锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究

Ｖｏ１．５ｌ　Ｎｏ．２　工程与试验ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＴＥＳＴ　Ｊｕｎ．２０１１　钢筋与混凝土粘结性能的试验研究　魏志刚　，张代新　（１．吉林省高等级公路建设局，吉林长春１３００２１；２．吉林省交通运输厅，吉林长春１３００２１）　摘要：钢筋与混凝土之间的粘结性能是连续配筋混凝土路面重要的设计参数　而粘结性能可以用粘结应力与相　对滑移来表示。基于连续配筋混凝土路面结构形式，设计了钢筋混凝土粘结试件，测试了连续配筋混凝土路面钢　筋与混凝土粘结应力与相对滑移。通过对这两个参数测试结果进行分析，确立了连续配筋混凝土路面钢筋混凝土　粘结应力与相对滑移的近似分段线性关系。　关键词：连续配筋混凝土路面；粘结应力；相对滑移　中图分类号：ＴＵ３７５　文献标识码：Ｂ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—３４０７．２０１１．０２．００５　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｂｏｎｄ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｗｅｉ　Ｚｈｉｇａｎｇ　，Ｚｈａｎｇ　Ｄａｉｘｉｎ。　（１．Ｈｉｇｈｅｒ　Ｗａｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｊｉｌｉｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２１，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｅｐａｒｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｊｉｌｉｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２１，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｂｏｎｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ，ａｎｄ　ｂｏｎｄ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｃａｎ　ｂｅ　ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ　ｂｙ　ｂｏｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｓｌｉｐ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎ—　ｕｏｕｓｌｙ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｏｎｄ　ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｂｏｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｓｌｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅ－　ｍｅｎｔ　ａｒｅ　ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｂｏｔｈ　ｔｗｏ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ　ｌｉｎｅａｒ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｏｆ　ｂｏｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｓｌｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ａｒｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ（ＣＲＣＰ）；ｂｏｎｄ　ｓｌｉｐ；ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｓｌｉｐ　１　引　言　钢筋与混凝土之间的有效粘结程度是影响连续　配筋混凝土路面（ＣＲＣＰ）使用性能的重要因素，而　钢筋与混凝土之间的有效粘结程度可以通过粘结应　力和相对滑移两个参数来体现［】］。国内外学者对钢　筋与混凝土的粘结性能开展了有意义的研究工作，　建立了一些半经验半理论的计算公式　］。目前用　于分析钢筋与混凝土之间相对滑移的模型主要分为　两大类：一是基于试验资料的数理统计模型［５　；二　是基于平衡、变形协调及物理条件的理论分析模　型［７］。由于在建立模型时采用了不同的假设，这些　模型能否应用到连续配筋混凝土路面钢筋与混凝土　粘结性能的分析还有待于进一步研究。　为了掌握连续配筋混凝土路面钢筋与混凝土粘　结性能，本文设计了钢筋与混凝土的粘结性能试验，　主要测试了粘结应力与相对滑移两个重要参数，对　试验结果进行了分析，得出了一些有意义的结论。　２粘结性能试验研究　（１）粘结试件设计　结合ＣＲＣＰ的结构特点，设计了３组粘结试件。　粘结件尺寸０．６５ｍ×０．１５ｍ×０．２５ｍ，粘结件的一　端用焊有钢片直径为２０ｍｍ的变形钢筋固定，另一　［收藕日期］２０１１－－０５—３０　［作者筒介］魏志刚（１９７７一），男，汉族，工程师，主要研究方向：公路与桥梁工程。　・　１４　・

浙江交通职业技术学院学报，第８卷第４期，２００７年１２月　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　

