混凝土保护层均匀锈胀内裂分析

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发布时间：2021-09-17

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混凝土保护层均匀锈胀内裂分析
姜慧，喻孟雄z，刘荣桂z
(1．徐州工程学院土木工程学院，江苏徐州22111l；2．江苏大学土木工程与力学学院，江苏镇江212013)
摘要：钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构使用寿命的重要因素，混凝土保护层锈胀内裂加速整个混凝土保护层的开裂。假定混凝
土满足最大伸长线应变破坏准则，利用圆孔扩张理论对铁锈自由膨胀充满混凝土与钢筋交界面空隙后混凝土保护层内裂进行分析，
建立了锈胀内裂时刻的钢筋锈蚀深度计算式。针对计算式主要影响参数的分析表明：钢筋锈蚀深度与水泥石中毛细孔体积、钢筋直
径、混凝土极限拉应变成正相关，与铁锈体积膨胀率成负相关。
关键词：扩孑L理论；锈胀开裂；钢筋锈蚀深度；耐久性
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2014)09—0001—04
Analysis on the internal cracking of concrete cover due to rebar uniform corrosion
JIANGHui ，YUM engxiong2,LIURonggui
(1．School ofCivilEngineering，XuzhouInstitute ofTechnology，Xuzhou221111，China；
2．FacultyofCivilEngineering andMechanics，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)
Abstract： Rebar corrosion iS an important factor affecting the service life of reinforeed concrete structures．Concrete cover interna1
cracking induced by reinforcement corrosion accelerates cracking ofal1 cover．Based on the assumption ofconcrete meet the maximum ten—
sional strain failure criterion，one equation for predicting the reinforcement corrosion depth from corosion initiation to cover internal
cracking was established according to the cylindrical cavity expansion theory．By analyzing main parameters of the equ~ion，the results
showed that the reinforcement corrosion depth was positive corelation with cement stone pore volume，diameter of rebar ，concrete ulti．
mate tensile strain，and negative corelation with rust rate ofvolume expansion．
Keyw ords： cylindrical cavityexpan siontheory ；rebarcorosion expansion crack；rebar corosion depth ；durability
钢筋锈蚀引起的钢筋混凝土结构耐久性问题主要体
现在以下几个方面：(1)钢筋截面面积损失；(2)钢筋力学
性能劣化；(3)钢筋与混凝土黏结性能退化；(4)混凝土保
护层开裂、分层、脱落；(5)结构承载力下降、破坏由延性向
脆性转变『1]。因此，钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构使用寿
命的重要因素。混凝土保护层锈胀内裂(近钢筋处混凝土
开裂)，锈蚀产物填入内裂缝，造成应力集中，加速整个混
凝土保护层的开裂。对于保护层很小的结构，甚至有可能
产生开裂即贯通的恶劣现象。因此，对钢筋锈蚀引起的混
凝土保护层锈胀内裂进行研究具有重要意义。
国内外学者[2卅一般以混凝土环向拉应力达到混凝土
的抗拉强度标准值作为混凝土开裂的判断标准，即最大拉
应力理论(第一强度理论)。然而，混凝土保护层锈胀内裂
的实质是：在径向锈胀力作用下，近钢筋处混凝土环向拉
应变达到混凝土的极限拉应变而沿着径向出现裂缝。因
此，针对混凝土的脆性断裂分析，最大伸长线应变理论(第
二强度理论)更加适应。
假定混凝土满足最大伸长线应变破坏准则，利用圆孔
扩张理论对铁锈自由膨胀充满混凝土与钢筋交界面空隙
后混凝土保护层内裂进行分析，建立了混凝土保护层锈胀
内裂时刻的钢筋锈蚀深度计算式。并分析了计算式的主要
影响因素。
1 混凝土保护层锈胀内裂分析模型
1．1 基本模型
混凝土保护层锈胀内裂以钢筋脱钝开始为起点，大致
经历两个阶段：(1)铁锈自由膨胀阶段。混凝土因其固有的
材料特性和制作工艺，钢筋与混凝土交界面存在毛细孑L和
微小空隙。钢筋脱钝锈蚀后，锈蚀产物由于其体积膨胀特
性，逐渐充满交界面空隙，充满前无锈胀力产生。(2)混凝