保護(hù)層對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的作用:鋼筋混凝土保護(hù)層作用

　　鋼筋保護(hù)層對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)重要的作用。隨著結(jié)構(gòu)的老化和環(huán)境污染的加重，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層作用日益顯現(xiàn)，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋的銹蝕問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。 　　本人從事公路工程施工多年，特別是對(duì)橋涵工程的施工中發(fā)現(xiàn)對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的作用相當(dāng)?shù)闹匾�，我們知道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用較廣的結(jié)構(gòu)形式之一，但是隨著鋼筋混凝土構(gòu)件在大氣中時(shí)間的增加對(duì)結(jié)構(gòu)的老化和這些年來(lái)的環(huán)境污染的加重，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受銹蝕問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。鋼筋銹蝕、凍害、物理化學(xué)作用使鋼筋混凝土橋梁涵洞等破壞嚴(yán)重。本文就對(duì)鋼筋保護(hù)層對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的作用簡(jiǎn)單的闡述一下自己的一些粗淺的認(rèn)識(shí)。
　　1.鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋銹蝕機(jī)理
　　從有關(guān)文獻(xiàn)記載可以知道水泥混凝土孔隙中的水分通常以飽和的氫氧化鈣溶液形式存在，其中還含有一些氫氧化鈉和氫氧化鉀，PH值約為12.5。在這樣強(qiáng)堿性的環(huán)境中，鋼筋表面形成鈍化膜，它是厚度為20～60mm的水化氧化物，阻止鋼筋進(jìn)一步銹蝕。因此，施工質(zhì)量良好、沒(méi)有裂縫的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，即使處在海洋環(huán)境中，鋼筋基本上也不發(fā)生銹蝕。但是，當(dāng)由于各種原因，鋼筋表面的鈍化膜受到破壞，成為活化態(tài)時(shí)，鋼筋就容易銹蝕。特別像海西地區(qū)鹽堿灘這種現(xiàn)象比較普遍。呈活化態(tài)的鋼筋表面所進(jìn)行的銹蝕反應(yīng)的電化學(xué)機(jī)理是，當(dāng)鋼筋表面有水分存在時(shí)，就發(fā)生鐵電離的陽(yáng)極反應(yīng)和溶解態(tài)氧還原的陰極反應(yīng)，相互以等速度進(jìn)行。其反應(yīng)式如下：
　　陽(yáng)極反應(yīng)
　　Fe―2e → Fe2+
　　陰極反應(yīng)
　　O2 + 2H2O + 4e → 4OH ―
　　銹蝕過(guò)程的全反應(yīng)是陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)的組合，在鋼筋表面析出氫氧化亞鐵，該化合物被溶解氧化后生成氫氧化鐵Fe(OH)3，并進(jìn)一步生成nFe2O3•mH2O（紅銹），一部分氧化不完全的變成Fe3O4（黑銹），在鋼筋表面形成銹層。紅銹體積可大到原來(lái)體積的四倍，黑銹體積可大到原來(lái)的二倍。鐵銹體積膨脹，對(duì)周?chē)�混凝土產(chǎn)生壓力，將使混凝土沿鋼筋方向開(kāi)裂，進(jìn)而使保護(hù)層成片脫落，而裂縫及保護(hù)層的剝落又進(jìn)一步導(dǎo)致更劇烈的銹蝕。
　　2.鋼筋混凝土抗彎性能
　　鋼筋混凝土構(gòu)件的抗彎性能是隨著鋼筋的強(qiáng)度在進(jìn)行變化的，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋銹蝕了以后通常會(huì)改變正常配筋混凝土梁的破壞類(lèi)型，完好梁一般為彎曲破壞，而受銹蝕梁很多情況下為剪切破壞，受銹蝕梁在鋼筋屈服前，受力裂縫不明顯，裂縫高度很低，一旦出現(xiàn)高度較高的明顯的受力裂縫，這時(shí)鋼筋已經(jīng)屈服，構(gòu)件即將破壞。有試驗(yàn)表明，鋼筋銹蝕后，當(dāng)壓區(qū)銹蝕縱向裂縫寬度大于2mm時(shí)，在鋼筋剛剛屈服的上部混凝土?xí)�出現(xiàn)被壓碎的現(xiàn)象，破壞形態(tài)處于超筋梁和適筋梁的界限破壞狀態(tài)。而當(dāng)受拉鋼筋銹蝕量大到一定程度時(shí)，構(gòu)件會(huì)由適筋梁變?yōu)樯俳盍骸?