Ｖｏ１．８　Ｎｏ．４，Ｄｅｃ．２ＯＯ７　

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究　

朱玲君　，夏晋２　

（１．浙江省青田县交通工程质量监督站，浙江青田３２３９００；２．浙江大学土木学院，浙江杭州３１ｏｏｏｏ）　

０引言　摘　要：通过对不同锈蚀量的光面钢筋和变形钢筋进行拔出试验，得到了两种钢筋　

与混凝土的粘结性能随着不同钢筋锈蚀量的变化规律；根据试验结果的统计分析，　

给出了两种钢筋锈蚀后与混凝土的粘结强度计算公式；最后，还给出了锈蚀钢筋与　

混凝土的粘结本构关系，可用于具有锈蚀钢筋的混凝土结构的有限元分析。　

关键词：钢筋混凝土；锈蚀；粘结性能；拔出试验　

中图分类号：ＴＵ５２８．５７１　文献标识码：Ａ　

文章编号：１６７ｌ一２３４Ｘ（２００７）ｏ４一ｏｏｌ８一ｏ５　

埋置在混凝土内的钢筋锈蚀以后，其与周围混　

凝土的粘结性能会发生变化。较为早期的研究由于　

受试验条件的限制，提出了钢筋锈蚀对钢筋与混凝　

土的粘结有利的观点［　］【２］。而后的进一步研究表　

明ｃ３】［引，随着钢筋锈蚀量的增加，变形钢筋与混凝　

土的粘结强度先期略有增加，而后期有较大幅度的　

衰退。当光面钢筋锈蚀以后，其与混凝土的粘结性　

能也会发生较大的变化。　

１粘结性能试验　

１．１试件　

拔出试件的混凝土材料为４２５＃硅酸盐水泥、　

中沙和最大粒径小于４ｃｍ的碎石。按Ｃ２５要求的混　

凝土配合比为水泥：沙：石：水＝ｌ：１．８：３．４：０．５５，　

测得混凝土的立方体抗压强度为２２．１３Ｍｐａ。光面　

钢筋和变形钢筋分别采用直径为１２ｒａｍ的Ｉ级钢和　

Ⅱ级钢，测其强度为分别为３８９ＭＰａ和４２７ＭＰａ。　１．２加载装置　

本试验根据《水运工程混凝土试验规程　

（ＪＴＪ２７０—９８）》中关于混凝土与钢筋握裹力试验的　

规定，采用最大量程为５ｔ的万能试验机进行拔出　

收稿日期:2001-09-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(59608009)作者简介:洪小健(1975-),男,江苏兴化人,博士生.加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

洪小健1,赵　鸣2

(1.同济大学桥梁工程系,上海　200092;2.同济大学建筑工程系,上海　200092)

摘要:进行了加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结强度影响的研究分析.试验研究表明高速率加载作用下,构件承载力、破坏形式、粘结应力分布都与静力加载作用下的结果有明显不同.较高的锈蚀率使粘结强度下降;较高的加载速率使粘结强度提高,且试验研究表明锈蚀率影响与加载速率影响互不相关.此外结合试验结果和粘结区域破坏过程是马尔柯夫过程的假定,给出了综合考虑锈蚀率、加载速率对粘结强度影响的拟合公式.

关键词:加载速率;锈蚀率;粘结强度;马尔柯夫过程中图分类号:TU528.571 文献标识码:A 文章编号:0253-374X(2002)07-0792-05

LoadingVelocityEffectsonBondPerformancebetween

CorrodedBarandConcrete

HONGXiao-jian1,ZHAOMing2

(1.DepartmentofBridgeEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.DepartmentofBuildingEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Abstract:Theemphasisisplacedupontheinfluenceofloadingvelocityonthebondperformancebetweencor2

rodedbarandconcreteinthispaper.Theresearchshowsthereareobviousdifferencesaboutloadbearingca2

5（总）工程质量N(B)他山之石精品

让钢筋在混凝土中快速生锈

在试件上面用防水砂浆做一小池子，池子中

放入氯化钠溶液，池底放一不锈钢板作阴极，混凝

土中的钢筋作阳极，通直流电，如图1所示。控制

通电时间使混凝土中的钢筋锈蚀程度分别为轻、

中、重三种。钢筋锈蚀后，在钢筋保护层上会出现

裂缝，对于轻度锈蚀的试件，锈蚀裂缝一出现就立

即停电；对于中等锈蚀的试件，当锈蚀裂缝宽度达

到0.5~1mm后断电；对于严重锈蚀的试件，当裂缝

宽度达到1~2mm后断电。钢筋锈蚀的深度可用法

拉第定律来计算，深度可在0~0.36mm。锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能的污物和浮浆，再用自来水清洗干净；第二种是对

老混凝土表面人工凿毛，去掉表面浮浆和部分水

泥石，露出粗骨料，使表面形成凹凸不平状，增加

粘结面的面积和机械咬合力；第三种是将老混凝

土试块用压力机从中间劈开，用其断裂面作为粘

结面。结果表明，第二种界面抗冻融能力最好。

他们还在粘结面上抹界面剂，以增加粘结强

度。选用的界面剂有水泥砂浆界面剂、水泥净浆

界面剂和水泥膨浆界面剂三种，其中以水泥砂浆

图让混凝土中的钢筋快速生锈的装置图2加载波形的粘结效果最好，水泥净浆和水泥膨浆的粘结效

果没有明显差异。这是由于三种界面剂采用的水

灰比均相同，加入砂子后，使砂浆稠度增加，塑

性降低，硬化后的弹性模量增大，线胀系数减小

的原因。

深度阅读：李平先，赵国藩，张雷顺.新老混凝土粘

结面的抗冻融劈拉性能试验研究.土木工程学报，2006年

第4期

672007.o.111

995（总）工程质量N(B)精品他山之石

给生锈的钢筋加动荷载

把生锈的钢筋从混凝土中拔出，但是拔出的

力是动态变化的，为三角波，用动荷载拔出锈蚀钢

筋的试验还很少有人做过。其方法是加力以后，再

把力释放掉，然后再加力，周而复始，而且加的力

一次比一次大，如图2所示。

在荷载作用的初期，钢筋与混凝土之间的滑

移量增加得较慢，随着荷载的增大，滑移量的变化

速度越来越大。每次荷载卸为0时，滑移并不回到

钢筋混凝土粘结性能分析

摘要：钢筋混凝土是由钢筋与混凝土这两种特性完全不同的材料组成，其作为一种非均质的整体材料，必须保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结和锚固。只有两者之间有可靠地粘结，才能在钢筋与混凝土交界面处实现应力传递，从而建立起结构承载所必须的工作应力。

