锈蚀对钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响

通过中心拉拔试验,探究了钢筋与钢纤维混凝土(SFRC)间的黏结滑移机理,并以钢筋锈蚀率为参数,研究了氯离子侵蚀作用对钢筋与SFRC黏结性能的影响.结果表明:在达到黏结强度(峰值黏结应力)之前,钢筋自由端滑移较加载端小;在达到黏结强度之后,钢筋自由端与加载端滑移同步变化,黏结应力由钢筋肋间混凝土与周围混凝土之间的咬合力提供.尽管桥接锈胀裂缝的钢纤维遭受了一定程度的锈蚀损伤,但所有锈蚀试件仍然表现为延性的劈裂-拔出破坏;随着钢筋锈蚀率的增大,黏结强度先略微增大而后逐渐减小,当钢筋锈蚀率在8.01%之内时,其黏结强度不低于未锈蚀试件,当钢筋锈蚀率约15.11%时,其黏结强度损失约为35%.考虑钢筋锈蚀率的影响,基于Harajli模型得到锈蚀钢筋与SFRC黏结强度的经验公式.     

锈蚀钢筋与混凝土黏结性能试验研究

对锈蚀钢筋和混凝土黏结性能进行了试验研究,其中考虑了钢筋锈蚀率和水灰比的影响。试验采用100 mm立方体试块,其内部埋设直径为6 mm的光圆钢筋。将试块部分浸在氯离子溶液中并采用电解方法加速钢筋锈蚀。锈蚀之后,通过拉拔试验得到锈蚀试件的黏结-滑移曲线。结果表明:混凝土中的钢筋发生锈蚀、体积膨胀,通常会在混凝土表面产生裂缝;拔出试验试件典型的破坏现象为黏结劈裂破坏;锈蚀钢筋与混凝土之间的黏结力随着水灰比的增大而减小,锈蚀程度大的钢筋黏结力降低。     

锈蚀与冻融耦合作用下再生混凝土与钢筋黏结性能梁式试验研究

为了研究锈蚀与冻融循环耦合作用下再生混凝土与钢筋的黏结滑移性能,以钢筋锈蚀率及冻融循环次数为变量,对耦合作用下的钢筋再生混凝土梁试件进行试验,分析其黏结滑移特征值变化规律,并与普通混凝土梁试件进行比较。根据试验结果建立钢筋再生混凝土黏结-滑移本构关系。结果表明:各组试件均发生纵筋拔出破坏;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,冻融循环较钢筋锈蚀对黏结性能的影响更大;平均黏结应力-滑移曲线可大致分为线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及残余段;再生混凝土试件的各黏结滑移特征值的波动幅度相对于普通混凝土的较大;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,再生混凝土与钢筋间的化学胶着力要优于普通混凝土;普通混凝土的起始黏结应力与极限黏结应力的比值介于0.38～0.49之间,低于再生混凝土试件,再生混凝土抗滑移性能优于普通混凝土的。建立了考虑钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下的钢筋与再生混凝土黏结滑移本构关系,可为北方地区锈蚀率小于3%的再生混凝土梁黏结性能研究提供参考。     

锈蚀钢筋与混凝土高温后黏结性能试验研究

为研究高温作用后锈蚀钢筋与混凝土黏结退化机理,设计并制作65个钢筋位于侧边中心、23个钢筋位于侧边角部的拉拔试件。采用通电加速锈蚀方法得到锈蚀试件,然后将其在电炉中升温至目标温度,自然冷却至室温后进行拉拔试验,以研究温度、锈蚀率、保护层厚度和钢筋位置对黏结性能的影响。研究表明：高温(温度不低于400℃)和严重锈蚀(锈蚀率大于6.1%)对黏结性能有弱化作用,保护层厚度对黏结破坏模式和黏结-滑移性能影响较大;微锈蚀(锈蚀率小于2.4%)可导致黏结刚度增大趋势减缓,黏结强度小幅增大或不变;在温度100～200℃之间时,黏结强度达到最大值。基于试验结果,采用Bihill模型进行回归分析,得到适合黏结-滑移全曲线的黏结应力计算式及连续型黏结-滑移模型。计算结果表明,所提出的本构模型能够对黏结应力进行较准确的计算。     

