混凝土中钢筋腐蚀程度极限状态的试验研究

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1、混凝土中钢筋腐蚀程度极限状态的试验研究田冠飞（中国建筑科学研究院北京100013）摘要：采用电解加速腐蚀方法，从试验手段界定了混凝土中钢筋开始发生腐蚀后混凝土结构的不同耐久性极限状态。以混凝土保护层锈胀裂缝宽度作为钢筋腐蚀程度（轻微腐蚀、中度腐蚀和严重腐蚀）判断依据，研究了混凝土强度等级、保护层厚度、钢筋净间距和钢筋所处位置等因素作用下的钢筋腐蚀率及保护层锈胀开裂形式。钢筋开始发生腐蚀后的各耐久性极限状态的界定，对确定性模型和随机概率模型进行预测分析时耐久性极限状态判定提供了试验依据。.jyqk

2、m范围内；中度腐蚀—保护层裂缝控制在0.2mm～0.5mm范围内；严重腐蚀—裂缝宽度控制在0.5mm～2.0mm或以上。试件共计54块，试验方案见表1[1]。2.2钢筋性能试验用光圆钢筋为Q235普通钢，公称直径为10.0mm，长度略小于200.0mm，性能参数见表2。2.3混凝土配合比本试验中设计了C20和C50强度等级的混凝土，配合比见表3。2.4试件制备试验中所有保护层厚度和钢筋直径比值L/d和钢筋净间距与钢筋直径比值S/d（不同钢筋个数）共9种组合。为使钢筋准确定位，分别在200mm3的

3、钢模两端嵌入一对完全相同的定位模板。模板中的孔洞直径均为10.0mm，钢筋位置安排的原则是：首先保证L/d值，然后每个L/d值对应的3、4、5根钢筋均匀定位，所以在外部尺寸相同条件下（200mm×200mm），不同L/d值对应的S/d值有所不同。以L/d=1.5，试件内3根钢筋为例，受腐蚀成型试件如图2所示。试验进行时，为防止腐蚀产物从试件两端（露钢筋头大约10mm）漏出，浸泡在电解液（5.0％的NaCl溶液）中的底端进行环氧树脂密封两次，然后用砂浆封堵，砂浆表面再用环氧树脂封堵。而通过导线与直

4、流电源相连的顶端，由于试验中电解液液面不漫过试件混凝土上表面，所以顶端的钢筋与导线链接好以后，用环氧密封一次即可。为方便起见，对受测钢筋混凝土试件及钢筋进行编号，编号示例说明如图3所示：混凝土强度等级为C20，腐蚀程度为轻微腐蚀，混凝土保护层厚度与钢筋直径比值L/d＝2.5，钢筋净间距与直径比值S/d=3.67，该试件中共有4根钢筋，这是第2根钢筋。3试验过程和测量方法3.1测量装置成型试件经过56d室内养护后，将其放置在5.0％的NaCl溶液（作为电解液）中，溶液上液面不漫过试件上表面，试件的

5、放置方式和数据采集如图4所示[1]。直流恒压电源正极串联阻值为1Ω的电阻与钢筋（作为阳极）相连接，电源负极与不锈钢板（作为阴极）相连接，恒压控制：18V。3.2钢筋腐蚀失重率的测量当受测试件中某根钢筋达到所要求的腐蚀程度后（钢筋周围最大裂缝宽度达到所要求的控制条件：0mm～0.2mm，0.2mm～0.5mm，0.5mm～2.0mm或以上），立即切断通过该钢筋电流，待该试件中所有钢筋均达到所要求的腐蚀程度后，从电解液中取出，进行裂缝信息记录（包括裂缝形式和裂缝宽度）。记录完裂缝信息后将试件破型，按

6、次序取出钢筋，最后按《水运工程混凝土试验规程》（JTJ270-98）[5]将钢筋进行酸洗、烘干、冷却和称重。以混凝土强度等级为C50，L/d=1.5，严重腐蚀的试件为例，钢筋腐蚀导致保护层出现锈胀裂缝情况如图5所示，破型后的照片如图6所示。3.3试验结果试验详细记录了混凝土强度等级，保护层厚度（L/d），钢筋净间距（S/d），以及钢筋所处位置等因素影响下，不同腐蚀程度对应试件保护层的裂缝信息（包括裂缝形式和裂缝宽度），C50L/d＝2的情况如图7所示。混凝土强度等级、保护层厚度组合的六种情况对应

7、的钢筋腐蚀失重率条形图如图8所示。电解加速腐蚀过程中，按照法拉第定律进行理论计算的钢筋失重率与实测钢筋失重率有差别。通常是实测钢筋失重率小于理论计算值，这是因为除了阳极金属溶解外，还有其他副反应而析出另外一些物质，相应也消耗了一部分电量；其中有部分实际溶解铁的原子价比理论计算假设的要高。少数情况下，理论计算值小于实测值，这可能是由于部分实际溶解铁的原子价比计算假设的原子价要低；以及电解加速腐蚀过程中钢筋块状剥落，原因可能是材料组织不均匀或金属材料－电解液成分的匹配不当所引起。4试验结果分析4.1

8、加速腐蚀速度虽然采用电解加速腐蚀方法得到的腐蚀电流大小与实际情况不同，但就试验本身是可以进行各因素对电解腐蚀速度的影响程度对比。通过试验数据发现：C20试件中钢筋腐蚀速度平均是C50试件中对应的6倍左右，这是由于强度高的混凝土水灰比较低，微观结构致密，不易导致电解所需电解液的输移和传导，进而减缓了混凝土中钢筋腐蚀速度。处于角边的钢筋电解腐蚀速度是处于中边的腐蚀速度的1～2倍左右，这是由于处于角边的钢筋周围与电解液的接触机会比处于中边的高1倍左右[1]。无论试件混凝土强度等级为C20还是C50，随