关键词：钢筋；混凝土；粘结性

一、粘结机理

对钢筋同混凝土间粘结机理的研究，一般借助拉拔实验进行。由于钢筋表面形状的不同，光圆钢筋与变形钢筋同混凝土间的极限粘结强度相差很大，并且粘结机理、钢筋滑移量及破坏形态也各有不同。

1、光圆钢筋的粘结机理

由于钢筋同混凝土间的胶着强度很小，在小钢筋应变下，就足以产生使胶着力失效的局部滑动。一旦出现相对滑移，钢筋同混凝土脱开，粘结力就有摩擦咬合作用来承担。在加载过程中，相对滑动由加载端逐步向自由端发展，胶着长度不断变小，应力峰值内移，最终钢筋被拔出，而混凝土一般不发生劈裂或破碎，呈剪切破坏形态。当相对埋长较大，且混凝土强度较高时，钢筋也可能在粘结破坏之前就已经屈服。对光圆钢筋，由于其化学胶着力很小，其粘结强度即取决于摩擦咬合作用。

虽然轻度的表面锈蚀有利于增加钢筋同混凝土间的摩擦力，但

其增大作用也很有限；同时，光圆钢筋表面的自然凹凸度很小，其机械咬合作用也不大，因此光圆钢筋同混凝土间的粘结强度也较低，是其粘结的主要问题。因此很多国家采用给定位移量下的粘结应力将其作为光圆钢筋的容许粘结应力，并规定光圆钢筋一般不允许单独作为受力钢筋，且通常需在钢筋端部设置弯钩，增大锚固强度，以防止钢筋同混凝土间产生过大的相对滑移。

2、变形钢筋的粘结机理

对变形钢筋来说，其粘结性能同光圆钢筋有很大区别，由于纵横肋的存在，改变了钢筋同混凝土间相互作用的方式，大大改善了粘结效用。虽然胶着力与摩擦力作用仍然存在，但变形钢筋的粘结强度主要取决于横肋同混凝土间的机械咬合作用。

锈蚀钢筋混凝土粘结性能研究

摘要：研究锈蚀后钢筋与混凝土粘结性能的退化规律，有助于对在役结构进行鉴定和耐久性分析，对钢筋混凝土结构的耐久性设计也具有一定的指导意义。本文探讨了锈蚀钢筋混凝土的粘结性能的研究。

关键词：锈蚀；钢筋混凝土；粘结性能

1钢筋与混凝土的粘结

钢筋与混凝土这两种性质不同的材料之所以能有效地结合在一起共同工作，主要是由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，从而使钢筋与混凝土之间能够实现应力传递，建立起结构承载所必需的工作应力。

钢筋只有通过与混凝土的粘结与锚固才能产生强度和延性，钢筋与混凝土之间的粘结作用是普通钢筋混凝土结构承载受力的前提，因此，钢筋混凝土结构的粘结问题，在工程实践中以及在理论研究方面都具有重大意义。

2锈蚀对钢筋混凝土粘结性能的影响

影响钢筋与混凝土粘结性能的因素很多，包括箍筋设置、保护层厚度、钢筋直径、混凝土强度等等。其中，钢筋的锈蚀是降低钢筋与混凝土之间的粘结性能的一个重要因素。许多学者研究发现，由于碳化、氯化物侵蚀等原因导致钢筋锈蚀后，钢筋与混凝土间的粘结性能会发生变化。

2.1锈蚀钢筋混凝土的粘结性能的退化机理

一般认为，钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成，混凝土中水泥凝胶体与钢筋表面的化学胶着力；钢筋与混凝土接触面间的摩擦力；钢筋与混凝土的机械咬合力（包括变形钢筋的表面凸出的肋及端部弯钩）。

混凝土内钢筋锈蚀在钢筋表面形成疏松的锈蚀层。其锈蚀产物是一层结构疏松的氧化物，它包裹在钢筋表面，隔离了钢筋与混凝土表面的接触，从而降低了钢筋与混凝土之间的胶结作用，会导致试验钢筋和混凝土之间的初期粘结性能的改变。

钢筋锈蚀后其体积会增大，一般认为钢筋的锈蚀体积膨胀2～6倍，下图1是部分锈蚀产物的体积对比。

锈胀力在混凝土中产生劈裂应力，并在混凝土中产生裂缝，随着钢筋表面的进一步锈蚀，钢筋与混凝土间的粘结力将受到一定的影响。下图2可以表示锈蚀对粘结性能的影响。

第３６卷第３期　２　０　１　０年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ（　ＵＲＩ　Ｖｏ１．３６　ＮＯ．３　Ｊａｎ．２０１０　・１８１・　