高温作用下锈蚀钢筋与混凝土黏结性能研究

为研究高温下与高温后锈蚀钢筋与混凝土黏结性能退化规律,制作84个混凝土立方体试块及110个偏心拉拔试件,对立方体试块进行高温下及高温后抗压试验,对偏心拉拔试件进行高温下及高温后拉拔试验,分析温度状态(高温下和高温后)、锈蚀率(2%、5%和10%)、试件尺寸(立方体、棱柱体)及箍筋数量(单肢箍和双肢箍)对黏结性能的影响,依据高温对材料性能的折减规律,得出高温下锈蚀钢筋混凝土黏结强度计算方法,提出分段式及连续型黏结滑移本构模型。研究表明：锈蚀时间为59 d且历经400℃的混凝土抗压强度降低了27.6%,温度100℃时锈蚀率为4.6%的钢筋混凝土黏结强度较常温的增大8%,温度200～400℃时黏结强度降低约9%,800℃时黏结强度损失85%;温度低于400℃时,高温下钢筋混凝土黏结强度小于高温后的,温度高于400℃时,不同温度状态下黏结强度值相近;单肢箍筋试件黏结强度较双肢箍筋试件黏结强度下降了10%,立方体(150 mm×150 mm×150 mm)试件黏结耗能是棱柱体(150 mm×150 mm×300 mm)试件黏结耗能的54%。通过比较积分绝对误差验证了模型精度,计算误差小于10%,...     

锈蚀钢筋与纤维水泥基材料的界面黏结性能

针对2种用于结构修复的纤维水泥基材料(超高韧性水泥基复合材料UHTCC和钢纤维混凝土SFRC),以钢筋锈蚀率(质量分数,下同)为参数,通过中心拉拔试验,研究了清理干净的锈蚀钢筋与纤维水泥基材料的黏结性能.结果表明:由于纤维的桥接作用,UHTCC和SFRC试件均呈现出劈裂-拔出破坏模式;随着钢筋锈蚀率的增大,UHTCC试件的相对黏结应力-平均滑移曲线下降段渐趋平缓,SFRC试件的曲线下降段斜率基本保持不变;在相近的锈蚀水平下,UHTCC试件的黏结强度和残余黏结强度均高于SFRC试件;当钢筋锈蚀率约为14%时,2种试件的黏结强度分别下降至初始强度的81%和88%;钢筋锈蚀对纤维水泥基材料的残余黏结强度影响较小.     

锈蚀钢筋与再生混凝土的黏结性能试验研究

通过对不同锈蚀程度的钢筋与再生混凝土试件的拔出试验,得到锈蚀程度对钢筋与再生混凝土黏结性能的影响,同时对比了同等条件下钢筋与普通混凝土黏结性能的变化规律。通过试验得到以下结果:再生混凝土及普通混凝土试件的黏结性能在锈蚀作用的影响下均表现出不同程度的下降;钢筋锈蚀程度对再生混凝土黏结性能的影响作用小于普通混凝土;锈蚀后,再生混凝土试件的残余荷载高于普通混凝土试件。     

碳纤维布约束下钢纤维混凝土与腐蚀钢筋黏结性能的试验研究

为研究碳纤维布加固对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的效用,采用外加电流法对96个预埋钢筋-钢纤维混凝土试件进行加速腐蚀,腐蚀完成后横向包裹两层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究纤维布约束对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响规律,并与普通混凝土试验结果进行对比分析,探讨钢筋种类、保护层厚度、腐蚀率、纤维布约束及钢纤维等对黏结性能的影响规律。研究表明:①碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由钢纤维混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏,且碳纤维布约束使钢纤维混凝土试件的极限黏结强度提高,黏结-滑移曲线的下降段变缓;②钢筋种类、保护层厚度显著影响钢纤维混凝土试件的峰值黏结强度,螺纹钢筋试件的峰值黏结强度约为光圆钢筋试件的2.0～2.7倍,保护层厚度由40mm增大到60mm时,试件峰值黏结强度提高;③当腐蚀率小于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度随着腐蚀率增大有所提高;当腐蚀率大于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度降低;④在相同约束条件下,钢纤维混凝土峰值黏结强度比普通混凝土提高22.5%～61.5%,在峰值拉拔荷载下对应的滑移量较大,且光圆钢筋钢纤维混凝土试件黏结-滑移曲线的下降段比普通混凝土更为平缓。     

