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锈蚀程度对钢筋性能的影响
摘要
本论文报告是一项评估钢筋锈蚀程度对其力学性能的影响的研究成果。用钢筋混凝土试样中分离的一些6mm和12mm已经锈蚀的钢筋在拉力作用下进行测试。结果表明，当用实际截面面积计算时，钢筋锈蚀的程度并不影响其抗拉强度。然而，即使用公称直径来计算，当6mm和12mm的钢筋的锈蚀程度分别为11%和24%时抗拉强度还是小于ASTM A 615要求的600MPa。此外，锈蚀程度大于12%的钢筋会出现脆性破坏。
1.引言
钢筋混凝土建筑有效使用寿命的减少主要是由于钢筋的锈蚀，这引起全球建筑业的关注，修复和改造损坏的混凝土建筑耗费了相当多的资源。据估计在美国修复和改造高速公路需要200多亿美元，在英国修复道路桥梁需要6亿多英镑。在其他国家修复和改造钢筋混凝土建筑的花费的记录也不是很好，但毫无疑问，相当大的资源无疑是分配给了恢复变坏的混凝土建筑的有效使用寿命上面。
在正常情况下，混凝土保护钢筋，密实的、相对不透水的混凝土结构提供了物理保护，而高碱度的孔隙溶液提供了化学保护。水泥里的碱性化合物，主要是钙和部分碳酸钾和钠，构成了高碱度(pH > 13.5)的孔隙溶液。在这种高pH值下，钢筋在氧气里可能是由于形成微观γ-Fe2O3薄膜而钝化。Hime和Erlin提出钢筋表面钝化层可能有除了γ-Fe2O3以外的合成物。
根据记录,钢筋混凝土的接触面富含的石灰层为钢筋提供了进一步的保护。这被Leek和Poole证实，他们报告了接触面层由被水化硅酸钙(C-S-H)凝胶里的物质分解的变厚度(5-15μm)的氢氧钙石[Ca(OH)2]自由聚合物组成。这一层由于侵蚀性离子的直接出入并作为增碱剂缓冲由于钢筋锈蚀产物的水解所降低的pH值而被认为保护了钢筋的表面。据Sagoe-Crentsil和Glasser所说，Ca(OH)2和C-S-H 凝胶形成缓冲对并且他们都易维持高PH值。
钢筋锈蚀是由于氯离子在钢筋表面的扩散或由于混凝土的碳化导致的。钢筋锈蚀和混凝土的后续开裂相比较混凝土的碳化而言更应归结于氯离子在钢筋表面的扩散。氯化物分解钝化层的许多机理被提出，如薄膜的化学溶解,薄膜/底层接触面上累积的金属孔洞等，氧化铁/孔隙溶液接触面的高浓度氯导致了局部酸化和斑蚀。Leek和Poole基于SEM / EDS进行了砂浆棱柱里钢筋钝化膜分解的研究，证实了氯离子的锈蚀是从破坏薄膜和金属之间的结合开始。不论是什么原因，钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀都会导致混凝土开裂和后续承载力损失。
钢筋混凝土构件因钢筋锈蚀引起的承载力降低归根结底是由于混凝土间粘结力降低的综合效应和/或钢筋的抗拉强度的降低。虽然一些资料可查钢筋锈蚀对混凝土的粘结强度的影响，但缺乏对钢筋力学性能的影响的研究。Maslehuddin 等人评估了空气锈蚀对钢筋力学性能的影响。但是应该注意的是空气锈蚀对钢筋
力学性能的影响不如他在混凝土中锈蚀的影响强烈。另外，钢筋锈蚀会引起混凝土开裂从而影响构件的完整性。钢筋锈蚀的程度以及随后构件承载力的减少需要被评估以验证混凝土的残余强度并且制定修复方案。
本研究的目的在于评估混凝土中钢筋锈蚀的程度与他们的力学性能的关系。
2.实验方案
ASTM C 150型水泥做成的钢筋混凝土试件，最大尺寸19毫米、比重2.64、吸水率2.3%的碎灰岩作为粗骨料，比重2.64、吸水率0.56%的海滩沙作为细骨料。所有混凝土混合料中粗细骨料比1.68、水灰比0.45保持不变。准备两组混凝土试样，第一组样本准备6mm直径的钢筋而另一组准备12mm直径的钢筋。试样中使用符合ASTM A 615 G60要求的螺纹钢筋。
浇铸过后混凝土试样养护28天，外加2mA/cm2的阳极电流以加速钢筋锈蚀。这是一个整合系统，通过一个直流整流器和一个内置电流计来监控电流和一个分压计控制电流强度来完成。混凝土试样部分浸在一个盛有5%氯化钠溶液的玻璃槽内以确保便钢筋在液面以上。选择这种类型的装置是确保形成的锈蚀产物不被冲走且混凝土试样出现开裂。调整电流方向以便钢筋成为一个正极而一个放在靠近混凝土试件的不锈钢板作为负极。实验装置示意图如图1所示。为了感应不同程度的钢筋锈蚀，事先建立一个外加电流持续时间与相应的钢筋锈蚀程度之间关系的校准曲线以传导实际实验。对每一个混凝土试件的供电源定期进行检查，通过调整分压计来调整其漂移。预期的钢筋锈蚀程度从分析校准曲线中阳极电流对应的持续时间得知。
图1 加速锈蚀实验装置示意图。
达到预期锈蚀程度后混凝土试件沿钢筋方向开裂。根据ASTM G1中Clark法清理钢筋后即可通过钢筋质量的减少来衡量锈蚀的程度。测定减少的质量之后，钢筋进行拉伸试验以测试其力学性能。钢筋拉伸试验在250KN Instron万能试验机上进行。用一个特制的伸长仪来测定钢筋的伸长值。至试样开始断裂期间的负载和伸长数据使用计算机数据采集系统来记录每个试样生成的数据都绘制成应力-应变关系图。利用应力-应变关系图来确定屈钢筋服强度和抗拉强度。拉伸试验完成以后，测量由于外加荷载引起的伸长，并且按初始长度以百分数表示。
选取未锈的和锈蚀的钢筋进行拉伸试验以便于评估钢筋锈蚀程度对抗拉性能的影响。
3.结果与分析
3.1 锈蚀对钢筋抗拉性能的影响
图2和3是为不同锈蚀程度的6毫米直径钢筋的应力-应变曲线。这两组钢筋的抗拉强度几乎一样。
然而,锈蚀率为0.88%的钢筋总伸长值比锈蚀率为13.9%的钢筋的大。表1总结了不同锈蚀程度的6mm直径钢筋的抗拉强度。这些数据表明，随着钢筋锈蚀程度提高钢筋的有效承载能力会降低。由于钢筋截面变小对净抗拉强度有些许影响。图4显示了6mm直径钢筋不同锈蚀程度对应的极限强度。未锈钢筋和那些锈蚀率为75%的钢筋极限强度分别为796和741 MPa。
还应注意的是即使由于钢筋锈蚀造成钢筋劣化但是依照ASTM A 615他们的抗拉强度依然超过600 MPa。表1也显示了用公称直径即6mm计算的钢筋的抗拉强度。当钢筋的锈蚀率达到11.6%及以上时，使用这种标准钢筋的抗拉强度会降到ASTM A 615的600MPa标准以下。
图2 锈蚀率为0.88%的6mm直径钢筋的应力-应变曲线
图3 锈蚀率为13.9%的6mm直径钢筋的应力-应变曲线表1
试件# 锈蚀率
(%)
平均直径
(mm)
极限荷载
(kN)
实际拉应力
(MPa)
名义拉应力
(MPa)
ST1 0 5.9 21.76 796 769.0 ST2 0 5.9 21.76 796 769.0 ST3 0 5.9 21.76 796 769.0 2SAC2 0.88 5.85 21.01 781.7 742.8 2SCB2 1.10 5.80 20.49 775.9 724.8 1SAA1 1.22 5.85 20.86 776.1 737.5 2SAA1 1.45 5.81 20.53 774.5 725.8 2SAA2 1.45 5.89 21.09 774.03 745.6 1SCD1 1.63 5.85 20.762 772.45 734.0 1SCB2 11.64 5.25 16.521 763.2 584.0 2SCA2 12.364 5.10 16.75 819.95 592.2 1SAB2 13.13 4.8 14.62 808.07 517.0 2SAB2 13.89 4.95 14.13 734.00 499.4 1SAG1 17.83 4.95 13.05 678.20 461.4 2SAG2 19.40 4.95 15.03 780.80 531.2 1SAD1 24.95 4.30 10.79 743.00 381.5 2SCC1 27.27 4.15 9.043 668.56 319.7 1SCC1 28.32 4.00 9.281 738.90 328.1 2SAH2 32.02 3.90 9.266 776.00 327.6 1SCA2 40.70 4.10 10.156 769.00 359.0 1SAI2 48.25 4.10 10.134 767.60 358.3 2SAI2 75.00 3.00 4.877 740.80 172.2 图5和6是典型12mm直径钢筋的应力-应变曲线，锈蚀率分别为11.7%和32.70%。同样，在这组标本中钢筋锈蚀程度未影响极限拉应力。图7所示12mm直径钢筋不同锈蚀程度对应的抗拉强度。这些数据表明，钢筋腐蚀的程度对其抗拉强度的影响是很微不足道的。例如，未锈钢筋的实际拉应力是760 MPa锈蚀率80%的钢筋的实际拉应力是844 MPa。表2显示了用公称直径即12mm计算的钢筋的抗拉强度。使用实际截面面积计算的抗拉强度大于ASTM A 615 规定的600MPa。然而使用12mm直径的公称面积计算的抗拉强度小于A 615规定的锈蚀率为24%及其以上的钢筋抗拉强度值。
