学文网摘要：本文对于受腐蚀钢筋混凝土构件的各项力学性能进行了研究分析，通过分析腐蚀发生的原因，对其力学性能的变化规律进行了总结归纳。
关键词：腐蚀 脆性破坏 刚度 延性 粘结强度
0 背景
腐蚀环境中的钢筋混凝土构件，随着多种介质的侵蚀，钢筋发生锈蚀，混凝土抗压强度降低，构件表面裂缝急剧发展，乃至混凝土开裂、剥落，整体构件的力学性能会产生一系列的变化。
1受腐蚀钢筋混凝土结构的破坏形态
钢筋混凝土是一种复合材料，其破坏形态与混凝土、钢筋材料以及其之间的粘结有关。而腐蚀会造成各材料的力学性能下降，改变正常配筋混凝土结构的破坏形态。
1.1受弯构件的破坏形态
与正常配筋混凝土构件相比，受弯构件在钢筋腐蚀后，其受力裂缝的出现有所推迟，裂缝间距和受力裂缝宽度大于正常构件，破坏会集中于某个裂缝开始发展。在钢筋屈服前，受力裂缝不明显，裂缝高度也很低，当存在明显的受力裂缝朝向梁的受压区发展时，说明钢筋已经屈服，构件即将处于破坏状态。接近支座处的斜裂缝会逐渐与沿受拉主筋方向的纵向裂缝连接，纵筋与混凝土界面的粘结失效，并最终发生破坏。构件受腐蚀后的破坏形态由适筋延性破坏转化为钢筋粘结撕裂的脆性破坏。
由于钢筋锈蚀构件的延性降低很大，构件破坏时的塑性性质明显降低，脆性性质明显增加。试验结果表明，如果受压区钢筋锈蚀产生的纵向裂缝大于2mm，在钢筋进入屈服状态时，上部混凝土会出现被压碎的现象，破坏形态处于超筋梁和适筋梁的界限破坏状态。而当受拉钢筋锈蚀量增大到一定程度时，构件会由适筋梁变为少筋梁。不管是出现超筋梁的破坏还是少筋梁的破坏，结构的破坏形态都是从有预兆的塑性破坏变为无预兆的脆性破坏。
1.2偏心受压构件的破坏形态
由于钢筋锈蚀会产生沿竖向钢筋的纵裂，乃至保护层脱落，将混凝土分割成未能良好连接的几部分，故必然造成参与受力的混凝土有效截面减少。对于轴心受压和小偏心受压来说，破坏是由于受压混凝土达到其抗压强度，故混凝土受压面积的大小直接影响构件的承载力，因而几何损伤对受压构件承载力降低程度的影响很大。
由于钢筋锈蚀已产生沿筋纵裂的偏心受压构件，当拉区横向受力裂缝到达纵向锈蚀裂缝位置处，在使用荷载范围内，裂缝高度就在锈蚀裂缝附近，不象正常构件那样有规律地向上发展。同时，裂缝分布很不均匀，裂缝间距是正常构件的2倍以上，受力裂缝宽度也相应增大。同级荷载下锈蚀构件的钢筋和混凝土的应变值、挠度均大于正常构件。锈蚀构件开裂荷载与破坏荷载的比值明显大于正常构件。在钢筋刚刚屈服后不久，压区混凝土即被压碎，构件破坏，说明锈蚀构件延性和塑性性能明显降低。脆性性能明显增加。此时的破坏荷载也明显低于正常构件。
由此可见，对于受腐蚀的钢筋混凝土构件，其破坏形态都是从有预兆的延性破坏转变为无预兆的脆性破坏。这是钢筋混凝土结构耐久性评估中应注意的一个问题，特别是对处于高烈度地震区的结构。
3刚度和延性
研究表明，对于受腐蚀的钢筋混凝土梁，其荷载―挠度曲线的斜率随钢筋腐蚀程度增加而降低，表明梁的刚度在逐渐减小，这是由于腐蚀使得梁沿钢筋产生了纵向裂缝。因刚度低于正常构件，梁的挠度大于正常构件的挠度。
随着腐蚀程度的增加，梁的承载力降低。钢筋锈蚀引起结构强度降低的原因，除了钢筋本身截面减少这个因素外，另一个主要原因就是由于锈蚀粘结力降低，使得破坏区段内锈蚀构件的混凝土和钢筋的平均应变大于正常构件，不能充分地进行应力应变重分布所致。由于粘结力降低使得构件强度降低系数在正常构件和无粘结构件之间。
另外，对于未腐蚀的梁，钢筋屈服后，其荷载―挠度曲线变化平缓，而对于受腐蚀的梁，随腐蚀程度的增加，荷载―挠度曲线下降段的斜率增大，变形能力显著减小。这是由于锈蚀对钢筋的截面损伤产生了局部应力集中，同时表明了随着腐蚀程度的增大，梁的延性会逐渐退化。
4钢筋与混凝土的粘结强度
腐蚀会引起混凝土与钢筋粘结性能的退化，从而影响构件的承载力与使用性能，混凝土与钢筋粘结性能退化的机理主要包括三个方面：
1.钢筋的锈蚀产物是一层结构疏松的氧化物，在钢筋与混凝上之间形成一层疏松隔离层，明显地改变了钢筋与混凝土的接触表面，从而降低了钢筋与混凝土之间的胶结作用。
2.钢筋的锈蚀产物比被锈蚀的钢材占据更大的体积，从而对包围在钢筋周围的混凝土产生径向膨胀力，当径向膨胀力达到一定程度时，会引起混凝上开裂。混凝土开裂导致混凝土对钢筋的约束作用减弱。混凝土开裂所需的锈蚀率与钢筋直径和保护层厚度有关。
3.带肋钢筋锈蚀后，钢筋肋将逐渐退化。在锈蚀较严重的情况下，钢筋肋与混凝土之间的机械咬合作用基本消失。
5腐蚀对构件斜截面性能的影响
由于混凝土构件中箍筋位于纵筋外边，其保护层总是比纵筋小，因此一般箍筋首先锈蚀，其锈蚀程度往往比纵筋严重，特别是在箍筋与纵筋交接处，其锈蚀程度最为严重。箍筋的锈蚀直接降低了钢筋混凝土构件的抗剪性能，同时在纵筋腐蚀后， 则会出现纵向顺筋裂缝， 降低了钢筋的销拴作用。因此抗剪性能大幅降低，使得钢筋混凝土结构的脆性增加，结构的破坏也将变得更加的无预兆性。另外锈蚀箍筋对混凝土的约束力降低也对构件的承载力有间接影响。
6结论
钢筋混凝土结构受腐蚀后，力学性能趋向不利发展，破坏形式转向脆性破坏，同时刚度、延性、粘结强度均有不同程度的减少，对结构有极大的危害。因此，对于腐蚀环境下的钢筋混凝土结构，要采取必要的防腐措施。
参考文献：
[1]何世钦，贡金鑫，王海超.受腐蚀钢筋混凝土结构力学性能研究现状[J].海洋工程，2003，21（02）：107-112.
[2]袁迎曙，贾福萍，蔡跃.腐蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化模型[J].土木工程学报，2001，34（03）：47-52.
[3]惠云铃，李荣，林志伸，全明研.混凝土基本构件钢筋锈蚀前后性能试验研究[J].工业建筑，1997，27（06）：14-18.
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