变形钢筋与混凝土黏结性能研究综述

从黏结试验方法、黏结强度和黏结应力-滑移本构关系三个方面，对单调及重复荷载作用下钢筋混凝土黏结性能相关研究进行了综述。对于中心拔出试验，钢筋与混凝土的黏结受力状态与实际工程结构有偏差，而梁式或梁端式黏结试验是相对较为理想的黏结试验方法。单调荷载作用下，对于非锈蚀钢筋混凝土，黏结强度以及黏结应力-滑移本构关系的研究均较为完善，成果已在各国或地区规范中体现；对于锈蚀钢筋混凝土，黏结强度劣化规律的研究已有大量数据积累，并已建立了以钢筋锈蚀率或锈胀裂缝宽度为变量的黏结强度劣化模型，但单调荷载作用下锈蚀钢筋混凝土黏结应力-滑移本构关系模型有待进一步完善。重复加载作用下钢筋混凝土黏结滑移性能的研究相对较少。已有研究结果表明：无论钢筋是否锈蚀，重复加载对黏结强度都没有显著影响，但是会导致钢筋和混凝土之间产生残余滑移，随加载次数和应力水平增大呈不断累积增长的趋势。根据目前研究现状，对于劈裂破坏模式下的黏结应力-滑移本构模型、腐蚀电流密度对黏结强度劣化规律的影响，基于表面锈胀裂缝宽度的黏结强度劣化模型、锈蚀钢筋与混凝土在单调及重复荷载作用下的黏结应力-滑移本构模型等，有待进一步研究。     

不同侧压下再生混凝土与钢筋间黏结性能试验研究与理论分析

为研究不同侧压下再生混凝土与钢筋间的黏结 滑移性能,以再生粗骨料取代率、水灰比、侧向压力比为参数,完成了144个再生混凝土试件在单向、双向侧压作用下的钢筋中心拉拔试验,观察了再生混凝土试件的破坏形态,分析了上述参数变化对黏结强度、峰值滑移的影响;基于再生混凝土多轴破坏准则,推导了不同侧压作用下再生混凝土-钢筋的黏结强度理论模型及其简化公式。研究结果表明：再生混凝土中心拉拔试件的破坏形态与侧压力比明显相关,双向侧压力比较大时,试件破坏形态与单向侧压时破坏形态相似,当双向侧压力接近时,双向均有裂缝;黏结强度与峰值滑移随侧压力比的增大,整体呈现增加趋势;基于再生混凝土多轴强度理论的黏结强度计算值与实测值较为吻合,其简化计算公式能较好地预测不同侧压力下再生混凝土与钢筋间的黏结强度。     

锈蚀钢筋与再生混凝土间粘结性能试验研究

通过电化学加速锈蚀方法,获得了7组不同钢筋锈蚀率（0~7.62%）的C30再生混凝土拔出试件。采用RILEM TC9-RC标准,得到了不同钢筋锈蚀率下再生混凝土与钢筋之间的荷载-滑移曲线。分析了钢筋锈蚀率对再生混凝土与钢筋粘结滑移性能的影响。结果表明：在钢筋锈蚀率较小时,再生混凝土粘结试件发生拔出破坏;当钢筋锈蚀率超过1.4%时,粘结破坏形式转变为再生混凝土劈裂破坏;再生混凝土与钢筋之间的粘结强度退化与普通混凝土的粘结性能退化规律有相似之处,均有一个先上升后快速下降的过程;根据试验结果,建立了再生混凝土与锈蚀钢筋间粘结-滑移本构方程。图10表5参5     

钢筋与钢纤维混凝土的黏结滑移性能及其关系模型

基于内贴应变片的钢筋与钢纤维混凝土局部黏结试件的拉拔试验,研究钢筋与不同强度钢纤维混凝土的黏结性能。通过对实测钢筋应变的分析,建立了以三次多项式表达的黏结应力分布函数,得到了各级荷载作用下钢筋与钢纤维混凝土黏结应力和相对滑移沿黏结区段的分布,进一步分析了钢纤维和混凝土强度对黏结性能的影响。结果表明,随钢纤维的体积率和混凝土强度的增大,黏结试件加载端附近的黏结应力提高,黏结应力极值总体向加载端靠拢;同时,加载端与自由端的滑移减小。最后,提出了能够较好反映钢筋与钢纤维混凝土受力过程的黏结-滑移关系模型。     