表1
试件# 锈蚀率
(%)
平均直径
(mm)
极限荷载
(kN)
实际拉应力
(MPa)
名义拉应力
(MPa)
ST1 0 5.9 21.76 796 769.0 ST2 0 5.9 21.76 796 769.0 ST3 0 5.9 21.76 796 769.0 2SAC2 0.88 5.85 21.01 781.7 742.8 2SCB2 1.10 5.80 20.49 775.9 724.8 1SAA1 1.22 5.85 20.86 776.1 737.5
2SAA1 1.45 5.81 20.53 774.5 725.8 2SAA2 1.45 5.89 21.09 774.03 745.6 1SCD1 1.63 5.85 20.762 772.45 734.0 1SCB2 11.64 5.25 16.521 763.2 584.0 2SCA2 12.364 5.10 16.75 819.95 592.2 1SAB2 13.13 4.8 14.62 808.07 517.0 2SAB2 13.89 4.95 14.13 734.00 499.4 1SAG1 17.83 4.95 13.05 678.20 461.4 2SAG2 19.40 4.95 15.03 780.80 531.2 1SAD1 24.95 4.30 10.79 743.00 381.5 2SCC1 27.27 4.15 9.043 668.56 319.7 1SCC1 28.32 4.00 9.281 738.90 328.1 2SAH2 32.02 3.90 9.266 776.00 327.6 1SCA2 40.70 4.10 10.156 769.00 359.0 1SAI2 48.25 4.10 10.134 767.60 358.3 2SAI2 75.00 3.00 4.877 740.80 172.2 上述结果表明：即使高度腐蚀，以实际截面计算的钢筋抗拉强度也无显著变化。然而,当钢筋用公称直径来计算的抗拉强度，这些值低于ASTM A 615对于钢筋锈蚀率为11.6%及其以上的6mm钢筋和锈蚀率为24%及其以上的12毫米钢筋所规定的600 MPa。另外，钢筋锈蚀程度对其脆性的影响我们将会在后文讨论。Masle-huddin等人将六种不同规格的钢筋曝露在空气中16个月并得出结论：曝露在空气中16个月所发生的钢筋锈蚀对其屈服强度和极限抗拉强度的影响是微不足道的。他们的试验结果表明：随着曝露时间的增长，钢筋的强度会有微弱的提高亦或是没有改变。然而，在他们的试验中，钢筋的公称直径是用来计算屈服强度和抗拉强度。Aldridge等人将符合ASTM 350 - 56T的各种规格的钢筋曝露在三种不同腐蚀环境条件中，即普通室外，100%相对湿度的潮湿房间和模拟的海水喷淋，曝露时间各不相同，有的长达12个月。他们的研究表明,室内和室外锈蚀钢筋的抗拉强度不受表面腐蚀程度影响,而经过3个月海水锈蚀的钢筋极限抗拉强度下降了大约3.7%。
图4 6mm直径钢筋不同锈蚀程度对应的抗拉强度
图5 锈蚀率为11.7%的12mm钢筋的应力-应变曲线
图6 锈蚀率为32.7%的12mm钢筋的应力-应变曲线
图7 12mm直径钢筋不同锈蚀程度对应的抗拉强度
Uomoto等人评估了从建筑中获取的锈蚀钢筋的抗拉强度。他们的研究表明，锈蚀钢筋屈服强度和极限强度范围为未锈钢筋的90 - 95%。另外，Uomoto和Misra 对从梁、柱获取的锈蚀钢筋进行了强度试验，这些试件曝露在海洋环境中时间长短不一。他们报告称钢筋的屈服强度和极限强度钢筋降低的范围为原始钢筋的5%-10%。
表2 12mm直径钢筋的抗拉强度
试件# 锈蚀率
(%)
平均直径
(mm)
极限荷载
(kN)
实际拉应力
(MPa)
名义拉应力
(MPa)
1PCCT 0 11.75 82.38 759.72 728.1 2PCCT 0 11.75 82.25 758.5 727.0 3PCCT 0 11.70 81.58 758.8 721.0 1PCC 2.11 11.63 80.52 757.97 711.7 2PAG 2.69 11.75 82.12 757.3 725.8 2PCD 3.37 11.70 81.31 756.3 718.7 2PAH 3.93 11.71 81.34 757.5 719.2 1PAG 4.0 11.70 81.68 753.9 722.0 2PAE 4.78 11.71 81.11 753.3 716.9 1PAH 5.09 11.67 80.36 751.29 710.3 1PAE 5.68 11.70 80.96 753.0 715.6 2PFD 6.60 11.58 78.66 746.7 695.2 1PFE 7.80 11.44 76.61 745.32 677.1 1PCA 11.72 11.10 71.94 743.42 635.8 2PFF 12.29 11.00 74.32 782.00 656.9 2PCA 15.65 10.50 69.88 807.0 617.6 1PAC 20.55 10.50 69.45 802.0 613.8 1PAD 24.0 10.20 64.27 786.0 568.0 1PCB 24.0 10.05 59.33 748.0 524.4 2PAD 25.65 10.05 60.5 762.0 534.7 1PAJ 32.65 9.35 54.70 796.8 483.5
1PAB 39.50 8.60 47.34 815.0 418.4 1PAA 48.25 7.30 33.68 816.0 297.7 1PCD 51.00 7.90 40.00 816.0 353.5 1PAF 60.70 7.45 29.36 673.0 259.5 2PAA 80.00 4.5 13.43 844.0 118.7
3.2. 受锈蚀影响的钢筋的破坏形式
图8显示了不同锈蚀率的6mm直径钢筋载荷-伸长曲线。这种比较表明，随着锈蚀程度的增加，相应的钢筋破坏之前的伸长减少。在这个系统模式下，随着锈蚀，相比未锈钢筋而言锈蚀钢筋少量屈服应变便会破坏，这表明在它们最终破坏之前有大量的屈服。这表明钢筋锈蚀增加脆性。
图8 不同腐蚀率的6mm直径钢筋荷载-伸长曲线
锈蚀率为12.6%及其以上的钢筋显示其脆性特征。另外，锈蚀率为12%及其以上的钢筋的伸长率通常小于ASTM 615的规定，即9%。图9所示随着钢筋的锈蚀对其外形的影响。可见随着锈蚀度超过40%，相对的一小段长度的钢筋会变细，从而证明了随着钢筋锈蚀有形成缺口的趋势。图10和11所示为几个缺口比较严重的钢筋，锈蚀率分别为75%和80%。这种优先锈蚀的特点是：高浓度氯化物或混凝土破裂的情况或氯离子和氧气可接触钢筋表面的特殊环境的蜂窝楼板。优先锈蚀导致一小段长度的钢筋变细造成的影响是局部钢筋截面面积明显减少，因此降低了钢筋承载力。优先锈蚀和缺口的形成也不同，由图8可见钢筋载荷变形的特点。当钢筋有缺口或者局部有杂质的截面受拉时，缺口会发生应力集中，在破坏时整体拉力会低于未锈钢筋。因此，随着缺口变得更深，缺口位置的应力集中会逐渐增强，钢筋也会更加体现出脆性。
图9 锈蚀对钢筋外形的影响
图10 钢筋锈蚀率达到75%对其外形的影响
图11 钢筋锈蚀率达到80%对其外形的影响
上述发现由Almusallam等人的一项研究所支持。他们的研究表明加锈蚀钢筋的混凝土板承载能力降低是由于锈蚀集中造成钢筋截面面积的减少，从而降低了
