碳纤维布加固锈蚀钢筋与混凝土黏结力试验研究

采用碳纤维布加固是钢筋混凝土结构加固的常用方法,而加固后钢筋与混凝土的黏结力是衡量其加固效果的关键点。钢筋采用电化学加速锈蚀方法,研究了碳纤维布加固锈蚀钢筋与混凝土的黏结力,对比分析了钢筋具有相同理论锈蚀率下的3组试验方法:未加固锈蚀试件、锈蚀后加固和锈蚀前加固。试验结果表明:碳纤维布加固试件能够显著提高其黏结力,尤其是钢筋锈蚀前加固试件;碳纤维布加固使得试件破坏状态由劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏;随着钢筋锈蚀率的增大,未加固试件的黏结力显著下降;钢筋锈蚀前加固试件,其黏结滑移曲线下降段较为平缓。     

碳纤维布约束下钢纤维混凝土与腐蚀钢筋黏结性能的试验研究

为研究碳纤维布加固对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的效用,采用外加电流法对96个预埋钢筋-钢纤维混凝土试件进行加速腐蚀,腐蚀完成后横向包裹两层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究纤维布约束对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响规律,并与普通混凝土试验结果进行对比分析,探讨钢筋种类、保护层厚度、腐蚀率、纤维布约束及钢纤维等对黏结性能的影响规律。研究表明:①碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由钢纤维混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏,且碳纤维布约束使钢纤维混凝土试件的极限黏结强度提高,黏结-滑移曲线的下降段变缓;②钢筋种类、保护层厚度显著影响钢纤维混凝土试件的峰值黏结强度,螺纹钢筋试件的峰值黏结强度约为光圆钢筋试件的2.0～2.7倍,保护层厚度由40mm增大到60mm时,试件峰值黏结强度提高;③当腐蚀率小于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度随着腐蚀率增大有所提高;当腐蚀率大于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度降低;④在相同约束条件下,钢纤维混凝土峰值黏结强度比普通混凝土提高22.5%～61.5%,在峰值拉拔荷载下对应的滑移量较大,且光圆钢筋钢纤维混凝土试件黏结-滑移曲线的下降段比普通混凝土更为平缓。     

锈蚀钢筋与再生混凝土间粘结性能试验研究

通过电化学加速锈蚀方法,获得了7组不同钢筋锈蚀率（0~7.62%）的C30再生混凝土拔出试件。采用RILEM TC9-RC标准,得到了不同钢筋锈蚀率下再生混凝土与钢筋之间的荷载-滑移曲线。分析了钢筋锈蚀率对再生混凝土与钢筋粘结滑移性能的影响。结果表明：在钢筋锈蚀率较小时,再生混凝土粘结试件发生拔出破坏;当钢筋锈蚀率超过1.4%时,粘结破坏形式转变为再生混凝土劈裂破坏;再生混凝土与钢筋之间的粘结强度退化与普通混凝土的粘结性能退化规律有相似之处,均有一个先上升后快速下降的过程;根据试验结果,建立了再生混凝土与锈蚀钢筋间粘结-滑移本构方程。图10表5参5     

混凝土劣化对钢筋与混凝土间粘结性能的影响

对同种型号变形钢筋分别与3种不同配方混凝土构成的试件在不同程度劣化后进行拉拔试验,研究试件破坏模式和粘结性能退化规律,分析混凝土抗拉强度、碳化深度及相对保护层厚度对钢筋与混凝土间粘结性能的影响程度.结果表明:随着混凝土劣化程度增加,试件破坏形式由剪切形破坏转变为剪切破坏的同时伴随着上部混凝土的压碎;钢筋-混凝土间极限粘结强度随着碳化深度增加先增加后减小,随着相对保护层厚度的减小而降低;强度相对较高的混凝土劣化后,即使强度降至与未劣化的低强度混凝土相同,在保持粘结性能方面仍显现优势;混凝土锈胀开裂后,与钢筋间的粘结性能则快速降低.结合钢筋周边未劣化混凝土厚度分3种状况对钢筋与混凝土间粘结力模型的适用性进行分析.     