文章编号：１００９—６８２５（２０１０）０３　０１８１．０２　

钢筋与混凝土粘结性能的研究进展　

杨孟锋苏小卒　

摘要：针对钢筋与混凝土之间的粘结性能，通过对近年来国内外相关文献的研究，从试验方法、本构关系、高强混凝土　和ＦＲＰ筋的运用四个方面叙述了粘结性能的研究进展，以期为进一步研究奠定基础。　

关键词：高强混凝土，ＦＲＰ筋，粘结一滑移，数值模拟　

中图分类号：ＴＵ５０２　文献标识码：Ａ　

钢筋和混凝土这两种性质不同的材料之所以能够共同工作，　

很重要的一个原因就是这两者之间存在着粘结作用。一般认为　

粘结力由钢筋和混凝土之间的摩擦力、机械咬合力和化学胶着力　

组成。近年来，土木工程领域出现的新技术、新材料使得粘结作　

用的研究发展到了新的高度。如高强混凝土、ＦＲＰ筋对粘结性能　

的影响，有限元计算方法及数值模拟方法在粘结性能研究中的运　

用等。本文归纳总结了国内外关于粘结性能的研究进展，以期为　

将来的研究提供一定的参考。　

１试验研究　

目前常用的粘结试验方法有：１）中心拔出试验；２）梁式试验；　３）两端对拉试验。研究表明，在材料和粘结长度相同的条件下，　

拔出试验比梁式试验测得的平均粘结强度高１．１倍～１．６倍。　

目前对超细材料的确定仍有不同的标准，通常分为两种：微　

米级（直径在１　～１０／ａｎ之间）和亚微米级（直径在０．１胛～　

１　ｔａｎ）。生产实践中，超细水泥是指微米级的材料。随着超细粉　

体技术的发展，已经研制出超细水泥注浆材料。日本用干磨法制　

成ｄ铀＝４　ｐｍ的水泥，可灌注渗透系数为１０　ｃｍ／ｓ的地层，其可　

灌性能与化学浆液接近。美国的工程实践也证实超细水泥注浆　

材料具有与化学浆材料相同的可灌性能，可以灌人细砂和细裂缝　

的地层与混凝土中。可见，超细水泥注浆材料既具备普通水泥注　

２０１０年第５期（总第６２期）　矽　缸ｉｊｌ与　１｝ｉ　ＳＨＡＮＸＩ　ｆｉＮＥＲＧＹ　ＡＮＤ　Ｃ０ＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ　２０１０年１０月　

ｌ；　ｉ　｛ｉ“；）　；　；　ｉ；　；　雾　黧　；　；ｉｌ　ｉ　：；　ｉ　；　钢筋锈蚀后与混凝土粘结性能研究综述　

关贤军　，　张学伟　，　施俊杰　，　陈　磊　

（１．同济大学，上海２０００９２；２．上海同优建筑有限公司，上海２０００９２）　

摘要：　钢筋锈蚀后粘结力的退化是混凝土构件工作性能与可靠性性能下降的主要原因之一。叙述了钢筋锈蚀后其与　

混凝土粘结性能的研究现状及锈蚀后两者粘结性能退化的机理、粘结性能的研究方法、锈蚀对粘结性能退化影响的定量　

分析、锈蚀后粘结滑移本构模型及锈蚀后钢筋混凝土承载力的退化规律等。　

关键词：　钢筋锈蚀；粘结性能；粘结滑移；耐久性；承载力　

中图分类号：　文献标识码：　Ａ　文章编号：　１６７４—３９９７一（２０１０）０５—００２５—０４　

Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｓｔｕｄｙ　Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｂｏｎｄ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｗｉｔｈ　Ｃｏｒｒｏｄｅｄ　Ｒｅｂａｒ　

ＧＵＡＮＧ　Ｘｉａｎ．ｊｕｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｘｕｅ—ｗｅｉ　，ＳＨＩ　Ｊｕｎ—ｊｉｅ　，ＯＨＥＮ　Ｌｅｉ　

（１．Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｔｏｙｏｕ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＣＯ．ＬＴＤ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｆｏｒ　ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｏｎｄ—　

ｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅｓ　ａｎｄ　ｒｅｂａｒ　ａｆｔｅｒ　ｒｅｂａｒ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ．Ｂｏｎｄｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｏｒｒｏｄｅｄ　ｒｅｂａｒ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅｓ　ｉｓ　ｃｏｍｐｌｅｘ．　

锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移拉拔试验研究

近几年,混凝土结构耐久性问题越来越受到人们的重视。在正常使用过程中发现,构件中钢筋锈蚀不仅使其有效截面面积削减、力学性能改变,还使其与混凝土的粘结性能发生明显退化,严重影响了结构的安全性和耐久性。

研究锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能,对评估现役结构的实际承载力和丰富粘结理论有着十分重要的现实意义和理论意义。本文在实验室条件下完成了有箍筋框约束下的两种不同混凝土强度等级(C20、C40)下光圆和带肋钢筋粘结试块的通电锈蚀。