这些位置钢筋的承载能力并且钢筋会表现出不发生屈服的突然失效。他们得出结论,钢筋锈蚀不仅降低了板的强度还会引起脆性破坏。他们也指出钢筋破坏与有修饰钢筋的混凝土板破坏之间的密切关系。这种情况的实际影响是：破坏之前钢筋严重锈蚀的少筋受弯构件不会发生大变形，从而在结构破坏之前缺少最重要的预兆。Uomoto、Misra等人也报告了由锈蚀率不同的钢筋构成的梁承载能力的降低和延性的缺失的预测结果。Ting和Nowak建立了一个数学模型来评估钢筋截面积对钢筋混凝土梁的弯曲性能的影响。他们得出结论，强度降低是由于钢筋的锈蚀，并且与锈蚀引起的质量损失成线性函数。
4.结论
当利用实际截面面积计算时，随着锈蚀程度的增加钢筋抗拉强度会有略微的降低。另外，锈蚀率高达75%-80%的钢筋使用实际截面面积计算的抗拉强度超过600 MPa。然而，当使用公称直径计算时，锈蚀率为12%及其以上的6毫米直径钢筋和锈蚀率为24%及其以上的12mm直径钢筋的抗拉强度低于ASTM 615要求的600 MPa。
不同锈蚀程度的钢筋应力-应变数据的特征显示随着锈蚀程度的增加钢筋的延性降低。此外，随着锈蚀率的增加，锈蚀钢筋相对于破坏前会出现较大屈服的未锈钢筋来说屈服应变较小。锈蚀率为12.6%及其以上的钢筋表现出脆性特征。另外，锈蚀率超过12%的钢筋伸长率低于ASTM 615规定的9%。
这项研究的结果表明当锈蚀率超过13%时，由于混凝土板弯曲部分有显著的突然破坏，所以锈蚀钢筋和钢筋锈蚀的混凝土板破坏特征之间有密切关系。
钢筋的锈蚀机理及影响因素 方岸林 摘要 本文基于大量的研究成果，并从理论原理出发，深入地分析总结了钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀机理、钢筋锈蚀后的粘结性能退化机理及影响混凝土构件中钢筋锈蚀的主要因素。为以后的研究者提供理论上的参考依据。 关键词：锈蚀机理退化机理参考依据 The Corrosive Mechanisms And The Influencing Factors Of Reinforcement Abstract:This passage basic on a lot of researches,and set out from principles,gaive an in-depth analyze and summarize that the corrosive mechanism of the reinforcements in the concrete structures,the degenerate mechanism of the bond performance after reinforcement being corrosived,and the main factors of impact reinforced corrosived.Provide theoretical reference imformetion for the fouture researchers. Key Words:corrosive mechanism ,degenerate mechanism ,reference imformetion 0．引言 自水泥问世以来，钢筋混凝土结构在土木工程中得到了广泛的应用。然而由于施工不当、不良使用条件（如工业环境、海洋环境等）、不当使用方法（如高速路路面和桥梁桥面撒盐除冰法等），特别是由于目前环境的严重污染（如我国的酸雨强度近年来持续增强等[1]）等因素的影响，混凝土中钢筋的锈蚀已经成为威胁全世界混凝土结构耐久性的最主要灾害。1991年在法国召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上，美国加州大学Mehta教授[2]的主题报告“混凝土耐久性50年进展”中提出，目前钢筋锈蚀已经成为钢筋混凝土构件破坏的最主要的原因。 根据有关资料报道[3]，日本约有21.4%的钢筋钢筋混凝土结构损坏是由于钢筋锈蚀引起的；在美国，最普遍的耐久性破坏形式为钢筋混凝土桥梁、路面以及
一、编制依据 1、**县质监站质量监督整改通知单； 2、锈蚀钢筋随机抽检力学性能试验报告； 二、工程概况 本工程是***工程，是农民拆迁安置房，总建筑面积153798㎡，已完成主体建筑约128000㎡，未完成主体部分约26000㎡。由于本工程出现某种原因，原施工单位不再进行施工，致使本工程中途停工。原施工单位停工时，尚有部分建筑主体结构未完成。具体情况为15、16号楼主楼部分混凝土已浇筑，抗水板、剪力墙及柱筋已绑扎成型，14、25号楼大屋面以下主体结构已完成，装饰花架、电梯机房及到屋面楼梯剪力墙、柱钢筋已绑扎成型，1至25号楼构造柱及过梁、女儿墙压顶钢筋已设置，以上部位均未浇筑混凝土。且现场尚有300多吨钢材露天堆放，未进行保护和覆盖。 由于该工程于2011年1月13日停工，至今已有7个月时间，致使钢筋严重生锈。基于以上情况，我公司会同监理公司联名向业主及***质量监督站报告上述情况，并组织上述单位对现场堆放及已绑扎成型钢筋进行查看。经过查看现场实际情况，质监站监督工程师要求对现场所有钢筋进行取样，如检测结果为满足原直径钢材力学性能要求，则除锈后进行使用，若检测结果不满足原直径钢材力学性能要求，则按检测结果除锈后使用。 我项目部在监理单位的见证下对上述钢筋进行取样检测，检测结果为所有钢材均满足原直径力学性能要求，所以本工程所有堆放及已安装钢材均按质监站要求除锈后按原钢材直径使用。为保证钢材除锈工作顺利进行及达到除锈质量满足要求，特编制本专项方案。 三、除锈方法 我项目部技术人员对现场所有钢筋进行查看，发现现场堆放钢筋
上面部分由于长期日晒雨淋，下面部分由于接触泥土很潮湿，致使上面和下面部分钢筋锈蚀严重，已产生部分鳞片锈，而中部钢筋只产生部分点状锈；而已绑扎成型钢筋由于长期接触空气及日晒雨淋，全部已产生鳞片锈。 基于上述情况，决定对生锈程度不同的钢筋采取不同除锈方法。 1、对只产生点状锈部分钢筋除锈拟采用人工除锈的方案。 人工除锈为人工使用钢丝刷和打磨砂布进行人工打磨除锈。使用脚手架钢管搭设工作台，然后将堆场上只产生点状锈部分钢筋置于工作台上，逐根进行打磨除锈。 2、对于产生鳞片锈的钢筋，采用机械除锈。 在现场钢筋棚内，设置10台电刷除锈机，对产生鳞片锈的钢筋进行机械强力除锈，以保证除锈彻底及高效除锈。对于已绑扎成型的钢筋，由于已安装到位，且相对分散，特别是构造柱钢筋更加分散，基于上述情况，拟对已绑扎成型钢筋采用电动角磨机安装钢丝刷进行除锈。 经过除锈处理的钢筋应设置专门堆场进行堆放，堆放时应在地面砌筑不低于500mm高的地垄墙，以使堆放钢筋远离地面。钢筋堆放完毕后，应使用塑料布进行覆盖，避免日晒雨淋让已除锈钢筋再次产生锈蚀。对于已绑扎成型钢筋，在除锈后应及时浇筑混凝土，以让钢筋远离空气，避免生锈。 三、钢筋下部混凝土表面处理 由于竖向钢筋长期锈蚀，表面浮锈沿钢筋随雨水流下，渗入柱底混凝土板面，影响今后将要浇筑的上部混凝土与板面的连接，而且柱底钢筋的锈蚀也不易清理，因此有必要将柱底板面混凝土凿毛，露出新鲜混凝土表面，同时彻底清除掉碳化层,然后将柱底钢筋的锈蚀情况进一步处理。
第二节钢筋的主要力学性能 一、钢筋的品种和级别 （一）钢筋的品种（分类）（有很多种分类形式） 按化学成分分类： 低碳钢 碳素钢中碳钢随含碳量增加，钢筋强度提高， 高碳钢塑性性能降低。 普通低合金钢：除碳素钢已有的成分外，再加入少量的 硅、锰、钛、钒等合金元素。强度显著 提高，塑性性能更好。 光面钢筋——表面光滑，与混凝土粘结力差。 按外形分类变形钢筋——表面带肋，螺旋纹、人字纹、 月牙纹，与混凝土粘结力高。 热轧钢筋用于钢筋混凝土结构 按生产工艺分类预应力钢丝和钢绞线及热处理钢筋 ——用于预应力混凝土结构 冷加工钢筋——用于预应力混凝土结构三种钢筋、生产工艺不同，见书。 （二）钢筋的级别 1、热轧钢筋：由普通（低碳）碳素钢、低合金钢轧 制而成——软钢
