钢筋锈蚀对其力学性能退化规律的影响研究

广东建材2020年第5期质量控制与检测钢筋锈蚀对其力学性能退化规律的影响研究李剑风（中国建材检验认证集团厦门宏业有限公司）【摘要】本文通过设计和制作尺寸为400mm×300mm×100mm的钢筋混凝土板试件，针对热轧光圆和热轧带肋钢筋，采用人工模拟自然气候加速试验方法，通过检测两种不同类型钢筋在不同质量锈蚀极限强度及伸长率，发现随着钢筋质量锈蚀程度的增加，两种不同类率时的力学性能，包括屈服强度、并进一步研究锈蚀钢筋力学性能退化规律，发现型钢筋的屈服强度、极限强度及伸长率均有所降低，（拟合度R2在0.73～0.97锈蚀钢筋的屈服强度、极限强度、伸长率都体现出了较好的线性退化规律。之间）【关键词】钢筋；加速锈蚀；力学性能；退化规律0引言随着我国经济的发展和进步，钢筋的利用率和消耗量也在大幅度的增加，同时，钢筋是钢筋混凝土当中的钢筋混重要组成部分，但由于各种外部不利因素影响，凝土当中的钢筋很容易出现锈蚀的现象，一旦发生，钢令钢筋混筋锈蚀所产生出来的物体就会发生体积膨胀，凝土开裂，导致其承载能力严重下降，这其实都是因为钢筋锈蚀所引起的力学性能退化。所以，要充分认识到钢筋锈蚀在化学性能退化方面的规律影响。在国内外，钢筋锈蚀对其力学性能退化规律的影响受到了很多人的重视，通过各种各样的试验方式或者实验手段对其进本文主要行深入的研究分析，得出了一些相关的结论，通过人工模拟自然气候加速试验方法来对其进行论述。表1试验钢筋力学性能参数钢筋类型钢筋直径屈服强度极限强度fy0/MPafu0/MPaHPB300HRB400EHRB400E121416372.94472.91468.62500.21584.89580.15伸长率δ0/%32.9226.2325.61弹性模量Es/MPa2.0×1052.0×1052.0×105作了如下的钢筋混凝土试验板，板的设计尺寸为400mm×300mm×100mm；混凝土板内的钢筋分两排布置，每排4根，保护层厚度为25㎜，板中钢筋两端外伸50mm，详见图1所示。共制作了3块上述的钢筋混凝土板，分别布置直径为12/14/16mm钢筋，其中混凝土强度为C25，钢筋混凝土板标准养护7天。1试验准备工作1.1试验材料为尽可能减少由不同钢厂生产的钢筋存在的差异本试验中所使用的试验钢筋均是来对试验造成的干扰，自福建三钢集团公司的产品，试验中所采用HPB300钢筋直径为12mm和HRB400E钢筋直径为14mm、16mm三种规格，具体力学性能参数见表1。(b)板的截面形式（mm)(c)板中钢筋的长度（mm)(a)板的几何尺寸（mm)图1钢筋混凝土板设计图1.2试验试件设计获取锈蚀钢筋试件，设计制为开展钢筋锈蚀试验，1.3人工模拟自然气候加速锈蚀试验方法人工模拟自然气候加速锈蚀，主要指的是利用高温-31-质量控制与检测定期用5%Nacl溶液淋洒的干度、高湿度、紫外灯照，模拟出自然气候环境（主湿循环等一系列人工的方式，要有阳光、雨水、二氧化碳等等）对钢筋进行作用。在本试验当中，干湿循环的方法为干10个小时，湿2个小时，作用时间为60天。广东建材2020年第5期极⑴随钢筋质量锈蚀率的增加，钢筋的屈服荷载、限荷载及伸长率变形等整体趋势随钢筋质量锈蚀率的增加而明显减小。其中12mm钢筋最大质量锈蚀率为5.31%，其屈服强度下降了4.82%，极限强度下降了9.47%，伸长率减小了5.45%。其钢筋锈蚀率为3.67%，⑵观察LH1204试验结果，大于编号LH1203的3.51%，其屈服荷载、极限荷载及伸长率分别为361.66MPa、473.32MPa、30.85%，大于编号1.4锈蚀钢筋质量锈蚀率浊m的获取使用电子天平(精确至0.1g)对除锈烘干处理后的钢筋试件进行称量，称得其此时的质量为mc，前面制作混凝土板试件时称量得到的钢筋锈蚀前质量m0，则它们的质量锈蚀率可以通过关系式求得如式⑴。－⑴浊m=m0mc×100%m0其中：浊m为质量锈蚀率，mc为锈蚀后的质量，m0为锈蚀前的质量。