　　隨著縱筋銹蝕量的增加，鋼筋混凝土梁的強(qiáng)度和剛度都在下降。鋼筋銹蝕還增加了鋼筋混凝土梁在使用荷載下的撓度和裂縫寬度。受銹蝕梁的抗彎強(qiáng)度下降主要有以下原因：鋼筋銹蝕引起鋼筋截面積減��；鋼筋銹蝕引起鋼筋名義屈服強(qiáng)度（由屈服荷載除以公稱(chēng)面積得到）減�。讳摻钿P蝕引起鋼筋和混凝土的粘結(jié)力下降，使得破壞區(qū)段內(nèi)混凝土和鋼筋的平均應(yīng)變大于正常構(gòu)件，不能充分地進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變重分布，而導(dǎo)致鋼筋與混凝土協(xié)同工作系數(shù)降低。只考慮銹蝕后鋼筋截面積減小的計(jì)算彎曲強(qiáng)度與相應(yīng)梁的試驗(yàn)彎曲強(qiáng)度差別較大，說(shuō)明鋼筋和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度降低是受銹蝕梁抗彎強(qiáng)度降低的主要影響因素。
　　3.鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能變化
　　鋼筋混凝土構(gòu)件在鋼筋銹蝕后會(huì)產(chǎn)生性能劣化，它的一個(gè)主要原因就是粘結(jié)性能的退化。有些環(huán)境下鋼筋的銹蝕不是均勻銹蝕，而是局部銹蝕，對(duì)鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能影響更大。在鋼筋銹蝕后期開(kāi)裂階段隨著銹蝕量的增加，特別是在局部銹蝕情況下，粘結(jié)性能將會(huì)受到鋼筋肋嚴(yán)重退化、鋼筋表面片狀銹蝕、金屬滑移及縱向裂縫加寬造成混凝土約束作用降低等因素的影響，從而降低。
　　粘結(jié)性能退化的機(jī)理是：1）鋼筋的銹蝕產(chǎn)物是一層結(jié)構(gòu)疏松的氧化物，在鋼筋與混凝土之間形成一層疏松隔離層，明顯地改變了鋼筋與混凝土的接觸表面，從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘接作用；2）鋼筋的銹蝕產(chǎn)物比被銹蝕的鋼材占據(jù)更大的體積，從而對(duì)包圍在鋼筋周?chē)�的混凝土產(chǎn)生徑向膨脹力，當(dāng)徑向膨脹力達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)引起混凝土開(kāi)裂。
　　4.保護(hù)層的作用
　　鋼筋混凝土構(gòu)件實(shí)際上都是處于工作狀態(tài)，而構(gòu)件在應(yīng)力狀態(tài)下的銹蝕與沒(méi)有加載時(shí)有很大不同，其各方面的性能亦有很大改變。荷載對(duì)受銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的影響是多方面的，加載歷史和加載級(jí)別對(duì)銹蝕的發(fā)生和發(fā)展有明顯影響，并影響混凝土中鋼筋的銹蝕量，而銹蝕量反過(guò)來(lái)通過(guò)強(qiáng)度或剛度損失影響鋼筋混凝土構(gòu)件的適用性。在同樣的暴露條件下，荷載水平的增加縮短了銹蝕發(fā)生的時(shí)間。較高的荷載水平下試件發(fā)生銹蝕較早，一般是由于加載期間混凝土產(chǎn)生了裂縫。裂縫使水、氯離子等侵蝕介質(zhì)易于滲透到鋼筋表面，加速了鋼筋發(fā)生銹蝕。持續(xù)加載對(duì)銹蝕發(fā)展的影響更嚴(yán)重。在同級(jí)荷載下，持續(xù)加載構(gòu)件的銹蝕量高于預(yù)先加載的構(gòu)件。這種情況下保護(hù)層起到很重要的作用，它可以很好的隔斷與大氣的聯(lián)系，是鋼筋銹蝕的腳步停下來(lái)。
　　5.結(jié)語(yǔ)
　　目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在受銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性能方面開(kāi)展了一些研究，做了不同銹蝕情況下鋼筋混凝土受彎構(gòu)件、大小偏心受壓構(gòu)件、鋼筋與混凝土粘接試件的試驗(yàn)等，并進(jìn)行過(guò)一些有限元分析，得出了構(gòu)件承載力和變形性能隨鋼筋銹蝕量的增加而不同程度降低的結(jié)論。但是對(duì)受銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗剪性能、動(dòng)力性能的研究仍然極少，特別是對(duì)受銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞性能的研究幾乎還是空白，建議今后加強(qiáng)這些方面的研究。
　　參考文獻(xiàn)
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