常用热轧钢筋的级别、符号、钢种和形状 性能：随着热轧钢筋级别提高，强度提高，塑性降低。 2、预应力钢丝和钢绞线、热处理钢筋 9~4φφ 用于预应力混凝土结构中P439～440 3、冷加工钢筋 冷拉、冷拔 二、钢筋的强度和变形（通过拉伸试验获得的应力应变曲 线来说明） 应力——应变曲线分两类： 有明显的流幅：热轧钢筋（软钢） 无明显的流幅：高碳钢（硬钢）（预应力钢丝、钢 绞线、热处理钢筋） 设计强度取值依据：（应力） 有明显的流幅钢筋，取其屈服点强度作为设计取值依 据。 无明显的流幅钢筋，取b σ85.0(极限抗拉强度)作为条件 屈服点。
三、钢筋的冷加工（对钢筋进行冷加工，可以提高强度） 1、冷拉 对热轧钢筋进行张拉，张拉应力超过原屈服点， 然后放松，再张拉，屈服强度提高了，但塑性 降低。（伸长率降低） 2、冷拔 将8 φ光面钢筋通过强力拔过直径小的钨合 6φ ~ 金拔丝模孔，塑性变形后，——3，4mm钢丝冷拉：提高抗拉强度（不宜作受压钢筋） 冷拔：同时提高抗拉、抗压强度。 四、混凝土结构对钢筋性能的要求 1、强度 2、塑性 3、可焊性 4、耐火性 5、与混凝土的粘结性 第三节钢筋和混凝土的粘结与锚固 一、粘结的作用和分类 钢筋和混凝土之间的粘结，是保证两者共同工作的前提。 钢筋混凝土结构受力后，若钢筋和混凝土有相对变形（滑移）就会在其交界面上产生剪应力τ，这种剪应力τ称为
第三节钢筋锈蚀电位的检测与判定 一、概述 混凝土碳化会使得混凝土的PH值降低，当PH值小于11时，这时混凝土中钢筋表面的致密钝化膜就被破坏，不仅如此，CaSO3、CaSO4还会与水尼水化产物中的铝酸三钙反应，生成物体积增大，从而使混凝土胀裂，这就是硫酸盐侵蚀破坏。 一旦钢筋表面钝化膜局部破坏或变得致密度差，即不完整，则钝化膜处就会形成阳极，而周围钝化膜完好的部位构成阴极，从而形成了若干个微电池。 二、半电池电位法 半电池电位法是利用混凝土中钢筋锈蚀的电化学反应引起的电位变化来测定钢筋锈蚀状态的一种方法。通过测定钢筋/混凝土半电池电极与在混凝土表面的铜/硫酸铜参考电极之间电位差的大小，评定混凝土中锈蚀活化程度。 三、测量装置 1、参考电极（半电池）：本方法参考电极为铜/硫酸铜半电池。 2、二次仪表的技术性能要求 3、导线：导线总长不应超过150m，一般选择截面积大于0.75mm2的导线。 4、接触液：为使铜/硫酸铜电极与混凝土表面有较好的电接触，可在水中加适量的家用液态洗涤剂对被测表面进行润湿，减少接触电阻与电路电阻。 四、测试方法 1、测区的选择与测点布置 （1）、主要承重构件或承重构件的主要受力部位。 （2）、在测工上布置测试网格，网格节点为测点。间距可选20cm×20cm、30cm ×30cm、20cm×10cm。测点位置距构件边缘应大于5cm，一般不宜少于20个测
点。 （3）、当一个测区内存在相邻点的读数超过150mV时，通常应减小测点的间距。（4）、测区应统一编号。 2、混凝土表面处理 用钢丝刷、砂纸打磨测区混凝土表面，去除涂料、浮浆、污迹、尘土等，并用接触液将表面润湿。 3、二次仪表与钢筋的电连接 （1）、铜/硫酸铜电极接二次仪表的正输入端；钢筋接负输入端。 （2）、局部打开混凝土或选择裸露的钢筋，在钢筋上钻一小孔并拧上自攻螺钉，用加压型鳄鱼夹夹住并润湿，确保有良好的电连接。 （3）、铜/硫酸铜参考电极与测点的接触。 电极前端浸湿，读数前湿润混凝土表面。 4、铜/硫酸铜电极的准备。 5、测量值的采集 测点读数变动不超过2mV，可视为稳定。重复测读的差异不超过10mV。五、钢筋锈蚀电位的一般判定标准 （1）、在对已处理的数据（已进行温度修正）进行判读之前，按惯例将这些数据加以负号，绘制等电位图，然后进行判读。 （2）按照表6-6的规定判断混凝土中钢筋发生锈蚀的概率或钢筋正在发生锈蚀的锈蚀活动程度。 结构混凝土中钢筋锈蚀电位的判定标准表6-6
第一章 钢筋混凝土的材料力学性能 一、填空题： 1、《混凝土规范》规定以 强度作为混凝土强度等级指标。 2、测定混凝土立方强度标准试块的尺寸是 。 3、混凝土的强度等级是按 划分的，共分为 级。 4、钢筋混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点 的钢筋，通常称它们为 和 。 5、钢筋按其外形可分为 、 两大类。 6、HPB300、 HRB335、 HRB400、 RRB400表示符号分别为 。 7、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于于残余应变为 时的应力作为名 义屈服点，称为 。 8、对于有明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 、 等四项。 9、对于无明显屈服点的钢筋，需要检验的指标有 、 、 等三项。 10、钢筋和混凝土是两种不同的材料，它们之间能够很好地共同工作是因 为 、 、 。 11、钢筋与混凝土之间的粘结力是由 、 、 组成的。其 中 最大。 12、混凝土的极限压应变cu ε包括 和 两部分， 部分越 大，表明变形能力越 ， 越好。 13、钢筋的冷加工包括 和 ，其中 既提高抗拉又提高抗 压强度。 14、有明显屈服点的钢筋采用 强度作为钢筋强度的标准值。 15、钢筋的屈强比是指 ，反映 。 二、判断题： 1、规范中，混凝土各种强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。（ ） 2、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。（ ） 3、采用边长为100mm 的非标准立方体试块做抗压试验时，其抗压强度换算系数为 0.95。（ ） 4、采用边长为200mm 的非标准立方体试块做抗压试验时，其抗压强度换算系数为 1.05。（ ） 5、对无明显屈服点的钢筋，设计时其强度标准值取值的依据是条件屈服强度。（ ） 6、对任何类型钢筋，其抗压强度设计值y y f f '=。（ ）
钢筋和混凝土的力学性能 问答题参考答案 1．软钢和硬钢的区别是什么？应力一应变曲线有什么不同？设计时分别采用什么值作为依据？ 答：有物理屈服点的钢筋，称为软钢，如热轧钢筋和冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋，称为硬钢，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。 软钢的应力应变曲线如图2-1所示，曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段。 有明显流幅的钢筋有两个强度指标：一是屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增 f作为钢筋的强度极限。另一个强度指标是加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度 y f，一般用作钢筋的实际破坏强度。 钢筋极限强度 u 图2-1 软钢应力应变曲线 硬钢拉伸时的典型应力应变曲线如图2-2。钢筋应力达到比例极限点之前，应力应变按直线变化，钢筋具有明显的弹性性质，超过比例极限点以后，钢筋表现出越来越明显的塑性性质，但应力应变均持续增长，应力应变曲线上没有明显的屈服点。到达极限抗拉强度b 点后，同样由于钢筋的颈缩现象出现下降段，至钢筋被拉断。 设计中极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据，一般取残余应变为0.2%所对应的应力σ0.2作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为条件屈服强度。对于高强钢丝，条件屈服强度相当于极限抗拉强度0.85倍。对于热处理钢筋，则为0.9倍。为了简化运算，《混凝土结构设计规范》统一取σ0.2=0.85σb，其中σb为无明显流幅钢筋的极限抗拉强度。