通过法拉第定律来控制电流大小和通电时间,使各试块分别出现未锈蚀、轻度锈蚀、中度锈蚀和重度锈蚀四种不同的锈蚀程度分布。锈蚀完成后,分别对试块进行中心拉拔试验,试验结果表明:(1)由于箍筋框约束的作用,粘结试块大多数情况下发生钢筋拔出破坏形式,部分带肋钢筋出现测试筋屈服破坏。

(2)锈蚀率对钢筋的粘结应力影响巨大,光圆钢筋在锈蚀率为3%的情况下,粘结应力最大,带肋钢筋随着锈蚀率的增大,粘结应力逐渐降低,并在此基础上建立了粘结强度退化公式。(3)通过拉拔试验数据,分析得出了不同强度下光圆钢筋和带肋钢筋的粘结滑移关系曲线变化规律,并建立起粘结滑移基本关系。

(4)最后,通过钢筋开槽贴应变片的方法,在钢筋拉拔过程中,采集并记录锚长内钢筋的应变值,分析得到应变从自由端向加载端逐渐递增,粘结应力在锚固段内呈“抛物线”形状分布,自由端的相对滑移滞后于加载端,并在此基础上得到了不同锚固位置各点的粘结滑移关系曲线,得出锚固位置函数。结合粘结滑移基本关系,从而建立起与锚固位置相关的粘结滑移本构关系。

第󰀁󰀂

卷第󰀁

期

!∀#

年󰀂

月大

连工学院

学报

∃%&∋()∗%+,)∗−)(−(./−/

&/0%+/012(%∗%3456

7󰀁

已(6󰀁

∃9刀:

;∀#

钢

筋与混

凝土

间的粘结滑移

性能研究

宋玉普赵国

藩

室=

本文采用钢筋开槽内贴电阻片的方法对新型月牙

纹钢筋和

光圆

钢筋的粘结滑

移关

系进行了

试验研

究建立了

相应

的粘结应力

与滑移间的关系式该

式考虑了

材料

特性保护层

厚度

裂缝间距及

离开裂缝截面的距

离对粘结滑移关系的影响

关键词>

钢筋混

凝土?

矩形

梁,

枯结,

滑

移,

应力>

有限元

分析

钢筋与混凝土

间的粘结滑移关系是

钢筋混凝土

有限元分

析中的基

本方程之一

粘结滑移

关系

的正

确性,直接

影响分

析结果

的可

靠性目

前所见到的适于

有限

元分

析的粘结滑移关

系,多沿用

根据

国外的变形钢筋得出的经验公式由

于我国

的钢筋外形与国外不

同,

因此

有

必要

建立适于

我国

钢筋特

点的粘结滑移

关系另

外,

变形钢筋与光圆

钢筋的粘

结滑移关系

是

不同的,

必须

建立

各自的关系式现有的粘结滑移关系

多数

未考

虑混

凝土

特性保护层厚

度

的影响及在裂

缝间距

范围的变化上

述所列各

点,

正是本文

研究

的目的

试验

研究

试脸梁

的设计

和制作

为了

获得月牙

纹钢筋和光圆钢

筋的粘结滑移特

性,

本试

验

制做了三组试验

梁,

每组二

根每根试

验梁配

有三

根纵向

受

力钢筋,

中间一

根为开

槽钢

筋,

开槽型式如图

所示槽

内

贴电阻

片,

每根钢

筋共布置󰀂

∀ΑΒ

片,

每半钢

筋为󰀂∀

片以保证沿钢筋全长

都布有电阻

片,

且

各片间无间距

用直径

为%;󰀂

ΧΧ

的漆包线

作导线,

由钢

筋两

端引

出

应变

片贴好后,

用

石腊把凹

槽封闭,

再用

环氧

树脂

粘合

起

来试

验梁的截面尺

寸配

筋及

材料特征参数如表 Δ

卜电阻

片

图

开槽钢筋

示意图

本文 !∀

;

年!

月󰀂

日

收到

参加

本文

试验工

作的人员

有钱国良工程

师赵

办兵郭淑珍刘毅

沈吉

纳叶丽达

;Ε

表 大连工学

院学报

󰀁󰀂

卷

试

验梁的主要

特征

梁号−一)

−一Φ−一)Γ一Φ?

