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探討了鋼筋銹蝕率對碳纖維布加固效果的影響和破壞模式

發布日期:2017-03-02 11:44:00 瀏覽量:1553

國內外學者對碳纖維布加固銹蝕鋼筋混凝土梁的承載力進行了初步的研究,研究結果表明:碳纖維布加固能夠顯著提高鋼筋混凝土梁的承載力。本文通過10個試件的鋼筋拔出試驗研究了碳纖維布對鋼筋與混凝土粘結性能的影響,探討了鋼筋銹蝕率對碳纖維布加固效果的影響和破壞模式,為目前鋼筋混凝土結構的耐久性和評估和鑒定提供依據。

1.試驗研究

1.1 試件設計

  按照混凝土結構試驗方法的標準,設計試件尺寸為100mm×100mm×100mm,鋼筋直徑為14mm,澆筑于長方體的中心位置,鋼筋設計粘結長度為50mm,鋼筋無粘結部分均用環氧樹脂涂層,在試件的一端位置,采取塑料套管包裹鋼筋,試件的具體尺寸如圖1所示,采用混凝土材料為42.5級普通硅酸鹽水泥、天然中砂和粒徑小于16mm的碎石,混凝土配合比為水泥:水:砂:石=1:0.42:1.58:2.18,并預留混凝土立方體試件,標準養護28天后,實測混凝土立方體平均抗壓強度為51.5MPa,碳纖維布厚度為0.167mm,抗拉強度為4532MPa,彈性模量2.5×105MPa,伸長率為1.7%。

  圖1 試件尺寸(mm)

1.2 鋼筋銹蝕

  采用電化學加速銹蝕的方法進行鋼筋銹蝕,鋼筋的理論銹蝕率設定為0%,3%,6%,9%和15%,采用法拉第定律進行計算,如式(1)所示,鋼筋在通電銹蝕前,將鋼筋混凝土試件放入5%的氯化鈉溶液中2天,使得氯化鈉溶液能夠滲透到鋼筋表面,鋼筋通電銹蝕過程中,每一組銹蝕率試件進行串聯通電,保證相同鋼筋銹蝕率,試件加載完成后,將鋼筋從試件中取出,按照銹蝕前后鋼筋的質量損失率計算鋼筋的實際銹蝕率。

(1)式中,式中:為陽極金屬的質量損失(g);為鐵的摩爾質量();為銹蝕電流強度();為銹蝕持續時間();為陽極反應電極化學價(鐵為);為法拉第常數()。

1.3 碳纖維布加固和加載

  當鋼筋銹蝕率達到設計值時,將試件取出并進行晾干,對每一組銹蝕率的其中一個試件進行碳纖維布加固,所有碳纖維布加固試件養護完成后,在萬能試驗機進行加載測試。

2 試驗結果和分析

2.1 碳纖維布對粘結力的影響

  如表1所示,對于無碳纖維布加固的試件,當鋼筋銹蝕率低于2.6%時,鋼筋與混凝土的粘結力稍微提高,其原因是鋼筋的銹蝕填充了鋼筋與混凝土的縫隙,增加了混凝土的對鋼筋的摩擦力;而后,隨著鋼筋銹蝕的增加,粘結力急劇下降;在相近的鋼筋銹蝕率下,碳纖維布加固的試件,其粘結力顯著提高,主要因為碳纖維布約束了混凝土裂縫的開展,對混凝土周圍產生擠壓力,提高了其粘結力。

2.2 碳纖維布對破壞狀態的影響

  對于無碳纖維布加固的試件,試件發生混凝土劈裂破壞,主要原因是在鋼筋拔出過程中,變形肋對周圍混凝土產生斜向擠壓力,斜向擠壓力使得混凝土中產生環向拉力,當拉力超過混凝土的抗拉強度時,混凝土保護層產生劈裂裂縫,其粘結力同樣急劇降低。

  對于碳纖維布加固的試件,試件發生鋼筋拔出破壞,主要原因碳纖維布在鋼筋拔出過程中,限制了混凝土的應變,約束了鋼筋周圍混凝土裂縫的開展和延伸,因此,鋼筋從試件中拔出。

  表1 試驗結果

3.結論

  (1)對于無碳纖維布加固試件,當鋼筋銹蝕率低于2.6%時,其粘結力提高,而后隨著鋼筋銹蝕的增加,其粘結力顯著降低,但是對于碳纖維布加固試件,相同鋼筋銹蝕率的條件下,其粘結力顯著提高。

  (2)碳纖維布加固試件改變了試件破壞狀態,碳纖維布加固試件發生鋼筋拔出破壞,而無碳纖維布加固試件發生混凝土劈裂破壞。



文章來源: 永年加固公司
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