图2-2硬钢拉伸试验的应力应变曲线 2． 我国用于钢筋混凝土结构的钢筋有几种？我国热轧钢筋的强度分为几个等级？ 答：目前我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋主要品种有钢筋、钢丝和钢绞线。根据轧制和加工工艺，钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋。 HPB235（Q235，符号Φ，Ⅰ级）、热轧带肋钢筋HRB335（20MnSi ，符号，Ⅱ级）、热轧带肋钢筋HRB400（20MnSiV 、20MnSiNb 、20MnTi ，符号，Ⅲ级）、余热处理钢筋RRB400（K 20MnSi ，符号，Ⅲ级）。热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋。 3． 钢筋冷加工的目的是什么？冷加工方法有哪几种？简述冷拉方法？ 答：钢筋冷加工目的是为了提高钢筋的强度，以节约钢材。除冷拉钢筋仍具有明显的屈服点外，其余冷加工钢筋无屈服点或屈服台阶，冷加工钢筋的设计强度提高，而延性大幅度下降。 冷加工方法有冷拨、冷拉、冷轧、冷扭。 冷拉钢筋由热轧钢筋在常温下经机械拉伸而成，冷拉应力值应超过钢筋的屈服强度。钢筋经冷拉后，屈服强度提高，但塑性降低，这种现象称为冷拉强化。冷拉后，经过一段时间钢筋的屈服点比原来的屈服点有所提高，这种现象称为时效硬化。时效硬化和温度有很大关系，温度过高（450℃以上）强度反而有所降低而塑性性能却有所增加，温度超过700℃，钢材会恢复到冷拉前的力学性能，不会发生时效硬化。为了避免冷拉钢筋在焊接时高温软化，要先焊好后再进行冷拉。钢筋经过冷拉和时效硬化以后，能提高屈服强度、节约钢材，但冷拉后钢筋的塑性（伸长率）有所降低。为了保证钢筋在强度提高的同时又具有一定的塑性，冷拉时应同时控制应力和控制应变。 4． 什么是钢筋的均匀伸长率？均匀伸长率反映了钢筋的什么性质？ 答：均匀伸长率δgt 为非颈缩断口区域标距的残余应变与恢复的弹性应变组成。 s b gt E l l l 000'σδ+-= 0l ——不包含颈缩区拉伸前的测量标距；'l ——拉伸断裂后不包含颈缩区的测量标距；0b σ——实测钢筋拉断强度；s E ——钢筋弹性模量。 均匀伸长率δgt 比延伸率更真实反映了钢筋在拉断前的平均（非局部区域）伸长率，客观反映钢筋的变形能力，是比较科学的指标。 5． 什么是钢筋的包兴格效应？ 答：钢筋混凝土结构或构件在反复荷载作用下，钢筋的力学性能与单向受拉或受压时的力学性能不同。1887年德国人包兴格对钢材进行拉压试验时发现的，所以将这种当受拉（或受压）超过弹性极限而产生塑性变形后，其反向受压（或受拉）的弹性极限将显著降低的软化现象，称为包兴格效应。 6． 在钢筋混凝土结构中，宜采用哪些钢筋？ 答：钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定采用：（1）普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；（2）预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。 7． 试述钢筋混凝土结构对钢筋的性能有哪些要求。 答：（1）对钢筋强度方面的要求 普通钢筋是钢筋混凝土结构中和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋，主要是
《混凝土结构设计原理》习题集 第1章 钢筋和混凝土的力学性能 一、判断题 1~5错；对；对；错；对； 6~13错；对；对；错；对；对;对；对； 二、单选题 1~5 DABCC 6~10 BDA AC 11~14 BCAA 三 、填空题 1、答案：长期 时间 2、答案：摩擦力 机械咬合作用 3、答案：横向变形的约束条件 加荷速度 4、答案：越低 较差 5、答案：抗压 变形 四、简答题 1．答： 有物理屈服点的钢筋，称为软钢，如热轧钢筋和冷拉钢筋；无物理屈服点的钢筋，称为硬钢，如钢丝、钢绞线及热处理钢筋。 软钢的应力应变曲线如图2-1所示，曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段。 有明显流幅的钢筋有两个强度指标：一是屈服强度，这是钢筋混凝土构件设计时钢筋强度取值的依据，因为钢筋屈服后产生了较大的塑性变形，这将使构件变形和裂缝宽度大大增加以致无法使用，所以在设计中采用屈服强度y f 作为钢筋的强度极限。另一个强度指标是钢筋极限强度u f ，一般用作钢筋的实际破坏强度。 图2-1 软钢应力应变曲线 硬钢拉伸时的典型应力应变曲线如图2-2。钢筋应力达到比例极限点之前，应力应变按直线变化，钢筋具有明显的弹性性质，超过比例极限点以后，钢筋表现出越来越明显的塑性性质，但应力应变均持续增长，应力应变曲线上没有明显的屈服点。到达极限抗拉强度b 点后，同样由于钢筋的颈缩现象出现下降段，至钢筋被拉断。
设计中极限抗拉强度不能作为钢筋强度取值的依据，一般取残余应变为0.2%所对应的应力σ0.2作为无明显流幅钢筋的强度限值，通常称为条件屈服强度。对于高强钢丝，条件屈服强度相当于极限抗拉强度0.85倍。对于热处理钢筋，则为0.9倍。为了简化运算，《混凝土结构设计规范》统一取σ0.2=0.85σb ，其中σb 为无明显流幅钢筋的极限抗拉强度。 图2-2硬钢拉伸试验的应力应变曲线 2．答： 目前我国用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的钢筋主要品种有钢筋、钢丝和钢绞线。根据轧制和加工工艺，钢筋可分为热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋。 热轧钢筋分为热轧光面钢筋HPB235、热轧带肋钢筋HRB335、HRB400、余热处理钢筋RRB400（K 20MnSi ，符号，Ⅲ级）。热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力普通钢筋。 3．答： 钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的钢筋，应按下列规定采用：（1）普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋,也可采用HPB235级和RRB400级钢筋；（2）预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。 4．答： 混凝土标准立方体的抗压强度，我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）规定：边长为150mm 的标准立方体试件在标准条件（温度20±3℃，相对温度≥90%）下养护28天后，以标准试验方法(中心加载，加载速度为0.3～1.0N/mm 2/s)，试件上、下表面不涂润滑剂，连续加载直至试件破坏，测得混凝土抗压强度为混凝土标准立方体的抗压强度f ck ，单位N/mm 2。 A F f ck f ck ——混凝土立方体试件抗压强度； F ——试件破坏荷载； A ——试件承压面积。 5. 答： 我国《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）采用150mm×150mm×300mm 棱
钢筋锈蚀的机理 公司内部编号：（GooD?TMMT?MMUT?UUPTY?UUYY?DTTI?钢筋锈蚀的机理
