氯離子侵蝕下cfrp加固鋼筋混凝土梁的耐久性試驗(yàn)研究

1、1l8四川建筑科學(xué)研究SiehuanBuildingScience第38卷第3期2012年6月氯離子侵蝕下CFRP加固鋼筋混凝土梁的耐久性試驗(yàn)研究王強(qiáng)，盧春玲(桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西桂林541004)摘要：利用電化學(xué)腐蝕原理，對(duì)長期在氯離子環(huán)境下工作的7根不同碳纖維包裹方式的鋼筋混凝土梁外加恒定電流，加速其腐蝕。對(duì)比每根梁在腐蝕過程中的物理力學(xué)性能及其變化，分析不同碳纖維包裹方式對(duì)鋼筋混凝土梁耐久性產(chǎn)生的不同影響并對(duì)其機(jī)理

2、進(jìn)行研究。試驗(yàn)表明：碳纖維包裹對(duì)鋼筋昆凝土梁耐久性有較顯著提高，其耐久性提高的程度與碳纖維對(duì)鋼筋混凝土梁的包裹方式有關(guān)。關(guān)鍵詞：氯離子；耐久性；碳纖維；鋼筋混凝土梁中圖分類號(hào)：TU378203文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008—1933(2012)03—118—03CorrosionanalysisofRCbeamwhichstrengthenedwithCFRPWANGQiang，LUChunling(CivilEngineeringC

3、ollegeofGUT，GuilinUniversityofTechnology，Guilin541004，China)Abstract：TheprincipleofelectrochemistryisadoptedinthistestThecurrentisswitchedon7RCbeamsstrengthenedwithCFRPofdiferentmeasures，andthesebeamshaveworkedincorrosiv

4、eenvironmentforalongtimeSothecorrosionspeedbecomesfastComprehensivecomparisonofmechanicalprope~yandtransformationruleamongthemhasbeenmadeThediferentefectsoftheenhancementindurabilityareanalyzedanditsreasonisresearchedThe

5、testresultsindicatethatthedurabilityofthebeamsstrengthenedwithCFRPcanbeenhancedsignificantlyespeciallyinthebeamstrengthenedwithCFRPentirelyKeywords：corrosion；durability；CFRP；RCbeamO引言碳纖維(CFRP)加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、施工方便等

6、優(yōu)點(diǎn)，效果明顯，已使用于土木工程中的眾多領(lǐng)域，文獻(xiàn)表明，雖然碳纖維材料加固混凝土技術(shù)在國外已被廣泛應(yīng)用，但國內(nèi)仍處于試驗(yàn)研究的起步階段，尚未達(dá)到工程應(yīng)用的程度1。j。特別是對(duì)碳纖維材料加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在海水侵蝕下腐蝕損傷程度的研究幾乎還是空白。因此，本文研究內(nèi)容確是一個(gè)急待研究解決的課題，對(duì)推動(dòng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的工程設(shè)計(jì)方法研究提供了新的思路。1氯離子對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的腐蝕機(jī)理及破壞形態(tài)11氯離子的腐蝕機(jī)理鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在海水中容

7、易被侵蝕而發(fā)生破收稿日期：2010—1220作者簡(jiǎn)介：王強(qiáng)(1979一)，男，碩士，講師，研究方向：結(jié)構(gòu)加固及耐久性?；痦?xiàng)目：廣西教育廳科研項(xiàng)目(桂教科研200808LX267)E—mail：wq一20@tomCOB壞，其主要原因是混凝土中的鋼筋受到腐蝕而使鋼筋的各項(xiàng)力學(xué)性能嚴(yán)重下降。在一般情況下，混凝土具有高堿性(pH≥125)，鋼筋表面在這樣高堿性的環(huán)境中形成一層致密的鈍化膜而處于穩(wěn)定狀態(tài)。但混凝土受到外界環(huán)境侵蝕介質(zhì)的作用產(chǎn)生破

8、壞或在荷載作用下產(chǎn)生裂縫，當(dāng)介質(zhì)浸入到鋼筋表面時(shí)，鋼筋表面的鈍化膜受到破壞，成為活化狀態(tài)，鋼筋就開始腐蝕，腐蝕持續(xù)一定期限后(一般小于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就發(fā)生破壞J。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用期間內(nèi)可能遇到的各種暴露條件中，氯化物是一種最危險(xiǎn)的侵蝕物質(zhì)。原因之一是氯化物中的Cl一在電極上的吸附而將鈍化膜中的氧排出，從而引起鈍化膜的破壞。原因之二是Cl一還直接參與了化學(xué)反應(yīng)。Cl一與H0結(jié)合生成鹽酸并釋放出OH一，致使OH一與已溶解的

