混凝土中钢筋锈蚀产物模量特性研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第5期水利水运工程学报No．52014年10月HYDRO-SCIENCEANDENG1咂ERlNG0ct．2014混凝土中钢筋锈蚀产物模量特性研究徐港，鲍浩，王青，徐浩铭(1．三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002；2．三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心湖北宜昌443002)摘要：采用固结试验研究了不同锈蚀产物压缩模量值的变化规律。通过水泥细度负压筛析仪，得到锈样粒径范围为0．01～0．05mm，0．05～0．08mm，0．08～0．10mm和0．10～

2、0．32mm的4种锈样；使用KH一7700三维视频显微系统分别观测锈样颗粒尺寸，得到各组锈样的等效粒径；最后对4种粒径范围的锈样分别进行固结试验。试验结果表明：锈蚀产物压缩模量不是一个定值，而是随着压应力的增加线性增大；在相同应力水平下，平均粒径相近锈样压缩模量的大小与其化学成分相关，锈蚀物氧化越充分，其压缩模量值随压应力增加变化幅度越小。设锈蚀产物为弹性材料，锈蚀产物泊松比为0．25，经分析推导得到钢筋混凝土构件保护层表面锈胀开裂时，锈蚀产物弹性模量值介于0．017～0．733GPa之间。此值可为研究钢

3、筋锈蚀致混凝土开裂选取分析参数提供参考。关键词：钢筋锈蚀物；锈样粒径分布；固结试验；压缩模量；弹性模量；锈样分析中图分类号：TU528文献标志码：A文章编号：1009—640X(2014)05—0022—07钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的首要原因，与之相关的研究受到人们广泛重视¨。目前关于锈蚀对混凝土结构抗力性能影响的研究已取得大量成果，然而对于锈蚀物自身力学性能的研究却仅有少量报道，如S．Kumiko等绘制了锈蚀产物体积膨胀率一弹性模量关系图，认为钢筋锈蚀物的弹性模量值应在0．1～0．5GPa之间；K

4、。Lundgrenl6基于锈蚀导致混凝土保护层胀裂的仿真分析，推算得到铁锈的弹性模量E，值约为14．0GPa；而S．Car6r等采用弹性理论对保护层锈蚀胀裂分析表明铁锈弹性模量为0．14GPa；A．Ouglova_8将锈样研磨成粒径为0．4～8．7m的锈粉，通过固结试验分析得到锈样加载稳定阶段的弹性模量为0．5GPa；B．J．Pease_9等通过数字图像技术，观察由于锈蚀产物体积膨胀引起的砂浆和钢筋界面的变形，与仿真分析得到的变形进行对比，得到了钢筋锈蚀产物的弹性模量在2．0～20．0GPa之间；而I．P

5、etre—Lazar和B．Gerard1。。采用划痕法测试铁锈力学性能，认为它是一种非黏性组合的不可压缩体；赵羽习和任海洋11-121基于改进的固结试验，运用Hertz弹性接触理论对铁锈模量进行研究，结果表明随荷载增加铁锈的瞬时弹性模量逐渐增大，铁锈不是弹性物质。令人遗憾的是，已有研究结论的差异很大，这一方面说明问题的复杂性，另一方面可能与不同学者所采用的方法和试样成分有关。本文采用固结试验着重研究了锈蚀产物成分、粒径大小及分布对其压缩模量的影响特性，并论证推测了混凝土保护层锈胀开裂时的铁锈弹性模量的取值

6、范围。希望所得结果能为钢筋锈蚀导致混凝土开裂分析参数选取提供参考。1试验设计从三峡大学生命科学楼和逸夫楼楼顶钢架除锈锈块中收集锈样2组，分别命名为s和Y锈样，测得S锈收稿日期：2014—04—04基金项目：国家自然科学基金资助项目(51109121，51379111)作者简介：徐港(1974一)，男，内蒙古达茂旗人，副教授，主要从事混凝土结构耐久性研究。E—mail：postxg@163．com通信作者：王青(E—mail：postwq@163．com)学兔兔www.xuetutu.com第5期徐港，等：

7、混凝土中钢筋锈蚀产物模量特性研究23样的密度为4．188g／CII1，Y锈样密度为4．046g／am。采用x射线衍射仪与EDS能谱分析仪分别对两种锈样成分进行分析，结果见图1和表1。结果表明自然锈蚀产物与钢筋混凝土锈胀生成的锈蚀产物成分'类似，都主要含有FeO和Fe：O，。翌0鼎I“510l52025∞354o455055606=；7O758o8590∞l∞2，f。l(a)s锈样x射线衍射图(b)S锈样扫描电镜网(c)S锈样能谱分析m巧2025如3540菩7080859095“”(d)Y锈样X射线衍射图(

8、e)Y锈样扫描电镜图(f)Y锈样能谱分析图1S锈样与Y锈样成分分析Fig．1ComponentsanalysisofSandYrustsamples表1各组锈样基本信息Tab．1BasicinformationofrHS[samplesineachgroup注：2社，3#，5#，6#锈样取自文献[12]。将s和Y锈块晒干、碾磨为粉状，用定制孔径为0．050，0．080和0．100inn的3种网筛在水泥细度负压筛析仪上分别对两种