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不鏽鋼筋在混凝土中的研究進展

來源:CC娱乐登陆地址鋼業 日期:2021-08-31 07:04:53 人气:100

爲了解決極端環境中混凝土結構鋼筋的鏽蝕問題,近年來,許多學者對不鏽鋼筋在混凝土領域的應用做了諸多研究。因此,爲了進一步對不鏽鋼筋進行研究,本文通過對國內外文獻調研,概述了不鏽鋼筋的由來,對不鏽鋼筋在混凝土中的性能、混凝土構件與黏結滑移性能進行了論述。最後就不鏽鋼筋在混凝土領域的發展前景提出了自己的看法,爲以後相關研究提供借鑒。

1概述

鋼筋混凝土結構具有堅固、耐久、防火性好、成本低等優點,在國內外的土木工程中得到了廣泛的使用。但是排除優點後,鋼筋的鏽蝕問題卻也嚴重影響鋼筋混凝土結構耐久性,鋼筋鏽蝕會導致鋼筋混凝土結構承載力出現不同程度的下降,也會使鋼筋與混凝土間的黏結力降低,最終會導致結構更快地出現失穩破壞的情況,尤其是對于那些處于侵蝕較嚴重的環境的混凝土結構,它們往往在遠未達到規定使用年限或者還未達到結構容許的承載力便出現了失穩破壞的情況。比如內陸建築的正常使用年限應達到50~120年,但在沿海附近有些建築僅修建5~8年就出現了失穩破壞的情況。許多國家因爲鋼筋鏽蝕問題,每年都會花費大量的人力物力來對腐蝕的結構進行維修,比如加拿大每年花費在這方面的資金就達到了驚人的5000多億。爲此,爲了國家的財産與人民的安全得到保障,對于鋼筋鏽蝕的問題研究迫在眉睫。而在這種背景下不鏽鋼筋應運而生,因其相較于普通鋼筋具有較強的抗腐蝕性,能給工程建設帶來巨大的經濟效益,因此國內外學者都對其進行了許多研究。

2不鏽鋼筋

不鏽鋼筋无论在淡水、海水、酸与碱环境中亦或是其他恶劣的环境中,它都表现出很强的耐腐蚀性。但其实相较于普通钢筋它不单只有这一个优点,它的强度与变形性能也很优良,力学稳定性较高。不鏽鋼筋能拥有这么多的优点由其化学成分所决定的,其中Fe就是其本身含有的主要元素,除此以外它還含有許多合金元素,而Ge就是合金元素中含量最多的,其次是镍,这两种元素的配合使不鏽鋼筋具有较高的耐腐蚀性与优良的力学性能。

從上世紀三十年代到如今,不鏽鋼經曆了三次重大發展。第一次是建造Progreso Pier大橋時,這也是它首次被運用到工程中。第二次大發展在21世纪初,世界的发达国家在很多处于严重腐蚀环境的构筑物中应用了不鏽鋼筋。第三次大展则是在2010年至今,不鏽鋼筋被许多亚洲国家应用于许多跨海工程的建设中,以上分析表明不鏽鋼筋越来越受到工程界的关注。

3不鏽鋼筋在混凝土中的研究现状

3.1不鏽鋼及其在混凝土中的性能表現研究現狀

FRP筋雖有較好的抗腐蝕能力與強度,但延展性與變形性能有待提高。化學分子的穩定讓不鏽鋼性能更加優越,相較于FRP筋具更优越的耐腐蚀性及耐久性,使混凝土中钢筋的腐蚀率得到极大程度的降低。而對于不鏽鋼筋的本构,目前常采用由Ramberg-Osgood提出的模型。

2002年,L.G等對不鏽鋼筋混凝土进行了研究,他们将试件放置于氯离子含量较正常的环境中。不鏽鋼钢筋试件没有锈蚀现象,混凝土也没有裂缝,同时发现在抗腐蚀方面,奥氏体不鏽鋼的抗腐蚀性最好。

2005年,ParkChoi指出了不鏽鋼的抗腐蝕性非常強,即使是在海水浸泡下,鋼筋的表面不但未出現鏽蝕狀況,鋼筋的強度也沒有出現下降。

2013年,陳龍等以溶液模擬不鏽鋼所處的環境條件,研究了3162205不鏽鋼鋼筋和Q235碳鋼鋼筋的各種特性。結果表明:在進行模擬實驗後發現,由于3162205不鏽鋼在表面産生了P型鈍化膜,使其耐腐蝕性遠遠超過Q235鋼的耐腐蝕性。

2015年,徐春一等一行人在進行了無數次的實驗中慢慢地總結經驗,他們利用各種對比論證的方法去進行層層分析,在得到的不同的結果中總結,最後他們得出結論,工程建設中混凝土結構使用雙相型不鏽鋼與奧氏體不鏽鋼更爲合適。

