钢筋混凝土锈蚀开裂及裂缝扩展研究现状

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1、建筑技术开发Vo1．39，No．3第39卷第3期BuildingTechniqueDevelopmentMar．20122012年3月钢筋混凝土锈蚀开裂及裂缝扩展研究现状吴伟肖长永齐国霖杜志云(湖北工业大学，武汉430068)[摘要]钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素，钢筋锈蚀发展到一定程度，混凝土保护层锈胀开裂，裂缝不断扩展。介绍了钢筋锈蚀机理、钢筋锈胀开裂及裂缝扩展研究的现状和主要研究内容。包括钢筋锈胀力、钢筋锈蚀率、锈胀裂缝宽度的扩展、锈胀扩展的计算机模拟。最后通过对研究现状的分析总结出钢筋锈胀开裂及裂缝扩展方面的研究展望。[关键词]钢筋锈蚀；锈胀开裂；裂缝扩展[中图分类号]TU

2、375[文献标志码]A[文章编号]1001—523X(2012)03—0015—04混凝土中钢筋锈蚀是影响混凝土耐久性的主要扩展至混凝土表面出现顺筋裂缝(如图1所示)。因素，另外影响混凝土耐久性的因素有混凝土碳化、当钢筋产生裂缝时，外界氧气、水、氯离子等有害物冻融破坏、碱集料反应、化学侵蚀、表面磨损。但在质进入混凝土内钢筋表面更容易，钢筋锈蚀速度就工程实际中钢筋锈蚀造成混凝土结构耐久性劣化比会增加，从而进一步加大钢筋锈蚀的速度。例最大。钢筋锈蚀后锈蚀产物体积膨胀，体积膨胀对周围混凝土产生挤压，在体积膨胀力的作用下混凝土保护层出现裂缝。在混凝土结构耐久性检测与评估中保护层是否出现裂缝是结构是否

3、开始劣化或钢筋锈蚀状况的衡量标准之一。国内外关于钢筋锈蚀开裂及裂缝扩展方面的研究有很多，从研究方法分大致可分为几大方面：理论模型研究、试验研究、图1钢筋锈蚀裂缝计算机有限元模拟等；从研究内容分包括钢筋锈前锈后锈胀力、裂缝宽度，锈蚀速度，开裂时间预测模2钢筋锈胀过程研究型，钢筋锈蚀率等。混凝土中钢筋锈蚀过程十分复杂，包括了电化1钢筋锈胀开裂及裂缝扩展机理学反应过程和混凝土与钢筋之间的物理力的作用过引起钢筋锈胀开裂是一个物理与化学共同作用程。影响钢筋锈胀的因素很多，钢筋混凝土组成材的过程。外界氯离子达到一定浓度或混凝土碳化深料：钢筋的化学组成，混凝土中细骨料、粗骨料、水度达到一定深度时混凝土中钢

4、筋钝化膜破坏，钢筋泥、粉煤灰掺量等材料特性；环境因素：一般大表面发生电化学反应，在氧气、水、氯离子侵蚀作用气环境、海洋环境、硫化物等腐蚀离子环境、室内下铁原子被氧化生成铁的氧化物⋯，由于生成氧化室外环境等等；钢筋混凝土设计：混凝土保护层厚物体积为被氧化铁原子体积量的2～4倍，随钢筋锈度、水灰比(如图2、图3所示)、强度等级设蚀的不断发展，锈蚀产物必然对周围混凝土产生挤计、钢筋级别选择等等。现有研究钢筋锈胀过程压力即体积膨胀力或锈胀力。当钢筋锈胀应力超过外围混凝土抗拉强度时，混凝土与钢筋接触面处开始出现微裂缝，随锈蚀产物量的增加，部分锈蚀产物填充原锈蚀裂缝内，其余锈蚀产物则继续对周围混凝土产生

5、挤压力使得混凝土裂缝不断向保护层表面0．340．370．400．45收稿日期：2011—12—15水胶比作者简介：吴伟(1985一)，男，湖北鄂州人，湖北工业大学硕士研究生图2水胶比与钢筋锈蚀失重率的关系在读，现从事混凝土结构耐久性研究。15第3期吴伟●，等：钢筋混凝土锈蚀开裂及裂缝扩展研究现状第39卷力作用下的压缩变形，采用弹性力学方法以及混凝土、锈蚀产物、未锈钢筋之间的变形协调关系l(如图4～图5所示)推导出混凝土胀裂前钢筋锈商胀力公式，如下：谣：I!二±二』(1+I)Rc+(1一I．t2)Rrip(1～)(+l+62)E(c。一R)’[(1+)np+(2—2p)]并通过对公式的探讨认为

6、钢筋锈蚀率对钢筋锈胀力图3水胶比与混凝土碳化深度关系影响最大，保护层厚度、钢筋直径等对锈胀力的影响的文献研究内容主要包括钢筋锈胀力、锈蚀量、相对较小。混凝土的裂缝宽度及锈胀过程计算机模拟等，并考虑几种影响钢筋锈蚀因素。下面依据钢筋锈胀研究内容为主线介绍锈胀开裂及裂缝扩展研究进展。2．1钢筋锈胀力钢筋锈胀力是指由于混凝土中钢筋发生锈蚀，锈蚀产物比锈蚀钢筋体积大，在钢筋混凝土较密实图4钢筋混凝土受锈胀力变形条件下，由于体积的膨胀对周围混凝土产生压力。无论是在一般大气环境中，海洋环境还是其他特殊环境下，由于混凝土材料内部存在孔隙，氧气、水分、氯离子等腐蚀钢筋物质侵入，混凝土中钢筋的锈星蚀都会发生。

7、随钢筋锈蚀不断发展，钢筋锈蚀产豢物量不断增加，体积膨胀力不断增大，当混凝土构件保护层抗拉强度小于钢筋锈胀力时，混凝土保护层会出现裂缝，裂缝扩展宽度较大会降低混凝图5锈胀力与锈层厚度和锈蚀率关系土构件的受力性能，进而影响钢筋混凝土结构的耐久性。2．2钢筋锈蚀量影响钢筋锈胀力的因素主要有钢筋锈蚀率、钢钢筋锈蚀量是表征钢筋锈蚀程度，当钢筋锈蚀筋直径、混凝土强度、保护层厚度等。由于通过实际量达到一定程度时，钢筋混凝土