,一

−一Φ

截面尺寸

Χ= Ι

ϑ刁Ιϑ

󰀁;;

Ιϑ

󰀁󰀂义󰀁

;;

󰀂ϑ

󰀁󰀂ϑ󰀁;; 󰀂ϑ

󰀁Ι

锈蚀钢筋混凝土梁受力性能的研究现状

前言

钢筋混凝土结构具有：易于浇筑成型、刚度大、工程造价低、后期维护费用少，使之成为土木工程中的一种主要的结构形式，在土木工程中得到了广泛的应用与研究[ ]。但是长期以来“重强度轻耐久”的设计思想一直在结构设计中占据着主导地位，从而使得耐久性问题越来越突出。作为一个综合性的问题，耐久性主要包括钢筋锈蚀、化学侵蚀、冻融损伤、碱-骨料反应等多个方面，相关研究结果表明，钢筋锈蚀被列为影响混凝土耐久性的首要因素。锈蚀钢筋结构构件主要存在承载力降低、结构刚度的退化，从而引起混凝土结构的过早破坏，而对锈蚀钢筋混凝土结构进行维修、加固改造前必须进行有效的检测和评估。所以，在对钢筋锈蚀的大量研究领域中，采用何种检测方法能快速、有效地获得锈蚀钢筋混凝土梁的受力性能、抗弯承载力、刚度退化、疲劳性能等指标的研究是目前急切关注的话题。

1 混凝土中钢筋锈蚀机理

混凝土中钢筋锈蚀微观机理的研究是认识混凝土保护层锈胀开裂的前提，是人为通过试验获得锈蚀构件的前提，也是研究混凝土损伤评估方法的基础。

钢筋的锈蚀过程可以看成是一个电化学反应过程。

根据供氧情况不同，最终产物也不同。钢筋表面形成的结构疏松的氧化产物层便是这些产物混合在一起堆积在阳极区的钢筋表面的结果。研究表明，所有的铁原子氧化产物的体积与原体积相比，都有不同程度的增加，如图1.1所示[2]：

2 锈蚀钢筋混凝土梁受力性能研究现状

由于钢筋的锈蚀产物相比原体积而言占据着更大的体积，从而对包围在钢筋周围的混凝土产生径向膨胀力，当径向膨胀力超过混凝土的抗拉强度时，便会引起混凝土开裂。从而导致混凝土对钢筋的约束作用的减弱，加剧钢筋与混凝土之间的粘结性能的退化，最终降低钢筋混凝土构件或结构的承载力和使用性能[3]。

从现有的研究成果来看，认为导致锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能退化的主要原因是钢筋锈蚀引起的钢筋力学性能退化及钢筋与混凝土之间粘结性能的退化。 试验[4][5][6]研究表明，对于均匀锈蚀的钢筋混凝土梁，当钢筋锈蚀率较小时，可以认为梁的抗弯性能受影响比较小；随着锈蚀率的增大，钢筋与混凝土之间的粘结强度出现大幅度降低，导致在钢筋和混凝土之間不能有效地传递力，这样钢筋的强度得不到充分发挥，梁的受弯性能便受到影响。特别地，当锈蚀程度较严重时，梁的破坏模式可能会由受弯破坏转变为脆性的锚固破坏或锈蚀钢筋拉断。考虑钢筋锈蚀对构件承载力的影响因素中，除钢筋锈蚀程度外，在相同的锈蚀程度下，构件的混凝土强度、配筋率、跨高比、荷载作用形式等也对其退化有一定的影响。

钢筋与混凝土粘结性能的分析

摘要：从钢筋与混凝土之间粘结性能的粘结机理、影响因素和粘结应力-滑移本构关系等三个方面进行了分析和探讨。

关键词：钢筋混凝土 粘结机理 影响因素 粘结强度

1、引言

混凝土结构是目前应用最为广泛的工程结构形式之一。钢筋与混凝土结构之间的粘结是保证两种材料形成整体、共同工作的基础，对于混凝土结构构件的受力性能、破坏形态、计算假定、承载能力、裂缝和变形等有着重要的影响。一直以来，粘结问题是结构工程技术人员关注的热点问题之一。本文主要从粘结机理、影响因素和粘结应力-滑移本构关系等三个方面进行分析和研究，以期深入理解、把握钢筋与混凝土之间的粘结性能，提出提高粘结能力的建议。

2、粘结机理

钢筋和混凝土是两种性能不同的材料组成的组合结构材料，其能够共同工作的基本要素是两者之间的粘结锚固作用。所谓钢筋和混凝土之间的粘结应力指的是两者接触面上的剪应力，由钢筋与混凝土之间的粘着力、摩阻力和咬合力三部分组成[1][2]。

(1)粘着力。混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力，其抗剪极限值取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度和清洁度。当钢筋受力后有较大变形、发生局部滑移后，粘着力就丧失了[1]。

(2)摩阻力。周围混凝土对钢筋的摩阻力，当混凝土的粘着力破坏后发挥作用[1]。如果垂直于钢筋作用有压力，则在产生极小的移动时，就会在钢筋和混凝土之间引起摩擦力，这种横向压力取决于混凝土发生收缩或者荷载和反力等对钢筋的径向压应力，以及二者间的摩擦系数等。由于钢筋表面的粗糙度，摩擦系数μ可高达0.3～0.6，生锈的圆钢与新扎的圆钢以及冷拔钢丝的表面粗糙度相差可达36倍[3]。挤压力越大，接触面越粗糙，则摩擦力越大。