9、Fe結(jié)合生成較難溶解的Fe(OH)沉淀，溶液酸性增加，F(xiàn)en濃度也降低，這就使金屬的溶解進(jìn)一步發(fā)生。反應(yīng)式如下：Fe4H2O2C1一FeCl24H20(1)FeC124H20Fe(OH)22C1一十2H2H，0(2)120四川建筑科學(xué)研究第38卷碳纖維加固后，其剛度得到了明顯的加強(qiáng)；撓度隨時(shí)問變化曲線斜率的大小反映了各試件由于加固方式的不同而提高抗腐蝕性能的效果，未加固的對(duì)比梁LO斜率最大，腐蝕最為明顯；L1，L4僅在下部貼碳纖維，兩側(cè)

10、未處理，其曲線斜率有所降低但不明顯，說明其腐蝕仍較明顯；L2，L3，L_5梁曲線斜率明顯降低，腐蝕相對(duì)較慢；Ll5梁曲線斜率降低最明顯，在整個(gè)腐蝕過程中的撓度變化非常微弱，說明該加固方式抗腐蝕效果最好。試驗(yàn)測(cè)得梁下部縱向鋼筋應(yīng)變隨時(shí)間變化如圖5所示，從中可知，腐蝕造成構(gòu)件截面承載力的下降，表現(xiàn)為鋼筋的受力面積逐漸減小而導(dǎo)致其拉應(yīng)力逐漸變大；曲線也基本呈線性變化，梁底縱筋應(yīng)變時(shí)間變化曲線斜率的大小也基本反映了各試件由于加固方式的不同而提高

11、抗腐蝕性能的效果，從整體上看，側(cè)面有碳纖維包裹或環(huán)氧樹脂涂層的梁應(yīng)變的變化略小于未加固梁或側(cè)面沒有做防護(hù)的梁，L15梁縱筋應(yīng)變變化最為穩(wěn)定，說明碳纖維全包裹對(duì)腐蝕環(huán)境中的梁在保證其內(nèi)部材料的穩(wěn)定性上貢獻(xiàn)最。0100200300qw腐蝕時(shí)間／h圖5梁底縱筋應(yīng)變隨時(shí)間變化Fig5Strainofreinforcementinbeam~’bottom電腐蝕理論證明，試件絕緣電阻大小能直觀反映其抗腐蝕性能，本文實(shí)測(cè)各試件電阻變化如圖6所示，從中

12、可見：不同的包裹情況對(duì)試件電阻變化有較大影響。LO，L1，L4梁混凝土表面無防腐措施，所以一開始就無法隔絕cl一向梁內(nèi)鋼筋的移動(dòng)和擴(kuò)散，在圖上表現(xiàn)為其電阻值很小，基本沒有抗腐蝕能力；L2，L_3為側(cè)面涂有環(huán)氧樹脂防護(hù)的梁，環(huán)氧樹脂是一種良好的絕緣材料，故在腐蝕初始階段其電阻較高，但環(huán)氧樹脂同時(shí)也是一種脆眭材料，會(huì)隨著受拉區(qū)混凝土在加載的過程中一起開裂，裂縫出現(xiàn)后腐蝕呈現(xiàn)加速狀態(tài)，電阻的變化曲線也呈現(xiàn)出非線形變化(凹向下，見圖6)，且很快

13、接近0值，說明此時(shí)該試件已基本失去抗腐蝕能力；L_5側(cè)面有間隔包裹的碳纖維布防護(hù)，其初始電阻值界于L一2與LO之間，且也較快降到0值附近，說明這種包裹方式的抗腐蝕能力也不是十分理想；L一6為全包裹梁初始電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它組梁，且變化率也小于其它組，即使腐蝕到后期，仍具有較大電阻值，說明該試件具有良好的抗腐蝕能力。圖6試件電阻隨時(shí)問變化Fig6Changeofbeams’electricresistance試驗(yàn)測(cè)得不同加固方式各試件的腐蝕時(shí)

14、間與腐蝕后極限荷載見表4，從表4中可知，相對(duì)于未加固的對(duì)比梁L0，加固后的每根梁其抗腐蝕效果都得到了不同程度的提高，其中效果最為明顯的是Ll5，長期腐蝕后沒有出現(xiàn)順筋裂縫，撓度、彎曲裂縫宜都未超出規(guī)范規(guī)定范圍，構(gòu)件表面基本上觀察不到銹蝕物的析出，說明該梁抗腐蝕性能良好；L3與L5梁順筋裂縫的出現(xiàn)時(shí)間較晚，開展也較緩慢，撓度變化也較緩慢，鋼筋銹蝕程度也較低，抗腐蝕效果較好；L1，L2，L4梁順筋裂縫出現(xiàn)較早，開展也較快，抗腐蝕效果相對(duì)較差