2020年,馮興國等發現珊瑚混凝土中不鏽鋼鋼筋腐蝕速率始終低于0.1μA.cm-2,即使是在七百多天後,它的鈍化並沒有解除,在這其中的2205鋼的鏽蝕速度更低,它的腐蝕速率僅爲普通混凝土中的普通鋼腐蝕速度的十分之一。余紅發等通過試驗發現:在所有條件都相同的狀態下,珊瑚混凝土中鋼筋的耐腐蝕性依然不同,它們的強弱順序爲:2205双相不鏽鋼筋(2205S>316L不鏽鋼筋(316L>有機新塗層鋼筋(OCS>普通鋼筋(OS)。

3.2探究不鏽鋼鋼筋混凝土的結構構件及其現狀

學者們對不鏽鋼鋼筋混凝土構件也做了許多研究。Theresa M.Ahlborn191根不鏽鋼钢筋混凝土梁展开了实验,在实验中他们发现不同的粘结长度决定了钢筋的粘结强度,不同范围的长度都有着相對应的各种强度。2008年,张国学等研究了不鏽鋼筋的抗弯性能,在各种比對试验中发现,普通的钢筋的缺点渐渐显露,不鏽鋼的裂缝宽度实测值与要求是一致的,并不存在差异,并且他所能承载的负荷确实更大更强,无论是在负荷下承受的压力及其裂缝宽度都是普通钢筋所不能及的。

2013-2014年,张颖和黄嘉伟通过数次的疲劳实验對含有不鏽鋼筋的混凝土梁进行研究,结果发现了具有不鏽鋼的梁板的表现更加出色,其抗疲劳性也是优秀的。耿会涛對国产不鏽鋼钢筋混凝土进行多种试验,對实验中产生的各种数据进行查验收集,并以此得出了结论,提出了不鏽鋼钢筋混凝土截面的承载力表达式。

2016年,李承昌等在實驗中以九個配著國産不鏽鋼鋼筋的試驗梁品進行了研究,在此次的實驗中發現無論是哪一種結構的鋼筋它們的平均粘結力大小與粘結力分布情況差異不大。

2017年,李承昌等對配置国产不鏽鋼钢筋的混凝土梁进行了受弯性能试验,结果发现两种钢筋的破坏过程基本一致,唯一较大区别是普通钢筋混凝土峰值荷载所對应的挠度小于不鏽鋼筋混凝土峰值荷载所對应的挠度值。周易针對混合钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了研究,结果发现普通钢筋混凝土梁与不鏽鋼钢筋混凝土梁有很多方面都接近,但两种梁都出现了跨中挠度的理论计算值小于试验实测值的情况。2019年,张龙等人對不鏽鋼钢筋混凝土梁进行了研究,探究了它们的抗弯性能,结果发现不鏽鋼钢筋试件相较于普通钢筋混凝土试件,试件的挠度与裂缝的发展一致,但不鏽鋼筋试件的变形能力更强。

3.3不鏽鋼筋与混凝土粘结滑移性能的研究现状

混凝土与钢筋间的粘结力主要是由化学胶着力、摩擦力与机械咬合力组成,良好的粘结性能是混凝土与钢筋两种不同材料能够共同工作的基本前提。但当钢筋混凝土结构处在一些环境比较差的地方时,钢筋往往很容易出现锈蚀的现象,这也会使钢筋与混凝土间的粘结滑移性能变差,从而影响钢筋混凝土的工作性能。因此为了解决这一问题,学者们针對不鏽鋼筋与混凝土间的粘结滑移性能做了研究。

王进伟研究了不鏽鋼钢筋与混凝土间的粘结滑移性能,结果发现混凝土强度等级的提升会使不鏽鋼与混凝土间的粘结应力提高。当混凝土相對保护层厚度不超出4.5时,混凝土相對保护层的提高会使粘结应力的提高;然而当混凝土相對保护层厚度超过4.5后,混凝土相對保护层厚度對粘结应力的影响较小。不鏽鋼筋与混凝土间的粘结应力会随着相對锚固长度的增加而增加。

吳遠建通過研究發現了鏽蝕後的不鏽鋼與混凝土間粘結性能退化的規律,並以表面鏽脹裂縫寬度與質量鏽蝕率爲基礎,提出了粘結強度退出模型,結果表明:當鏽蝕率超過一定範圍後,應力-應變曲線的陡降段消失。鏽蝕後不鏽鋼鋼筋與普通鋼筋的粘結滑移性能退化規律基本一致。

4結論與展望

目前国内外针對不鏽鋼与混凝土的研究较多,并且取得了较为全面的研究成果,但注意到對于不鏽鋼珊瑚混凝土的研究还不够全面,對珊瑚混凝土的了解依旧没有那么透彻,珊瑚混凝土一般应用于岛礁建设中,而岛礁建设所处的环境为海洋环境,海洋环境会严重腐蚀钢筋混凝土结构,导致严重的经济损失。所以對于目前的国情来说,CC娱乐登陆地址依旧需要更深入地去了解不鏽鋼筋,只有不断地去探索研究,才能够找到更精准的数据去证实,为今后的应用打下基础,进一步促进不鏽鋼珊瑚混凝土在南海各珊瑚岛礁的应用,这也可以成为日后学者们研究的一个焦点。

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