1 0 0 訾 一 1 0 l 7 o 0 i 6。 4 0 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 l 5 0 0 2 0 0 0 2 5 o 0 Zr e n 图 8 组4试件钢筋阻抗图谱( 从上至下依次为阻抗 模嘲 率图和阻抗复平面图) F i g 8 EI S d i a g r a ms o f r e i n f o r c i ng b a r s i n t e s t s p e c i me n s of Gr o u p 4 ： L o g l ZI l o g f a n d N y q u i s t #o r s 表7 组 4试件钢筋在初始频率处阻抗值 Ta b l e 7 I mp e d a n c e v a l u e o f t h e r e i n f o r c i n g b a r s i n Gr o up 4 a t i ni t i a t e f r e que nc y 试件编号D E 2 E 0 2 F E 1 E 0 2 F E 2 E 0 6 F E 1 E 0 6 D E 2 初始频率阻抗值 o h m 5 2 1 3 1 8 0 4 3 4 9 5 1 5 1 0 0万次疲 劳试件 的阻抗 图谱 中， 阻抗模值相 较于组 3 都有明显的下降， 阻抗复平面图的圆弧半 径小 ， 无涂层试件 D E 2严重锈蚀 ， 在涂层钢筋混凝 土试件中 ， 仅有 E 0 2 F E 1锈蚀程度相对低 ， 其余试 件的钢筋锈蚀都已经很明显。 2 4腐蚀结果总结 通过以上方法 ， 综合腐蚀电位和阻抗测量结果 ， 得 出的内部钢筋锈蚀程度如下 ： 组 1中 E 1有较重锈蚀 ， E 0 2 E l和 E 0 6 E 2有 轻微锈蚀 ， 0 2 E 2和 E 0 6 E 2无锈蚀 ； 组 2中 F E 1 和 E 0 2 F E 6有较重锈蚀 ， E 0 2 F E 3 、 E O 6 F E 3 、 E 0 6 F E 4有不同程度锈蚀 ； 组 3中 F E 2有较重锈 蚀 ， E O 2 D E 2 、 E 0 2 F E 5 、 E O 6 F E 5和 E 0 6 D E 1有不 同程度锈蚀 ； 组 4中 D E 2有 较重锈蚀 ， E 0 2 F E 1 、 E 0 2 F E 2、 E 0 6 F E 1 和 E 0 6 D E 2有不同程度锈蚀。 3 试 验结果分析 3 1 涂层厚度与疲劳加载对裂缝开裂形式的影响 裂缝统计结果表 2说明， 环氧涂层会改变钢筋 与混凝土之间的粘结特性 ， 使得在荷载作用下 ， 裂缝 发展 、 裂缝宽度 和裂缝 间距 有所不 同。同组 中， 配 0 2 m i l l 薄涂层的试件与普通钢筋混凝土试件在荷 载作用下的裂缝发展较相似 ， 裂缝间距小 ， 裂缝 多； 配0 6 In m厚涂层的试件在同样的荷载作用下， 裂 缝 间距大 ， 裂缝少， 主裂缝 宽度 明显增大 ， 这与文献 4 的试验结果一致。涂层在 5 0万次和 1 0 0万次 的疲劳荷载情况下 ， 裂缝 的宽度和裂缝 间距差别不 大 ， 裂缝没有进一步开展。因此 ， 带涂层试件的裂缝 宽度 、 裂缝 间距普遍 大于无涂层试件 ， 涂层厚度增 加 ， 底面裂缝宽度 和裂 缝间距变大 ， 易 出现较大 裂 缝 ， 对于试件正常使用不利 。 3 2 涂层厚度与疲劳荷载对试件钢筋腐蚀 电位的 影响 环氧涂层对钢筋 的保护作用很 明显 ， 无涂层的 试件腐蚀电位远远大于有涂层钢筋混凝土试件 ， 无 涂层钢筋在盐水环境下锈蚀速度非常快 ， 涂层有效 地隔绝 了氯离子与钢筋的直接接触。 在疲劳荷载的作用下， 疲劳作用的涂层钢筋腐 蚀 电位 高于不加载涂层钢筋 电位 ， 根据组 2和组 3 的电位 ( 表 3 ) 比较 ， 疲劳加载上下限对不 同厚度涂 层钢筋的腐蚀电位影响不大。 根据表 2的组 3 、 4裂缝数据 ， 相 比于 5 0万次疲 劳荷载试 件的裂缝数据 ， 试件在 1 0 0万次的疲劳加 载下 ， 裂缝的宽度和裂缝 间距差别不大。但根据表 3的电位值统计 ， 0 2 mm名义涂层厚度钢筋 的电位 变化不大， 甚至组4腐蚀电位值会小于组 3腐蚀电 位值 ； 0 6 mm名义涂层厚度钢筋的电位 ， 尤其是干 循环电位 ， 则 随着疲 劳荷载次数 的增 大略有上 升。 这与 试 件 的 裂 缝 开 裂 形 式 有 关 ，以 组 3试 件 E 0 6 D E 1和 E 0 2 D E 2的裂缝形 式为 例， 如图 9所 示。图 9中， 试件 E 0 6 D E 1裂缝少 ， 裂缝宽度稍大， 在疲劳荷载中裂缝处涂层更容 易出现细微损伤 ， 在 环境腐蚀阶段， 这些细微损伤将影响钢筋的局部锈 蚀 ， 使得电位上升。 