锈蚀率与极限粘结强度关系的试验研究

根据钢筋快速锈蚀试件的粘结破坏试验结果 ,考虑混凝土保护层厚度、混凝土强度、钢筋直径、钢筋种类和钢筋位置 5种因素对锈蚀率与粘结强度关系的影响 ,给出了钢筋锈蚀率与钢筋混凝土极限粘结强度的本构关系。为锈蚀钢筋混凝土构件承载能力全过程分析提供了科学依据。     

侵蚀环境下TRC约束混凝土与钢筋的黏结性能

纤维编织网增强混凝土(TRC)约束条件下钢筋与混凝土的黏结性能是评价TRC加固效果的重要因素之一.基于电化学锈蚀和拔出试验结果,从锈胀裂缝、破坏模式、黏结强度、黏结失效机理的角度对比分析了侵蚀环境下未约束和TRC约束混凝土与钢筋的黏结性能,并从能量角度对黏结性能作了进一步阐释.结果表明:TRC约束可以有效限制锈胀裂缝的开展,TRC约束试件的锈胀裂缝宽度明显降低;TRC约束试件的破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为具有一定延性特征的劈裂-拔出破坏;未约束试件的极限黏结强度随钢筋锈蚀率增加而极大降低,TRC约束则可以有效控制该降低趋势;从能量角度得到的分析结果与试验结果具有较好的一致性.     

UHPC加固锈蚀钢筋混凝土柱轴心受压性能试验研究

为研究在轴压荷载作用下,UHPC对锈蚀钢筋混凝土柱加固前后的裂缝开展情况、破坏形态、竖向和横向变形、极限荷载的影响,共设计了9根试件,通过电化学的方式对所有试件通电锈蚀,再采用UHPC对部分试件加固,最后采用控制变量法分别对锈蚀率为10％、20％、30％的试验柱进行轴压破坏试验研究.试验结果表明:钢筋混凝土柱的表观裂缝随锈蚀率提高逐渐发展,UHPC可以有效的抑制锈蚀裂缝的开展,采用UHPC加固后不会对原RC柱产生围压作用;未加固试件破坏形态主要表现为试验柱表面出现大量裂缝后混凝土被压碎,加固后试验柱破坏形态主要表现为UHPC加固层劈裂破坏;加固后构件极限压应变值平均提高了24.8％,极限拉应变值平均提高了34.1％,极限承载力约为原试验柱的2倍;对UHPC加固锈蚀RC柱进行了理论模型验证,考虑了核心约束区混凝土强度的增强、锈蚀后混凝土的有效截面面积、锈蚀钢筋屈服强度的折减系数等,研究结果表明该理论模型与实测值较为符合.在考虑核心约束区混凝土强度的增强、锈蚀后混凝土的有效截面面积、锈蚀钢筋屈服强度的折减系数的基础上,提出了UHPC加固锈蚀RC柱的理论模型,理论值与实测值符合较好,可供实际工程参考.     

除锈方法对钢筋与混凝土粘结性能的影响试验研究

对直径14mm和18mm的变形钢筋进行不同程度的锈蚀作用,然后选用角磨机、除锈剂和抛丸机三种方法进行除锈,并利用除锈后的钢筋制作中心拔出试件,对不同钢筋直径、不同锈蚀率和不同除锈方法得到的钢筋和混凝土的粘结性能进行试验研究.试验过程中观察记录了加载荷载、钢筋滑移量、峰值荷载、试件破坏形式和裂缝发展情况等.根据试验结果分析了钢筋直径、锈蚀率和除锈方法对钢筋和混凝土的极限粘结应力、峰值滑移量的影响.试验结果表明:直径14mm的钢筋角磨机除锈后发生劈裂破坏,除锈剂和抛丸机除锈后发生拔出破坏;直径18mm钢筋都发生劈裂破坏;随着锈蚀率的增大,除锈后试件的极限粘结应力减小,峰值滑移量增大.     