2试验结果及退化规律分析2.1试验结果试验的目的主要是对于不同质量锈蚀率的钢筋力学性能指标进行分析和对比，这些指标包括钢筋的强度、伸长率。将钢筋锈蚀后力学性能的试验结果统计如表2～表4，并按质量锈蚀率从小到大排列。从表2和图2可以看出：钢筋的图2直径12mm（光圆）力学性能-质量锈蚀率曲线图屈服强度fyc/MPa372.94363.71360.63353.96361.66351.91350.88356.01354.98极限强度fuc/MPa断后伸长率δsc/%500.2132.64479.7230.47475.2429.63469.4828.96473.3230.85459.2427.8450.2727.75460.5228.07452.8327.19表2直径12mm（光圆）的钢筋锈蚀后的力学性能钢筋编号试件长度锈前质量m0/gHL1200500.2417.5HL1201505.4420.8HL1202508.9424.6HL1203496.6410.9HL1204503.2417.8HL1205504.5420.6HL1206502.3416.3HL1207512.6428.4HL1208500.4417.8锈后质量mc/g417.5410.6412.9396.4406.6404.5396.7410.1395.6质量锈蚀率ηm/%02.422.753.513.673.824.284.735.31表3直径14mm的钢筋锈蚀后的力学性能钢筋编号试件长度锈前质量m0/gHL1400501.6505.2HL1401510.2514.2HL1402503.0507.4HL1403502.6506.8HL1404492.4497.2HL1405493.5498.2HL1406498.6503.2HL1407503.4507.8HL1408499.2504.8锈后质量mc/g505.2500.5495.6490.2477.0474.3476.7482.8475.8质量锈蚀率ηm/%02.322.673.284.064.794.925.265.43屈服强度fyc/MPa472.91465.13464.19463.07463.58460.49457.92454.83453.86极限强度fuc/MPa断后伸长率δsc/%584.8926.98558.6424.31558.0224.29556.7724.04555.5223.35548.6522.45546.1522.22540.5222.07563.1521.28-32-广东建材2020年第5期质量控制与检测图3直径14mm钢筋的力学性能-质量锈蚀率曲线图钢筋编号试件长度锈前质量m0/gHL1600501.1760.1HL1601508.4774.8HL1602499.4745.8HL1603503.2766.8HL1604501.0760.4HL1605499.5755.4HL1606496.6750.2HL1607498.0752.8HL1608493.0743.0锈后质量mc/g760.1765.3730.4751.9741.8728.4724.1720.7707.4图4直径16mm钢筋的力学性能-质量锈蚀率曲线图屈服强度fyc/MPa468.62449.94454.89460.99446.41445.78447.26445.73439.63极限强度fuc/MPa断后伸长率δsc/%580.1525.57558.4423.61553.4823.44560.3122.73550.3821.82537.3620.51534.8821.49533.0220.53534.2619.19表4直径16mm的钢筋锈蚀后的力学性能质量锈蚀率ηm/%01.942.072.232.453.484.274.795.17LH1203的屈服荷载、极限荷载和伸长率，存在数据异常。从表3和图3可以看出：⑴随钢筋质量锈蚀率的增加，钢筋的屈服荷载、极荷载、极限荷载分别为460.99MPa和560.31MPa，大于编号LH1601、LH1602的屈服荷载和极限荷载，存在数据异常。