3 3 相同加载形式下涂层厚度对阻抗图谱的影晌 分别对组 2 4的阻抗图谱进行分析 ( 图 6 8 ) ， 相 同加 载形 式下 ， 无涂层试件 的内部 钢筋都锈 3 0 四川建筑科学研究 第4 l 卷 正侧 面 反侧 面 1 5 0 0 反侧面 】 5 0 0 图 9 E 0 6 D E 1 ( 上 ) 、 E 0 2 D E 2 ( 下 ) 的裂缝形式 Fi g 9 Sc he m a tic c r a c ki n g pa t t e r n of t e s t s pe c i m e ns E 0 6 DE 1( t o p )a n d E 0 2 D E 2( b o t t o m) 蚀严重， 阻抗模值很低， 阻抗复平面图线呈线性上 升 ， 不足 1 4圆弧 ， 有涂层钢筋的锈蚀情况较无涂层 钢筋有很大改善 。对 有涂层钢筋阻抗 图谱进行统 计 ， 结合钢筋涂层 实际厚度 ， 经历 疲劳加 载的 0 2 m m涂层试件 的内部钢筋阻抗 图谱相对于 0 6 mm 涂层钢筋阻抗模值偏高 ， 阻抗复平面曲线更完整 ， 腐 蚀程度偏低。对于未经历疲劳加载的涂层试件， 0 6 m m涂层试件的阻抗模值更高， 复平面曲线更完整。 故在相同荷载幅值 的疲劳荷载作用下 ， 因厚 涂层钢 筋试件的主裂缝开展较大 ， 涂层在加载过程中易损 伤 ， 反而不利于钢筋 的抗腐蚀性 。 3 4 疲劳加载的上下限和循环次数对试件钢筋阻 抗的影响 根据组 2和组 3的阻抗 图谱 ( 图 6 、 7 ) 对 比分 析 ， 对于疲劳加载上下 限不 同的试件 ， 5 4l 8 k N 的疲劳加载试件相较于 2 8 1 4 k N试件 ， 阻抗模值 稍大 ， 复平 面 曲线 完整 度差 别小 ， 腐蚀 程度 基本 相同。 根据组 3和组 4的阻抗 图谱 ( 图 7 、 8 ) 对 比分 析 ， 疲劳上下限均为 2 81 4 k N的情况下 ， 疲劳加 载 1 0 0万次试件的阻抗 图谱相较于 5 0万次试件 ， 阻 抗模值明显变小 ， 复平面曲线完整度变化不大 ， 疲劳 荷载次数增加对涂层的破坏程度增大 ， 锈蚀程度也 随之增大。 4 结 论 对 2 O根环氧涂层钢筋混凝 土试件在疲劳加载 和环境腐蚀下内部钢筋腐蚀情况 的研究 ， 得到如下 结论 ： 1 )带涂层钢筋混凝土试件的裂缝宽度、 裂缝间 距普遍大于无涂层钢筋混凝土试件 ， 涂层厚度增加 ， 底面裂缝宽度变大 ， 裂缝 间距也 变大 ， 裂缝 总数 减 少 ， 更容易出现较大裂缝。 2 ) 环氧涂层具有较强的耐腐蚀性 ， 在带裂缝试 件的环境腐蚀过程 中， 普通钢筋混凝土试件中钢筋 普遍腐蚀程度较大 ， 涂层钢筋混凝 土试件 中钢筋腐 蚀程度较小。不同加载条件下 ， 涂层钢筋在腐蚀 电 位和阻抗图谱的表现都优于无涂层钢筋。 3 )试验结果表明， 受疲劳荷载作用的涂层钢筋 腐蚀电位高于不加载试件中涂层钢筋电位。相同加 载形式下 ， 疲劳加载上下限 3 61 8 k N与 2 81 4 k N的试件钢筋的阻抗图谱相似 ， 钢筋锈蚀程度基本 相同。加载上下 限相 同， 相较于 5 0万次试件 ， 1 0 0 万次试件的腐蚀电位值、 阻抗模值明显变小 ， 钢筋锈 蚀程度增大。 本文涉及的进一步的测试结果和定量分析将在 后继文章中发表。 参 考 文 献 ： 1 M a a g e M， H d l a n d S ， P n u l s e n E ， e t a 1 S e r v i c e L i f e p r e d i c t i o n o f e x - i s t i n g c o n c r e t e s t r u c t u r e s e x p o s e d t o m a r i n e e n v i ro n m e n t J A C I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 1 9 9 6 ， 9 3 ( 6 ) ： 6 0 2 0 8 2 Z a n u y C， A l b a j a r L， F u e n t e P S e c t i o n a l a n a l y s i s o f e o n e r e t e s t r u t t u r e s u n d e r f a t ig u e l o a d i n g J A C I S t r u c t u r a l J o u r n al， 2 0 0 9 ， 1 0 6 ( 5 ) ： 6 6 7 - 6 7 7 3 J We y e r s R E， P y c W ， S p fi n k e l M ME s t i m i n g t h e s e r v i c e l i f e o f e p o x y c o a t e d R e i n f o r c in g s t e e l J A C I S t r u c t u r a l J o u r n al， 1 9 9 8 ， 9 5 ( 5 ) ： 5 4 6 - 5 5 7 4 C l e a r y D B， R a