1前言 钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的耐久性和安全性影响极大。混凝土在多种因素作用下（如碳化、氯离子侵蚀等），钢筋因原先在碱性介质中生成的钝化膜被破坏而渐渐失去保护作用，导致钢筋锈蚀，生成的铁锈体积比被腐蚀掉的金属体积大3~4倍，使混凝土保护层沿钢筋纵向开裂，而裂缝一旦产生，钢筋锈蚀速度大大加快，结构构件的承载力与可靠性劣化的速度大大加快，有的共至发展到钢筋锈断，危及结构的安全。 文献资料表明，钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构的过早破坏已成为世界各国普遍关注的一大灾害。美国标准局1975年的调查表明，混凝土中钢筋的腐蚀占全美各种腐蚀的40%：日本新干线使用不到10年，就出现大面积因钢筋腐蚀引起的混凝土开裂、剥蚀。在我国，大量采用钢筋混凝土结构已有儿十年历史，对于遭受恶劣环境条件的腐蚀作用影响，尤其是在20世纪五六十年代，由于要求早强或防冻在混凝土中掺加过量的氯盐的结构，耐久性破坏现象非常严重。长期以来，人们发现混凝土结构在复杂恶劣的环境下会出现未老先衰的现象，尤其是接连不断的工程事故，使学术界在血的教训面前深刻认识到研究和提高混凝土耐久性的现实意义。 笔者将对钢筋锈蚀机理、影响因素、腐蚀过程、锈后钢筋混凝土的力学性能及粘结性能等进行分析，提出钢筋锈蚀应采取的预防措施，提高混凝土的耐久性和结构的安全性，减少耐久性破坏造成的损失，将是一项具有重大实际意义和社会经济效益的研究课题。 2对钢筋锈蚀的分析 混凝土中钢筋锈蚀机理的研究 一一电化学反应过程
．钢筋的应力—应变曲线和力学性能指标 钢筋混凝土及预应力混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋(一般称为软钢)和无明显屈服点的钢筋(一般称为硬钢)。 有明显屈服点的钢筋的应力-应变曲线如图11-30所示。图中，a点以前应力与应变按比例增加，其关系符合虎克定律，这时如卸去荷载，应变将恢复到0，即无残余变形，a点对应的应力称为比例极限；过ad 点后，应变较应力增长为快；到达b点后，应变急剧增加，而应力基本上不变，应力—应变曲线呈现水平段cd，钢筋产生相当大的塑性变形，此阶段称为屈服阶段。b、c两点分别称为上屈服点和下屈服点。由于上屈服点b为开始进入屈服阶段的应力，呈不稳定状态，而下屈服点c比较稳定，因此，将下屈服点c的应力称为“屈服强度”。当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达图中的d点，cd段称为屈服台阶，过d点后，应力应变关系又形成上升曲线，但曲线趋平，其最高点为e，de段称为钢筋的“强化阶段”，相应于e点的应力称为钢筋的极限强度，过e点后，钢筋薄弱断面显著缩小，产生“颈缩”现象(图11-31)，此时变形迅速增加，应力随之下降，直至到达f点时，钢筋被拉断。
钢筋的力学性能指标有4个，即屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能 (1)屈服强度 如上所述，对于软钢，取下屈服点c的应力作为屈服强度。对无明显屈服点的硬钢，设计上通常取残余应变为0．2％时所对应的应力作为假想的屈服点，称为条件屈服强度，用σ0．2来表示。对钢丝和热处理钢筋的0．2，规范统一取0．8倍极限抗拉强度。 (2)极限抗拉强度 对于软钢，取应力-应变曲线中的最高点e为极限抗拉强度；对于硬钢，规范规定，将应力—应变曲线的最高点作为强度标准值的依据。 (3)伸长率 伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指称，用δ表示。δ为钢筋试件拉断后的残余应变，其值为： 式中 l1——钢筋试件受力前的量测标距长度； 12——试件经拉断并重新拼合后的量测得到的标距长度。 应变量测标距按规定有l1=5d(d为试件直径)、10d，和按固定长度100mm三种，相应的伸长率分别为δ5、δ10、δ100，标距越短，平均残余应变越大，因此，一般δ5>δ10>δ100。 伸长率大的钢筋塑性性能好，拉断前有明显的预兆；伸长率小的钢筋塑性性能差，其破坏会突然发生，呈脆性特征，具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率，而无明显屈服点的钢筋伸长率很小。 (4)冷弯试验 冷弯试验是检验钢筋塑性的另一种方法。伸长率一般不能反映钢筋的脆化倾向，而冷弯性能可间接地反映钢筋的塑性性能和内在质量。冷弯试验的两个主要参数是弯心直径D和冷弯角度α。将要试验的钢筋(直径为d)绕某一规定直径的钢辊轴(直径为D)进行弯曲(图11-33)。冷弯试验合格的标准为在规定的D和α下
钢筋锈蚀程度检测 1 钢筋的锈蚀与混凝土的耐久性 1.1 什么是锈蚀 钢筋的锈蚀是指钢筋接触到周围的气体或液体后发生化学反应而使金属（或合金）腐蚀损耗的过程。 1.2原因 引起腐蚀的原因包括： 电化学腐蚀——不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液发生原电池反应，比较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀，过程中伴有电流产生。 化学腐蚀——金属和接触到的物质（一般为非电解质）直接发生化学反应而发生的腐蚀。过程中没有电流产生。 在一般的大气环境下，大部分的金属腐蚀是由于电化学原因引起的。 1.3 钢筋锈蚀的危害 （1）钢筋锈蚀使钢筋截面削弱，截面承载力降低。 （2）钢筋锈蚀使钢筋与混凝土的界面上生成疏松的锈蚀层，锈蚀产物的体积膨胀，破坏了钢筋表面与水泥胶体之间的化学胶着力，影响了混凝土与钢筋的共同工作，导致保护层开裂甚至剥落，沿钢筋长度出现纵向裂缝，降低外围混凝土对钢筋的约束，削弱甚至破坏钢\筋与混凝土的粘接锚固作用，降低了钢筋混凝土构件或结构的承载力和适用性，直接影响了结构的安全性和耐久性。 因此了解钢筋锈蚀的影响因素，采取防止钢筋锈蚀的措施，尽早发现和诊断钢筋的锈蚀情况，对于确保钢筋混凝土结构耐久性和安全使用至关重要。 2 钢筋锈蚀的机理 ▲钢筋锈蚀是一个电化学过程 钢筋腐蚀是由于在混凝土中形成了腐蚀微电池： 阳极——进行氧化反应的金属，即发生锈蚀的钢筋部位，失去电子， Fe→Fe2++2e- 阴极——进行还原反应，得到电子： 2H++2e-→H2 和
钢锈蚀反筋应才可能发生。因此在混凝土中的含氧水分是钢筋发生锈蚀的重要条件。如果混凝土非常致密，水灰比又低，则氧气透入困难，可以使钢筋锈蚀显著减弱。 ▲氧化后的铁锈作为腐蚀产物是疏松、多孔、非共格结构，极易透水和渗水，因而无论铁锈多厚都不能保护内部的钢材不继续锈蚀，上述反应将不断进行下去，严重时，体积膨胀，导致沿钢筋长度的混凝土出现纵向裂缝，并使混凝土保护层剥落，习称“暴筋”，从而截面承载力降低，最终失效。 钢筋锈蚀是一个相当长的过程，首先在裂缝较宽的个别点上“坑蚀”，继而逐渐形成“环蚀”，同时向两边扩展。形成锈蚀面，使钢筋截面削弱。 ▲钢筋锈蚀的无损检测方法主要分为三类：综合分析法、物理检测法、电化学检测法。 3 、防止金属锈蚀的方法 （1）加入铬、镍制成不锈钢 （2）金属表面覆盖保护层：油漆，电镀等 （3）电化学保护法——阴极保护（被保护金属表面产生电子积累） 4、电化学法测锈蚀的限制 （1）当混凝土表面有介电层或高电阻层 例如防护膜或沥青防护层时，难以适用本方法； （2）在阴极保护系统 中混凝土表面经常出现沥青防护层和（阳极）粉煤灰层，很难采用这种方法进行监测；对于含有金属涂膜或环氧树脂涂膜钢筋的结构，电位测量的解释还不能确定。 5、钢筋锈蚀的综合分析法 综合分析法是根据影响钢筋锈蚀的直接或间接因素的测量与分析，综合考虑构件所处的环境条件，定性的推断钢筋的锈蚀程度，这种推断反映的是钢筋锈蚀可能达到的程度，而不是实际测量出锈蚀程度，因而带有一定的主观分析和经验判断成分。综合分析法快速、简单经济，但该方法是一种定性的方法，不能提供定量的评价。 （1）根据混凝土碳化深度推定钢筋的锈蚀程度 混凝土碳化后由碱性环境变成中性，丧失了对钢筋的保护作用，导致钢筋表面的钝化层处于不稳定状态，易受环境中水和氧气的侵蚀从而产生锈蚀。