Experimental study on bond performance between high strength steel rebar and ultra-high performance concrete

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能，设计并制作69个试件，通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏，高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大；纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显；当纤维体积率从1%增长至3%，长径比从35增加到100时，黏结强度分别提高了23%和16%；但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响；黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加，随着黏结长度增大而降低，当保护层厚度超过4倍钢筋直径时，增幅基本不变；当黏结段位于加载端时，受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%，黏结段越靠近试件中部，加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果，确定临界锚固长度计算式，提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式，同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得，现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度，建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。     

高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能,设计并制作69个试件,通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大;纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显;当纤维体积率从1%增长至3%,长径比从35增加到100时,黏结强度分别提高了23%和16%;但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响;黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加,随着黏结长度增大而降低,当保护层厚度超过4倍钢筋直径时,增幅基本不变;当黏结段位于加载端时,受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%,黏结段越靠近试件中部,加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果,确定临界锚固长度计算式,提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式,同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得,现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度,建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。     

混杂尺寸纲纤维混凝土试验研究

对4种不同的钢纤维混凝土和2种相应的素混凝土进行了抗压、劈裂和4点弯曲实验.结果表明,钢纤维混凝土的上述强度明显优于素混凝土的相应强度;而钢纤维再生混凝土的上述强度明显优于钢纤维卵石混凝土的相应强度;混杂尺寸钢纤维混凝土的上述强度不如单一尺寸钢纤维混凝土的相应强度.     

碳纤维布约束对锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的影响

通过外加电流加速锈蚀法获取锈蚀钢筋混凝土试件,采用横向粘贴碳纤维布的方法进行加固,设计并制作了未加固锈蚀试件、先锈蚀后加固和先加固后锈蚀三组22个试件。考虑保护层厚度、加固前或加固后的钢筋锈蚀率等因素,通过拉拔试验研究了碳纤维布约束对锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能的影响。分析结果表明,碳纤维布的约束作用能显著提高锈蚀后钢筋与混凝土间的粘结性能,试件破坏模式由混凝土劈裂破坏向钢筋拔出破坏转变。未加固锈蚀试件极限粘结强度随着锈蚀的发展而降低;锈蚀试件采用碳纤维布加固后,由于保护层的劈裂受到约束,极限粘结强度显著提高;由于碳纤维布对锈胀力和保护层劈裂的双重约束作用,先加固后锈蚀试件的极限粘结强度随着锈蚀的发展而增大,且比同等锈蚀率的先锈蚀后加固试件更为显著。根据试验结果分别建立了不同约束条件下锈蚀钢筋与混凝土间极限粘结强度的计算模型。     

受硫酸盐腐蚀混凝土与钢筋黏结性能的研究

通过试验室加速腐蚀的试验方法,在对变形钢筋进行的拔出试验的基础上,得到了不同腐蚀程度的混凝土与钢筋的平均黏结强度与相对滑移的曲线,获得了硫酸盐腐蚀后混凝土与钢筋黏结性能随不同混凝土腐蚀程度的变化规律.结果表明:随腐蚀的进行,变形钢筋与腐蚀混凝土之间的极限黏结强度先增加后降低;同时,对受腐蚀混凝土进行了超声检测,得到了不同腐蚀时期混凝土的损伤层厚度,根据试验结果的统计分析,建立了极限黏结强度降低系数与损伤层厚度的数学表达式,给出了混凝土腐蚀后,钢筋与混凝土的黏结强度计算公式.     

再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究

为了探究再生混凝土结构的耐久性能,对5组不同钢筋锈蚀率(0~9%)的再生混凝土梁式试件进行加载试验。分析不同钢筋锈蚀率对再生混凝土梁式试件的钢筋应变、局部粘结应力、粘结滑移和极限粘结应力的影响。结果表明:钢筋锈蚀率大于3%时试件底部开始有细微锈胀裂缝出现;锈蚀率越大,荷载作用下钢筋应变沿锚固位置的变化曲线越平缓;局部粘结应力沿锚固段呈现出双峰分布,峰值主要集中在加载端和自由端附近;加载端附近位置滑移现象最先发生,远离加载端滑移现象延后;随着钢筋锈蚀率的增大,极限粘结强度先增加后降低,极限荷载下的滑移值增大。     

锈蚀钢筋与混凝土粘结力的研究现状

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。