(3)咬合力。钢筋表面粗糙不平，或变形钢筋凸肋和混凝土之间的机械咬合作用，即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力产生的剪切粘结，是最有效和最可靠的粘结方式。为了充分利用这种粘结，通常在钢筋表面轧制肋条来实现[4]。依靠钢筋与混凝土间的粘结应力，也即两者接触面上的剪应力，使得钢筋和混凝土两种性质完全不同的材料，在钢筋混凝土结构中共同工作。这种关系使得两种材料间相互传递力，实现弥补各自的缺点，发挥各自的优点。

钢筋混凝土粘结性能分析

摘要：钢筋混凝土是由钢筋与混凝土这两种特性完全不同的材料组成，其作为一种非均质的整体材料，必须保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结和锚固。只有两者之间有可靠地粘结，才能在钢筋与混凝土交界面处实现应力传递，从而建立起结构承载所必须的工作应力。

关键词：钢筋；混凝土；粘结性

一、粘结机理

对钢筋同混凝土间粘结机理的研究，一般借助拉拔实验进行。由于钢筋表面形状的不同，光圆钢筋与变形钢筋同混凝土间的极限粘结强度相差很大，并且粘结机理、钢筋滑移量及破坏形态也各有不同。

1、光圆钢筋的粘结机理

由于钢筋同混凝土间的胶着强度很小，在小钢筋应变下，就足以产生使胶着力失效的局部滑动。一旦出现相对滑移，钢筋同混凝土脱开，粘结力就有摩擦咬合作用来承担。在加载过程中，相对滑动由加载端逐步向自由端发展，胶着长度不断变小，应力峰值内移，最终钢筋被拔出，而混凝土一般不发生劈裂或破碎，呈剪切破坏形态。当相对埋长较大，且混凝土强度较高时，钢筋也可能在粘结破坏之前就已经屈服。对光圆钢筋，由于其化学胶着力很小，其粘结强度即取决于摩擦咬合作用。

虽然轻度的表面锈蚀有利于增加钢筋同混凝土间的摩擦力，但其增大作用也很有限；同时，光圆钢筋表面的自然凹凸度很小，其机械咬合作用也不大，因此光圆钢筋同混凝土间的粘结强度也较低，是其粘结的主要问题。因此很多国家采用给定位移量下的粘结应力将其作为光圆钢筋的容许粘结应力，并规定光圆钢筋一般不允许单独作为受力钢筋，且通常需在钢筋端部设置弯钩，增大锚固强度，以防止钢筋同混凝土间产生过大的相对滑移。

2、变形钢筋的粘结机理

对变形钢筋来说，其粘结性能同光圆钢筋有很大区别，由于纵横肋的存在，改变了钢筋同混凝土间相互作用的方式，大大改善了粘结效用。虽然胶着力与摩擦力作用仍然存在，但变形钢筋的粘结强度主要取决于横肋同混凝土间的机械咬合作用。

由变形钢筋的拔出实验可知，其受力变形过程共可分为五个阶段：

侧向压力影响下锈蚀钢筋混凝土粘结性能研究

简介：钢筋的锈蚀使其与混凝土的粘结性能发生退化，从而使混凝土构件的结构性能产生退化，严重影响钢筋混凝土结构的安全和正常使用。研究锈蚀后钢筋与混凝土粘结性能的退化规律，有助于对在役结构进行鉴定和耐久性分析，对钢筋混凝土结构的耐久性设计也具有一定的指导意义。文章设计了一套加载装置，通过对拔出试件施加侧向压力模拟了梁端受力状态，研究了侧向压力和锈蚀程度对钢筋混凝土粘结性能的影响规律，并对其机理进行分析。结果显示该方法与梁式粘结试验结果较为一致。

关键词：钢筋混凝土；拔出试验；粘结；侧向压力

钢筋与混凝土之间的粘结是钢筋混凝土结构承载受力的前提。评价结构的粘结性能，需要拟定相应的粘结试验方法。但拟定试验方法的困难，不仅在于粘结性能受到很多因素的影响，而且由于粘结问题的复杂性，往往一种方法并不足以全面反映钢筋粘结性能的优劣。

目前，典型的钢筋混凝土粘结试验基本可以分为两种类型：拔出和梁式粘结试验。

两种试验都有其自身的局限性：（1）拔出试验的试件制作及试验装置比较简单，试验结果便于分析，但在拔出试验中，钢筋受拉，其周围混凝土受压，试件中没有剪力和弯矩作用，与实际结构构件的受力状态不符；（2）为了克服拔出试验的缺点，可以采用梁式粘结试验，但梁式试验试件尺寸较大，制作成本较高，且试验较为复杂。

基于上述问题，本文根据梁的受力特征，通过特殊的加载装置对锈蚀拔出试件施加侧向压力，观察了侧向压力和锈蚀程度对试件粘结性能的影响，并对其机理进行分析，为进一步完善钢筋混凝土粘结试验方法打下基础。