2.2退化规律分析限荷载及伸长率随钢筋质量锈蚀率的增加而明显减小。基于不同质量锈蚀率时锈蚀钢筋力学性能试验结其中，14mm钢筋最大质量锈蚀率为5.43%，其屈服强度果，研究锈蚀钢筋力学性能的退化规律。下降了4.03%，极限强度下降了8.33%，伸长率减小了屈服强度、极限强度、伸长设定不同质量锈蚀率时，5.70%。率的回归公式如式⑵。⑵该组试验不存在异常数据。从表4和图4可以看出：极⑴随钢筋质量锈蚀率的增加，钢筋的屈服荷载、限荷载及伸长率变形等整体趋势随钢筋质量锈蚀率的增加而明显减小。其中，16mm钢筋最大质量锈蚀率为y=ax+b式⑵中,⑵5.17%，其屈服强度下降了4.88%，极限强度下降了8.12%，伸长率减小了5.04%。从回归公式⑵可看出，直径12mm光圆钢筋其屈服其钢筋锈蚀率为2.23%，强度、⑵观察LH1603试验结果，极限强度、伸长率回归公式的相关系数R2分别为大于编号LH1601的1.94%和LH1602的2.07%，其屈服0.7369/0.8886/0.8008，直径14㎜带肋钢相关性较高；（MPa）（MPa）伸长率—屈服强度、极限强度、（%）；y——（%）—质量锈蚀率；x———回归系数。a、b——可得回归公式如表5～表7所示。-33-质量控制与检测表5直径12mm（光圆）锈蚀钢筋力学性能随质量锈蚀率退化规律力学性能屈服强度极限强度伸长率回归公式y=-3.8536x+371.58y=-9.3946x+500.81y=-1.0312x+32.756相关系数R2R2=0.7369R2=0.8886R2=0.8008广东建材2020年第5期直接推算出两种不同类型钢筋锈蚀后的屈服强度、极限伸长率。强度、3结语检测锈本文采用人工模拟自然气候加速试验方法，得出如下结论：蚀钢筋力学性能，的钢筋在⑴不同类型（热轧光圆和热轧带肋钢筋）其屈受到锈蚀的时候，随着钢筋质量锈蚀程度的增加，服强度、极限强度及伸长率随之降低。研究锈蚀钢筋力学性能退⑵通过线性回归的方法，伸长率都化规律，发现锈蚀钢筋的屈服强度、极限强度、体现出了较好的线性退化规律（拟合度R2在0.73～基于钢筋0.97之间），因此，一定程度上，可根据公式，质量锈蚀率，直接推算出钢筋锈蚀后的屈服强度、极限强度、伸长率。【参考文献】[1]袁迎曙,贾福萍,蔡跃.锈蚀钢筋的力学性能退化研究[J].工表6直径14mm锈蚀钢筋力学性能随质量锈蚀率退化规律力学性能屈服强度极限强度伸长率回归公式y=-3.1501x+473.23y=-7.7039x+581.94y=-0.9548x+26.916相关系数R2R2=0.9084R2=0.9328R2=0.9756表7直径16mm锈蚀钢筋力学性能随质量锈蚀率退化规律力学性能屈服强度极限强度伸长率回归公式y=-4.7160x+464.86y=-9.3108x+576.45y=-1.1227x+25.392相关系数R2R2=0.7438R2=0.9285R2=0.8949筋屈服强度、极限强度、伸长率回归公式的相关系数R2分别为0.9084/0.9328/0.9756，相关性很高；直径16mm业建筑,2000,30（1）：43-46.带肋钢筋其屈服强度、极限强度、伸长率回归公式的相[2]蒋连接,常明丰,文兆全.锈蚀钢筋力学性能的试验研究[J].相关性较高。关系数R2分别为0.7438/0.9285/0.8949，因此，一定程度上，可根据公式，基于钢筋质量锈蚀率，低温建筑技术,2011（3）：62-64.（上接第23页）GRC的增韧效果都起负作用。[J].华南理工大学学报(自然科学版),2018,46(11):1-7.[2]A.Yurdakul,E.Dolekcekic,G.Gunkaya,etal.,Theusageofnewlydevelopedglassfibreincementstruct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