钢筋锈蚀检测与KON-XSY钢筋锈蚀仪 濮存亭（北京市市政工程研究院 北京 100037） 一、钢筋的锈蚀 钢筋的锈蚀是指钢筋接触到周围的气体或液体后发生化学反应而使金属（或合金）腐蚀损耗的过程。钢筋腐蚀是由于在混凝土中形成了腐蚀微电池：阳极是进行氧化反应的金属，即发生锈蚀的钢筋部位，失去电子，阴极进行还原反应，得到电子，电解液是混凝土的孔溶液，传输电子，使阴极和阳极连接起来。 由腐蚀电池的电化学反应过程可以看出，钢筋的锈蚀即腐蚀电池的发生需要三个条件： 第一，腐蚀电池阳极和阴极的存在 第二，混凝土保护层被碳化到钢筋表面，失去了对钢筋的保护作用 第三，钢筋表面必须有电化学反应和离子扩散所需要的水和氧气 混凝土的高碱性在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，有效的保护钢筋，所以在正常情况下混凝土中的钢筋不会锈蚀。 钢筋锈蚀的无损检测方法主要分为三类：综合分析法、物理检测法、电化学检测法。 二、钢筋锈蚀的电化学方法—半电池电位法的测量仪器KON-XSY钢筋锈蚀仪 1、半电池电位法的原理 半电池电位法是通过测量钢筋的自然腐蚀电位判断钢筋的锈蚀程度。腐蚀电位是钢筋上某区域的混合电位，反映了金属的抗腐蚀能力。混凝土中的钢筋的活化区（阳极区）和钝化区（阴极区）显示出不同的腐蚀电位，钢筋在钝化时，腐蚀电位升高，电位偏正；由钝态转入活化态（锈蚀）时，腐蚀电位降低，电位偏负。 将混凝土中的钢筋看作是半个电池组，与合适的参比电极（铜/硫酸铜参考电极或其它参考电极）连通构成一个全电池系统，混凝土是电解质，参比电极的电位值相对恒定，而混凝土中的钢筋因锈蚀程度不同产生不同的腐蚀电位，从而引起全电池电位的变化，根据混凝土中钢筋表面各点的电位评定钢筋的锈蚀状态。 半电池电位法不受混凝土构件尺寸和钢筋保护层厚度的限制，与其他非破损或半破损方法结合使用，可以提高检测可靠性，腐蚀电位的测定仅是对腐蚀的几率判定，尚不能直接给出锈蚀率或锈蚀速度。 2、KON-XSY钢筋锈蚀仪
1钢筋锈蚀对结构的影响 水工混凝土中钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要问题，也是水工建筑物安全鉴定过程中经常遇到的问题。多年来，许多水利工程由于耐久性不良引起的工程损坏事例不断发生，由此带来的工程损失和处理费用也迅速增加，相应的经济损失已不可忽视。在水工建筑物安全鉴定过程中，常遇到大坝、水闸、渡槽、桥梁等钢筋混凝土结构因钢筋锈蚀引起的混凝土膨胀开裂，混凝土保护层脱落的现象很多，使得结构承载力下降，有些危及安全，必须引起高度重视。 钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构性能的影响主要体现在三方面。其一，钢筋锈蚀直接使钢筋截面减小，从而使钢筋的承载力下降，极限延伸率减少；其二，钢筋锈蚀产生的体积比锈蚀前的体积大得多（一般可达2～3倍），体积膨胀压力使钢筋外围混凝土产生拉应力，发生顺筋开裂，使结构耐久性降低；其三，钢筋锈蚀使钢筋与混凝土之间的粘结力下降。因此，钢筋锈蚀对结构的承载力和适用性都造成了严重影响，由此带来的维修与加固费用也是相当昂贵的。为此，结合水工建筑物安全检测实践，开展了水工混凝土中钢筋锈蚀检测技术及应用研究，目的是为水工建筑物的安全评价提供科学的依据。 2检测原理及方法 2．1检测原理 关于混凝土中钢筋锈蚀状态的无损检测，目前，国内外只能进行定性测量，常用的方法是半电池电位法。钢筋在混凝土中锈蚀是一种电化学过程。此时，在钢筋表面形成阳极区和阴极区。在这些具有不同电位的区域之间，混凝土的内部将产生电流。钢筋和混凝土的电学活性可以看作是半个弱电池组，钢的作用是一个电极，而混凝土是电解质，这就是半电池电位检测法的名称来由。 半电池电位法是利用“Cu＋CuSO4饱和溶液”形成的半电池与“钢筋＋混凝土”形成为半电池构成一个全电池系统。由于“Cu＋CuSO4饱和溶液”的电位值相对恒定，而混凝土中钢筋因锈蚀产生的化学反应将引起全电池的变化。因此，电位值可以评估钢筋锈蚀状态。2．2检测方法
锈蚀对钢筋力学性能影响研究 【摘要】通过5种常用钢筋的锈蚀试验，对取得的数据进行分析，用统计拟合方程表示钢筋的伸长率、极限强度、屈服强度等力学性能与锈蚀程度的关系，其结果可为研究和评估钢筋混凝土结构耐久性提供依据。 【关键词】钢筋锈蚀力学性能试验研究屈服强度 钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土结构提前破坏的主要因素。Metha教授在第二届混凝土耐久性国际学术会议上，将钢筋腐蚀列为混凝土结构破坏的最主要原因；历史上发生的大量工程事故也警告世人，钢筋腐蚀危害之大和日益加剧的严重态势是大大超出人们意料的。由于钢筋埋设于混凝土内部，一些情况下虽然混凝土外观仍十分完好，但其内部钢筋却已严重锈蚀，从而可能导致结构的突然破坏，带来了工程隐患。目前一些学者对锈蚀钢筋力学性能进行了广泛的试验研究，试验中锈蚀钢筋的来源主要包括实验室加速锈蚀钢筋及实际现场得到的锈蚀钢筋，通过对不同锈蚀程度钢筋的拉伸试验结果进行回归分析，得到了锈蚀钢筋屈服强度、极限强度及延伸率随钢筋锈蚀率变化的规律，其中的钢筋锈蚀率多以锈蚀钢筋的质量损失率或最小截面的面积损失率表示。 我们在承担混凝土耐久性质量检测与加固技术的研究项目中，对钢筋不同锈蚀程度的力学性能的变化进行了试验研究，其结果可为研究和评估钢筋混凝土结构耐久性提供试验依据。 1、试验概况 试验用钢筋为4种热轧带肋钢筋和1种冷轧带肋钢筋。热轧带肋钢筋分别为12mm、16mm、20mm、25mm，试件长度为500mm；冷轧带肋钢筋为LL800级、Φ5mm，试件长度为300mm。均以3根为1组，考虑不同的锈蚀程度进行试验，所以各取60组试件。试验周期为2年，采用快速锈蚀的方法，观察锈蚀状况，对锈蚀不同阶段的试件由北京建筑工程质量检测中心第一检测所按GB228—87《金属拉伸试验方法》进行力学试验，测取锈蚀后钢筋的屈服点、极限强度和伸长率。在进行力学试验前，对试件进行了除锈处理。 2钢筋不同锈蚀程度的力学性能变化 对试验取得的大量数据进行分析，用统计拟合方程表示不同直径钢筋的力学性能随其锈蚀程度变化的关系。 2.112mm钢筋力学性能与锈蚀程度的关系（见图1） 图112mm钢筋力学性能与锈蚀程度的关系
钢筋的种类及其力学性能 (三)钢筋的种类及其力学性能 1．钢筋的品种和级别 在钢筋混凝土中，采用的钢材型式有两大类：一类是劲性钢筋，由型钢(如角钢、槽钢、工字钢等)组成。在钢筋混凝土构件中置人型钢的称为劲性钢筋混凝土，通常在荷重大的构件中才采用。另一类是柔性钢筋，即通常所指的钢筋。柔性钢筋又包括钢筋和钢丝两类。钢筋按外形分为光圆钢筋和变形钢筋两种。钢筋的品种很多，可分为碳素钢和普通低合金钢。碳素钢按其含碳量的多少，分为低碳钢(含碳<0.25％)，中碳钢(含碳0．25％—0．6％)和高碳钢(含碳0．6％-1．4％)。低碳钢强度低但塑性好，称为软钢；高碳钢强度高但塑性、可焊性差，称为硬钢。普通低合金钢，除了含有碳素钢的元素外，又加入了少量的合金元素，如锰、硅、矾、钛等，大部分低合金钢属于软钢。 建筑工程中，常用的钢筋按加工艺的不同分为：热轧钢筋、冷拉钢筋。冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、冷拔低碳钢丝、钢绞线等。对热轧钢筋，按其强度分为HPB235、HRB335、HRB400、RRB400四种。钢筋级别越大强度越高，但塑性越低。HPB235钢为普通碳素钢筋，HBB335、HRB400、RRB400级钢筋均为普通低合金钢。 2．钢筋的应力，应变曲线和力学性能指标 钢筋混凝土及预应力混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋(一般称为软钢)和无明显屈服点的钢筋(一般称为硬钢)。 钢筋的力学性能指标有4个，即屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能。 (1)屈服强度 对于软钢，取下屈服点的应力作为屈服强度。对无明显屈服点的硬钢，设计上通常取残余应变为0.2％时所对应的应力作为假想的屈服点，称为条件屈服强度，用σ0．2来表示。对钢丝和热处理钢筋的σ0．2，规范统一取0.8倍极限抗拉强度。 (2)极限抗拉强度 对于软钢，取应力-应变曲线中的最高点为极限抗拉强度；对于硬钢，规范规定，将应力-应变曲线的最高点作为强度标准值的依据。 (3)伸长率 伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指称，用δ表示。δ为钢筋试件拉断后的残余应变，其值为： 式中 l1——钢筋试件受力前的量测标距长度； 12--试件经拉断并重新拼合后的量测得到的标距长度。 应变量测标距按规定有l1=5d(d为试件直径)、l0d，和按固定长度l00mm三种，相应的伸长率分别为δ5、δ10、δ100，标距越短，平均残余应变越大，因此，一般δ5>δ10>δ100。 伸长率大的钢筋塑性性能好，拉断前有明显的预兆；伸长率小的钢筋塑性性能差，其破坏会突然发生，呈脆性特征，具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率，而无明显屈服点的钢筋伸长率很小。 (4)冷弯试验 冷弯试验是检验钢筋塑性的另一种方法。伸长率一般不能反映钢筋的脆化倾向，而冷弯性能可间接地反映钢筋的塑性性能和内在质量。冷弯试验的两个主要参数是弯心直径D和冷弯角度a。将要试验的钢筋(直径为d)绕某一规定直径的钢辊轴(直径为D)进行弯曲。冷弯试验合格的标准为在规定的D和a下冷弯后的钢筋无裂纹、鳞落或断裂现象。 上述钢筋的4项指标中，对有明显屈服点的钢筋均须进行测定，对无明显屈服点的钢筋则只测定后3项。 3．钢筋强度的标准值和设计值