500MPa级钢筋在高强混凝土中的锚固性能试验研究

进行了15组45个中心置筋拉拔试件试验,混凝土立方体抗压强度实测值在66.6MPa～89.2MPa,钢筋为HRB500,研究混凝土强度和相对保护层厚度对粘结锚固性能的影响。试验表明:66.6MPa～77.2MPa的试件极限粘结强度随混凝土抗压强度的提高而增大,而78.7MPa及以上试件极限粘结强度停止增长并有所降低;试件的极限粘结强度随相对保护层厚度c/d的增长近似呈线性增长;高强混凝土与普通混凝土相比劈裂后粘结强度的增长程度不明显。将极限粘结强度试验值与高强混凝土粘结强度公式计算值对比可知,锚筋直径为25mm,混凝土强度89.2MPa试件试验值较公式值偏小。     

再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究

为了探究再生混凝土结构的耐久性能,对5组不同钢筋锈蚀率(0~9%)的再生混凝土梁式试件进行加载试验。分析不同钢筋锈蚀率对再生混凝土梁式试件的钢筋应变、局部粘结应力、粘结滑移和极限粘结应力的影响。结果表明:钢筋锈蚀率大于3%时试件底部开始有细微锈胀裂缝出现;锈蚀率越大,荷载作用下钢筋应变沿锚固位置的变化曲线越平缓;局部粘结应力沿锚固段呈现出双峰分布,峰值主要集中在加载端和自由端附近;加载端附近位置滑移现象最先发生,远离加载端滑移现象延后;随着钢筋锈蚀率的增大,极限粘结强度先增加后降低,极限荷载下的滑移值增大。     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯刚度

利用外加电流加速锈蚀法获得锈蚀钢筋混凝土梁,对其粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验,并对加固试验梁建立有限元模型,研究其在静力荷载作用下的抗弯刚度和变形能力。结果表明,随钢筋锈蚀率增大,碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯刚度发生退化,极限变形能力逐渐削弱。粘贴纵向碳纤维布在一定程度上能够提高锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯刚度,设置横向U形箍则能有效提高加固体系的整体工作性能。在试验及分析结果基础上,按照传统钢筋混凝土梁截面抗弯刚度解析分析方法的思路,引入钢筋应变综合系数来考虑锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能退化对梁抗弯刚度的影响,并根据试验梁和钢筋不同锈蚀程度有限元模型梁的计算刚度进行反推计算,建立了钢筋应变综合系数的计算公式,进而提出了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算方法。与试验结果及有限元模拟分析结果的比较表明,所提计算方法具有较高的精度。     

腐蚀钢绞线和腐蚀钢筋与混凝土的粘结性能对比

为了对比腐蚀钢绞线和腐蚀钢筋与混凝土的粘结性能,通过加速腐蚀和拉拔试验得到二者的粘结特征参数和腐蚀特征,并对其进行了对比研究。研究发现,腐蚀钢绞线和腐蚀钢筋由于表面特征及微观结构的不同导致了其粘结性能的不同,主要表现在:腐蚀钢绞线的抗蚀效应更加明显,腐蚀速度更快;腐蚀钢筋的粘结滑移曲线存在一个较为明显的强化阶段,而腐蚀钢绞线却在粘结力下降后出现了相当长的水平阶段;腐蚀钢筋的极限粘结强度相对于腐蚀钢绞线退化得更快,两者的粘结刚度退化速度大致相当,而无论腐蚀与否,钢绞线的粘结刚度和残余滑移都较钢筋大。     

