混凝土保护层锈胀裂缝扩展规律试验研究

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1、第46卷第3期甘肃水利水电技术Vo1．46，No．32010年3月GansuWaterConservancyandHydropowerTechnologyM8r．，2010·设计与研究·混凝土保护层锈胀裂缝扩展规律试验研究施志业，郑建军，周欣竹(浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州310014)摘要：基于通电加速腐蚀方法，研究了4种试件的表面开裂时间和表面裂缝宽度随时闻的演化。开裂初期。表面裂缝宽度随时间缓慢增大。当裂缝宽度达到一定值后，表面裂缝宽度随时间迅速增大，最后呈稳定扩展趋势；纵向钢筋的锈蚀并不均匀，钢筋面向保

2、护层一侧的钢筋表面锈蚀较为严重。关键词：混凝土；耐久性；保护层；裂缝宽度．中图分类号：TU528．01文献标志码：A0引盲而到达钢筋表面，当氯离子浓度达到一定值时，即使混凝土作为一种传统的结构形式，混凝土结构在土木工程领域内部的pH值较高，也会破坏钢筋钝化膜，钢筋表面的钝化有着举足轻重的地位。但是长期以来，由于对沿海和道桥等在膜破坏后，环境中的氧气和水逐渐透过保护层到达钢筋表环境或使用过程中存在大量氯离子的条件下的耐久性考虑不面，发生电化学腐蚀而生成锈蚀产物[6】。锈蚀产物的化学成足，目前已在国内外造成相当大的损失。

3、因此，如何提高在氯分十分复杂，而且随着环境的改变而变化，文献[5]把锈蚀产离子侵蚀条件下混凝土的耐久性能，是当前研究的热点问题。物统一表示成m·Fe(OH)：n·Fe(OH)，P·H20，并给出了各种在混凝土结构耐久性问题中，最主要的是钢筋锈蚀。钢锈蚀产物的体积膨胀率。由于混凝土在浇筑和硬化过程中，钢筋锈蚀不仅减少钢筋的截面积，降低结构的承载力，而且由筋表面形成一层水膜，使得钢筋与混凝土界面处的水灰比较于钢筋锈蚀生成的锈蚀产物体积是原钢筋体积的2倍一4大，形成高孔隙率的界面层，另外由于混凝土浇捣受钢筋的影倍，产生很大

4、的锈胀力，造成混凝土保护层顺筋开裂、保护层响，界面层往往不能充分密实使得钢筋与混凝土之间存在厚开裂[J】。一旦保护层开裂，外部环境中的腐蚀介质更容易侵度约为12．5m的环形孔隙。因此，在钢筋锈蚀初期，所产入到混凝土内部，加剧钢筋锈蚀，表面裂缝宽度进一步增大，生的锈蚀产物主要用来填充界面环形孔隙，并不产生锈胀力整个结构进人了一个恶性循环直至破坏。因此，研究保护层(图1a)。当所产生的锈蚀产物体积大于界面环形孔隙体积后，表面裂缝宽度演化规律非常重要，一方面可为新建混凝土结由于锈蚀产物对周围的混凝土施加径向膨胀压力，使周围

5、混构的耐久性设计提供重要理论依据，另一方面也为服役结构凝土产生环向拉应力(图1b)。而混凝土的抗拉强度较低，一的维护，尤其是维修时间的选择提供重要参考。旦环向拉应力大于混凝土抗拉强度，混凝土保护层内侧首目前国内外在理论分析和试验研究方面取得的进展中，先开裂，并且裂缝沿径向不断向外传播而最终贯穿整个保王海龙等基于断裂力学建立了混凝土锈胀开裂模型，通过引护层，随后表面裂缝宽度随时间不断增大(图lc)r~J。入一些假设并考虑混凝土的软化特性，提出了混凝土保护层2试验材料和方案锈蚀损伤全过程计算方法；郑建军等通过建立和求解微

6、分2．1试验材料方程，获得保护层初裂时间、完全开裂时间和每一时刻的锈本试验采用湖北黄石华新水泥厂生产的52．5水泥。细胀力[3；李海波等用通电加速腐蚀方法研究了表面裂缝宽度骨料采用级配良好并经过筛分的河砂，细骨料粒径为0．15—与钢筋锈蚀率之间的对应关系；Weye~等通过内掺氯离子4．25mm，细度模数为2．6。粗骨料经过清洗和过筛，去除杂的加速方法模拟了混凝土保护层锈胀开裂，获得了各种条件质和泥块，骨料粒径为5—20mm。减水剂采用江苏建科院生下的初裂时间[5]。但是在保护层开裂后的裂缝随时间的演化产的聚羧酸系减水

7、剂。用自来水进行拌和。钢筋选用规律方面还鲜有文献记载，因此，本文将在前人工作的基础HRB335级钢筋。上利用通电加速腐蚀方法研究保护层表面开裂后，在不同影2．2试验方案响因素下，裂缝随时间演化规律。本试验混凝土按体积法配制，各水灰比的配合比和力1混凝土保护层开裂过程学性能如表1所列。混凝土构件尺寸为150mmxl50ram~在沿海混凝土结构中，由于在海水中大量存在氯盐化400mm，在模板的相应位置钻孔用于固定预埋钢筋并控制合物，通过各种物理化学作用，氯离子会穿过混凝土保护层保护层厚度，在制模时钢筋两端各露出混凝土50

8、mm用于收稿日期：20lo-03一o4基金项目：国家自然科学基金项目(50878196)。作者简介：施志业(1985一)，男，浙江兰溪人，硕士研究生，研究方向为混凝土结构耐久性。·】6·第3期施志业，等：混凝土保护层锈胀裂缝扩展规律试验研究第46卷混凝土一钢筋、91钢rPrPa锈蚀产物填充界面孔隙b锈蚀产物施加锈胀力c裂缝产生与传播图1混凝土保