钢筋锈蚀的危害 一、概述 在建筑工程中，钢筋混凝土因具有成本低廉、坚固耐用且材料来源广泛等优点而被土木工程的各个领域普遍采用。钢筋混凝土既保持了混凝土抗压强度高的特性、又保持了钢筋很好的抗拉强度，同时钢筋与混凝土之间有着很好的黏结力和相近的热膨胀系数，混凝土又能对钢筋起到很好的保护作用，从而使混凝土结构物更好的工作，提高了混凝土的耐久性。所以钢筋混凝土已成为现代建筑中材料的重要组成部分。 随着钢筋混凝土的广泛应用，它的优越性得到了进一步的体现。但在使用过程中，混凝土中的钢筋锈蚀问题却不断出现。钢筋锈蚀后，导致混凝土结构性能的裂化和破坏，主要有如下表现。①钢筋锈蚀，导致截面积减少，从而使钢筋的力学性能下降。大量的试验研究表明，对于截面积损失率达5％～10％的钢筋，其屈服强度和抗拉强度及延伸率均开始下降，对于截面积损失率大于10％，但小于60％的严重腐蚀，钢筋各项力学性能指标严重下降。如：钢筋截面积损失率达1.2％、2.4％和5％时，钢筋混凝土板的承载能力分别下降8％、17％、和25％，钢筋截面积损失率达60％时，构件承载能力降低到与未配筋构件相近。 ②钢筋腐蚀导致钢筋与混凝土之间的结合强度下降，从而不能把钢筋所受的拉伸强度有效传递给混凝土。③钢筋锈蚀生成腐蚀产物，其体积是基体体积的2～4倍，腐蚀产物在混凝土和钢筋之间积聚，对混凝土的挤压力逐渐增大，混凝土保护层在这种挤压力的作用下拉应力逐
渐加大，直到开裂、起鼓、剥落。混凝土保护层破坏后，使钢筋与混凝土界面结合强度迅速下降，甚至完全丧失，不但影响结构物的正常使用，甚至使建筑物遭到完全破坏，给国家经济造成重大损失。正如Mchta教授在2001年以《21世纪建筑结构的耐久性》为题，发表的如下主要观点，“钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构破坏的主要机理”。钢筋锈蚀已成为导致钢筋混凝土建筑物耐久性不足，过早破坏的主要原因，是世界普遍关注的一大灾害。因此对混凝土中钢筋的锈蚀问题必须引起重视，并采取相应措施防止或减轻钢筋锈蚀的发生。本文对钢筋锈蚀的原因，锈蚀产生的严重危害及防治措施进行论述，以期对混凝土中钢筋锈蚀的预防有所帮助。 2钢筋锈蚀的原因 钢筋锈蚀的原因有两个方面：一是钢筋保护层的碳化，其碳化的原因是混凝土不密实，抗渗性能不足。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氢氧化钙，故显碱性，pH值＞12，此时钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的混凝土置于空气中或含二氧化碳环境中时，由于二氧化碳的侵入，混凝土中的氢氧化钙与二氧化碳反应，生成碳酸钙等物质，其碱性逐渐降低，甚至消失，称其为混凝土的碳化。当混凝土的pH值＜12时，钢筋的钝化膜就不稳定，当pH值＜n.5时，钢筋的钝化保护膜就遭破坏，钢筋的锈蚀便开始进行；二是氯离子的含量。据有关试验证明，即便是pH值较高的溶液(如pH值＞13)，只要有4～6mg/L的氯离子含量，就足可以破坏钢筋的钝化膜，使钢筋失去钝化，在水和氧气的作用下导致钢筋锈蚀。
钢筋锈蚀试验的方法和具体细节 最佳答案 混凝土中钢筋锈蚀试验应采用1000*300的棱柱体试件，每组3块。适用于骨料最大粒径不超过30毫米的混凝土。 试件中埋置的钢筋用直径为6毫米的普通低碳钢热扎盘条调直制成，其表面不得有修坑或者其他缺陷。每根钢筋长299+（-）1毫米，用砂轮将一端磨出约30毫米长的平面，用钢字打上标记，然后用12%盐酸溶液进行酸洗，经清水漂净后，用石灰水中和，并用清水清洗干净，擦干后在干燥器中存放至少4小时，然后用分析天平称取每根钢筋的初重，精确至0.001克，并存放在干燥器中备用。 试件成型前应将套有定位板的钢筋放入试模，定位板应紧贴试模的两个端板，为防止试模上的隔离剂沾污钢筋，安放完毕后应用丙酮擦净钢筋表面。 试件成型1~2昼夜后编号拆模，然后用钢丝刷将试件两个端部混凝土刷毛，用1：2水泥砂浆抹上20毫米厚的保护层，就地潮湿养护（或用塑料膜盖好）一昼夜，并移入标准养护室养护。在养护室中，试件间隔的距离不应小于50毫米，并应避免试件直接淋水。在潮湿条件下存放56天后取出，破型，先测出碳化深度，然后进行钢筋锈蚀程度的测定。 取出试件中的钢筋，刮去钢筋上沾附的混凝土，用12%盐酸溶液酸洗，经清水漂净后，用石灰水中和，最后再以清水冲洗干净。 擦干后在干燥器中存放至少4小时。用分析天平称重，精确至0.001克，和试验前作比对，计算锈蚀失重。 电池电位试验方法—— 利用混凝土中钢筋锈蚀的电化学反应引起的电位变化，测定钢筋锈蚀状态的一种方法，通过测定钢筋/混凝土与在混凝土表面上参考电极之间连成的系统所反应的电位差，评定钢筋的锈蚀状态。 当构件中钢筋表面阴极阳化性能变化不大时，钢筋电池电位取决于阳极性状：阳极钝化，电位偏正，活化，电位偏负。 《水运工程混凝土试验规程》JTJ270-98的评定标准： 1.半电池电位正向大于-200mV，则此区域发生钢筋锈蚀概率小于10%。 2.半电池电位负向大于-350mV，此区域发生钢筋锈蚀概率大于90% 3.半池电位在-200~350mV范围内，则此区域钢筋钢筋腐蚀性状不确定。 电位水平mV 钢筋状态 0到-100 为未锈蚀状态 -100到-200 为发生锈蚀的概率<10%，可能有锈蚀
钢筋力学性能和工艺性能指标 重量偏差 理论重量＝0.00617×D 2×实际长度 （每米理论重量0.00617×D 2） 钢筋重量偏差＝（实际总重量-理论重量）÷理论重量 牌号 R el /Mpa 屈服 R m /Mpa 拉伸 A/% 伸长率 Agt/% 冷弯试验180° d-弯心直径 a-钢筋公称直径 不小于 Q235 235 ﹤500 23 GB/T701-2008 d=0.5a HPB235 235 370 25.0 10.0 6-22 d=a HPB300 300 420 HRB335 HRBF335 335 455 17 7.5 6-25 28-40 ＞40-50 d=3a d=4a d=5a HRB400 HRBF400 400 540 16 6-25 28-40 ＞40-50 d=4a d=5a d=6a HRB500 HRBF500 500 630 15 6-25 28-40 ＞40-50 d=6a d=7a d=8a 热轧光圆钢筋 热轧带肋钢筋 公称直径/㎜ 实际重量与理论重量的偏差/% 公称直径/㎜ 实际重量与理论重量的偏差/% 6-12 ±7 6-12 ±7 14-22 ±5 14-20 ±5 22-25 ±4
接头弯曲试验指标 拉伸试验步骤： （1）在试件上画标距，估算最大试验拉力。 （2）调试试验机，选择合适量程。破坏荷载；取试验机量程20﹪～80﹪；精确度±1﹪. （3）测量屈服强度和抗拉强度。屈服点荷载:指针停止转动后恒定负载或第一次回转的最小负荷；抗拉强度：钢筋拉断时由测力盘或拉伸曲线上的读出的最大负荷。 （4）测量拉伸率。 钢筋级别 弯心直径 弯曲度 HPB235 2d 90° HRB355 4d HRB400 5d HRB500 7d