受拉侧锈蚀钢纤维-钢筋混凝土管片承载力退化模型研究

近年来,国内外新建盾构隧道与管道工程中采用钢纤维-钢筋混凝土管片愈来愈多,在侵蚀环境下管片钢筋锈蚀的问题突出,提出适用于锈蚀后钢纤维-钢筋混凝土管片的残余承载力计算的方法十分重要。鉴于此,文章根据服役期盾构隧道管片所处环境及受力特征,结合钢筋混凝土结构正截面承载力计算理论,提出受拉侧锈蚀钢纤维 钢筋混凝土管片承载力退化模型,并给出相应的求解流程。同时,分析不同锈蚀率与不同钢纤维掺量下受拉侧锈蚀钢纤维-钢筋混凝土管片承载力曲线,并将该模型理论解与压弯荷载作用下钢纤维-钢筋混凝土管片的同步加速锈蚀室内试验结果进行比较,验证了该模型的适用性和可靠性。主要结论有：①随着钢纤维的掺量增加,混凝土的立方体抗压强度会先增大后减小;②偏心受压管片构件极限弯矩最大值随主筋锈蚀率的增大而不断减小,随钢纤维掺量的增大而不断增大,但增大幅度逐渐减小;极限轴力最大值受主筋锈蚀率的影响不大,但随钢纤维掺量先增大后减小。③主筋锈蚀率与钢纤维掺量对大偏心受压构件的影响均大于小偏心受压构件;界限偏心距随主筋锈蚀率的增大而减小,随钢纤维掺量的增大而增大。     

腐蚀钢筋与混凝土粘结性能退化规律

为了探讨腐蚀后变形钢筋与混凝土的粘结问题,该文以氯盐侵蚀环境为背景,以通电腐蚀的方式获得了腐蚀变形钢筋与混凝土的粘结试块,对腐蚀变形钢筋与混凝土粘结性能的退化进行了研究。通过拔出试验得到了不同裂缝宽度的粘结滑移曲线,并对粘结滑移曲线进行分析,得到了腐蚀变形钢筋与混凝土的极限粘结强度在钢筋锈蚀程度较低时有所提高,腐蚀程度较大时随裂缝宽度的增长而下降的规律。通过分析粘结滑移曲线得到了各粘结性能参数,数据显示各试样极限粘结强度和粘结刚度随着裂缝宽度增大均呈现下降趋势,且二者具有一定的线性关系。     

锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度模型

为了建立较为完善的锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度模型,改变以往仅考虑钢筋锈蚀程度的单因素回归分析方法,对粘结强度模型进行理论分析。对钢筋与混凝土在接触面上的粘结作用机理及粘结力组成进行分析,借助弹性力学方法,建立了锈蚀前钢筋与混凝土的粘结强度理论模型。从锈蚀改变钢筋表面特征参数和混凝土保护层约束力入手,采用钢筋均匀锈蚀假定,并基于未锈钢筋与混凝土的粘结强度模型,建立了钢筋锈蚀后的粘结强度计算模型,该模型能够考虑各种因素对粘结强度的影响。通过试验数据对模型进行了验证,结果吻合较好。     

锈蚀钢筋与钢纤维混凝土的黏结性能试验研究

钢纤维混凝土具有良好的开裂后拉伸性能和韧性,已被广泛用于工程结构的修复加固中。对于所修复的锈蚀构件,钢纤维混凝土与锈蚀钢筋的黏结性能是影响其力学性能的关键因素。首先通过电化学方法对钢筋进行预锈蚀,进而采用清理干净的预锈蚀钢筋制作拉拔试件,然后通过中心拉拔试验研究锈蚀钢筋与钢纤维混凝土的黏结性能。试验结果表明：钢纤维的掺入能够使试件从劈裂破坏转变为拔出破坏,同时黏结强度比提高4.4%~7.5%;随着黏结长度的减小,加载端与自由端的相对滑移也逐渐减小,而峰值黏结应力对应的平均滑移却逐渐增大;锈蚀率对黏结强度的影响与黏结长度相关,与未锈蚀试件相比,当锈蚀率达到约15%时,黏结长度为3d（d为钢筋直径）试件的黏结强度减小21%,而黏结长度为7d试件的黏结强度基本不变。基于试验结果,建立了以锈蚀率和黏结长度为参数的黏结强度经验公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