一、试验研究方案

（一）试验材料

钢筋：试验钢筋直径采用14；箍筋采用6；水泥：32.5普通硅酸盐水泥；细骨料：天然中砂；粗骨料：碎石最大粒径不大于14mm表2-1混凝土配合比（重量比）Table2-1ConcreteMixProportion（WeightProportion）水泥砂石子水设计强度实际强度12.083.310.62C20C232.2试件设计在拔出试验的基础上，对试件施加侧向压力，并考虑锈蚀程度因素制作两种拔出试件。其一，直接对试件进行拔出试验；其二，设计了一套特殊的加载装置，利用荷载传感器和反力架对部分试件施加侧向压力，以此模拟支座反力作用。试件具体设计见图1，其中钢筋锚固长

第３４卷第１６期　２　０　０　８年６月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＩ珏　Ｅ　Ｖ０１．３４　ＮＯ．１６　Ｊｕｎ．２００８　・６３・　

・结构・抗震・　

文章编号：１００９—６８２５（２００８）１６—００６３—０２　

锈蚀钢筋与混凝土粘结力的研究现状　

李琛　

摘　要：阐述了锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究的重要意义，简要介绍了粘结性能测试的试验方法，回顾与评述了锈蚀　

粘结本构关系、锈蚀后极限粘结强度退化规律、锈蚀后粘结的有限元模拟等研究领域的成果。　

关键词：锈蚀钢筋与混凝土，粘结性能，极限粘结强度，粘结有限元　

中图分类号：ＴＵ３７５　文献标识码：Ａ　

钢筋混凝土结构的耐久性是工程领域内世界各国广为关注　的问题之一，据国家统计局２００２年２月公布的《第二次全国公路　

普查主要数据公报》，我国查出危桥近１０　０００座，其中绝大部分都　

存在严重的钢筋锈蚀问题。钢筋锈蚀对钢筋混凝土的粘结性能　

有着重大影响。因此，对混凝土中锈蚀钢筋与混凝土之间粘结性　

能的研究，对于结构的耐久性具有重要的意义。　

１粘结的机理　

钢筋与混凝土是依靠粘结力而共同工作的复合构件，如果粘　

结力发生了退化，将大大影响构件的工作性能。光圆钢筋与螺纹　

钢筋的工作机理不同，光圆钢筋与混凝土的粘结力在滑动前主要　

依赖于钢筋与混凝土之间的化学胶合力，滑动后主要依赖于接触　

间的摩擦力和钢筋表面状况有关的机械咬合力。螺纹钢筋的粘　

结强度则主要取决于钢筋表面凸出的肋与混凝土的机械咬合力，　

胶合力和摩擦力不是主要影响因素。　

２粘结试验方法　

目前粘结力的试验方法主要有３种：１）中心拔出试验：不能　

反映梁中钢筋锚固区存在弯矩及剪力共同作用的影响，局限性在　

于试验过程中承压板使混凝土受压，但试件制作及试验装置比较　

简单，结果便于分析。２）梁式试验：普遍认为用梁式粘结试验得　

到的粘结强度对设计梁给出最精确的结果，但研究包含的变量　

多，需要大量的试件，装置复杂。３）钢筋内贴应变片拔出试验：即　

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钢筋与混凝土粘结性能的分析

作者：黄舒

来源：《中国科技纵横》2012年第02期

摘要：从钢筋与混凝土之间粘结性能的粘结机理、影响因素和粘结应力-滑移本构关系等三个方面进行了分析和探讨。

关键词：钢筋混凝土 粘结机理 影响因素 粘结强度

1、引言

混凝土结构是目前应用最为广泛的工程结构形式之一。钢筋与混凝土结构之间的粘结是保证两种材料形成整体、共同工作的基础，对于混凝土结构构件的受力性能、破坏形态、计算假定、承载能力、裂缝和变形等有着重要的影响。一直以来，粘结问题是结构工程技术人员关注的热点问题之一。本文主要从粘结机理、影响因素和粘结应力-滑移本构关系等三个方面进行分析和研究，以期深入理解、把握钢筋与混凝土之间的粘结性能，提出提高粘结能力的建议。

2、粘结机理

钢筋和混凝土是两种性能不同的材料组成的组合结构材料，其能够共同工作的基本要素是两者之间的粘结锚固作用。所谓钢筋和混凝土之间的粘结应力指的是两者接触面上的剪应力，由钢筋与混凝土之间的粘着力、摩阻力和咬合力三部分组成[1][2]。

(1)粘着力。混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力，其抗剪极限值取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度和清洁度。当钢筋受力后有较大变形、发生局部滑移后，粘着力就丧失了[1]。

(2)摩阻力。周围混凝土对钢筋的摩阻力，当混凝土的粘着力破坏后发挥作用[1]。如果垂直于钢筋作用有压力，则在产生极小的移动时，就会在钢筋和混凝土之间引起摩擦力，这种横向压力取决于混凝土发生收缩或者荷载和反力等对钢筋的径向压应力，以及二者间的摩擦系数等。由于钢筋表面的粗糙度，摩擦系数μ可高达0.3～0.6，生锈的圆钢与新扎的圆钢以及冷拔钢丝的表面粗糙度相差可达36倍[3]。挤压力越大，接触面越粗糙，则摩擦力越大。