腐蚀对反复荷载下钢筋与混凝土粘结性能的影响

反复荷载可导致钢筋与混凝土之间粘结的严重退化,尤其在混凝土中的钢筋受到腐蚀后。试验研究了不同腐蚀率的钢筋腐蚀对反复荷载作用下的粘结-滑移特性的影响。研究参数包括钢筋腐蚀率和侧向约束。先用加速腐蚀方法将埋置于混凝土中受侧向约束和无侧向约束的钢筋腐蚀至不同的腐蚀程度,再测定其在反复荷载作用下的粘结应力-滑移特性。试验结果显示,较低的钢筋腐蚀有助于减小反复荷载作用下粘结损失的幅度,但这种影响随着腐蚀率增大而减弱。卸载阶段的粘结应力水平仅为加载阶段的3/4。较之于受约束试件,无约束试件的粘结强度随腐蚀率减小更为显著。建立了粘结退化率来表示荷载作用下的粘结损失。较高腐蚀率主要在前5个加载循环引起较大的粘结退化,腐蚀的影响随荷载作用而减弱,同时,反复荷载作用下的粘结应力-滑移曲线与加载历史有关。     

Corrosion of steel reinforcement in concrete of different compressive strengths

Corrosion of steel bars embedded in concrete having compressive strengths of 20, 30 and 46 MPa was investigated. Reinforced concrete specimens were immersed in a 3% NaCl solution by weight for 1, 7 and 15 days. In order to accelerate the chemical reactions, an external current of 0.4 A was applied using portable power supply. Corrosion rate was measured by retrieving electrochemical information of polarization technique. Pull-out tests of reinforced concrete specimens were then conducted to assess the corroded steel/concrete bond characteristics.Experimental results showed that corrosion rate of steel bars and bond strength between corroded steel/concrete were dependent on concrete strength and accelerated corrosion period. As concrete strength increased from 20 to 46 MPa, corrosion rate of embedded steel decreased. First day of corrosion acceleration caused a slight increase in steel/concrete bond strength, whereas sever corrosion after 7 and 15 days of corrosion acceleration significantly reduced steel/concrete bond strength. Visual and metallographic observation of steel bars removed from concrete samples after testing revealed that the severity of corrosion reactions and reduction of steel bar diameter increased as the corrosion acceleration period increased. Presence of localized corrosion pits as well as severe corrosion grooves of steel bars was confirmed after 7 and 15 days of corrosion acceleration, respectively.     

锈蚀与冻融耦合作用下再生混凝土与钢筋黏结性能梁式试验研究

为了研究锈蚀与冻融循环耦合作用下再生混凝土与钢筋的黏结滑移性能,以钢筋锈蚀率及冻融循环次数为变量,对耦合作用下的钢筋再生混凝土梁试件进行试验,分析其黏结滑移特征值变化规律,并与普通混凝土梁试件进行比较。根据试验结果建立钢筋再生混凝土黏结 滑移本构关系。结果表明：各组试件均发生纵筋拔出破坏;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,冻融循环较钢筋锈蚀对黏结性能的影响更大;平均黏结应力-滑移曲线可大致分为线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及残余段;再生混凝土试件的各黏结滑移特征值的波动幅度相对于普通混凝土的较大;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,再生混凝土与钢筋间的化学胶着力要优于普通混凝土;普通混凝土的起始黏结应力与极限黏结应力的比值介于0.38~0.49之间,低于再生混凝土试件,再生混凝土抗滑移性能优于普通混凝土的。建立了考虑钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下的钢筋与再生混凝土黏结滑移本构关系,可为北方地区锈蚀率小于3%的再生混凝土梁黏结性能研究提供参考。