钢筋工论文

-1--2-附件4：山东省建筑行业技师考评论文表论文题目：浅谈受腐蚀钢筋混凝土耐久性能的研究学员姓名：编号：专业工种：钢筋工期组指导导师：山东省建筑工程管理局2012年02月21日-3-论文要求一、论文选题要符合自己专业、工种，结合生产工作实际。论点要正确，论据充分，论证符合逻辑，框架合理。二、论文提要是论文的要点简述，不少于200字。三、论文要认真撰写杜绝抄袭，并不少于2000字。-4-论文提要在整个建筑工程中，钢筋混泥土结构是目前应用较广的结构形式之一。随着建筑物的老化和环境污染的加重，钢筋的锈蚀对混凝土的耐久性影响问题是一个不可忽视的环节。如果不加注意，会引发一系列严重的问题，甚至整个工程的质量。本文从锈蚀机理，影响因素，影响后果及防止方案进行讨论。钢筋锈蚀就是钢筋放在潮湿的空气中发生氧化反应而锈蚀，如果已经浇筑到构件里，因为构件的混凝土保护层破损或脱落而露出钢筋导致钢筋锈蚀，这是一种结构损伤，会严重影响结构的使用寿命，应采取加固修补措施，防止钢筋外漏。混凝土耐久性主要包括以下几方面：一是抗渗性。即指混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。二是抗冻性。混凝土的抗冻性是指混凝土在饱水状态下，经受多次抵抗冻融循环作用，能保持强度和外观性的能力。三是抗侵蚀性。混凝土暴露在有化学物质的环境和介质中，有可能遭受化学侵蚀而破坏。四是碱集料反应。-5-一、钢筋的锈蚀机理1、钢筋锈蚀的条件（1）、混凝土保护层不够（2）、混凝土结构有裂缝（3）、结构中有外露的钢筋头，水和空气渗透作用（4）、混凝土质量没有满足密实要求，有空洞；或者混凝土标号太低（低标号混凝土不密实）。2、钢筋锈蚀原因：主要就是谁和空气侵蚀，使钢筋产生氧化混凝土中钢筋锈蚀的条件是受氧化，如果保护层不够，或者水中有腐蚀性物质就会锈蚀的。3、引起锈蚀原因：由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳碳化至钢筋表面，使钢筋周围碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子较高，均可引起钢筋周围氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，从而生成氢氧化铁锈蚀物。4、钢筋锈蚀的危害：钢筋锈蚀后，其氢氧化铁修饰物体积比原来增长约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗出到混凝土表面。由于锈蚀，使钢筋有效截面面积减小，钢筋与混凝土握裹力消弱，结构承载力下降，并诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。受腐蚀混凝土力学性能劣化、钢筋锈蚀、受腐蚀钢筋混凝土之间粘结性能降低是钢筋混凝土结构提前发生破坏的原因。目前因腐蚀造成钢筋混凝土结构耐久性退化已经引起国内外学者的普遍关注，成为研究热点。本文在总结国内外有关受腐蚀钢筋混凝土材料以及其粘结性能基础上，在国家自然科学基金(编号50708010)资助下，进行了上述三方面研究工作，主要内容包括：1、研究两种侵蚀环境(酸雨、低温海水)下混凝土单轴抗压力学性能的劣化规律。完成了414个混凝土标准棱柱体试件单轴轴心抗压性能试验，揭示了-6-两种侵蚀环境下(酸雨、低温海水)不同腐蚀程度的混凝土物理力学性能(外观、质量、抗压强度、弹性模量以及相对动弹性模量等)劣化规律；应用复合材料细观损伤力学弹性模量理论模型，计算受腐蚀混凝土静力抗压弹性模量，通过对两种侵蚀环境下(酸雨、低温海水)受腐蚀混凝土的试验结果进行验证，研究结果表明：理论模型计算结果与试验数据吻合较好。2、完成了两种侵蚀环境(酸雨、氯化钠)下67个混凝土哑铃型试件单轴轴心抗拉性能试验研究，得到了不同腐蚀程度混凝土的抗拉性能退化规律。3、提出以应变能损失率表征钢筋锈蚀程度，通过对本文和文献中几种类型的锈蚀钢筋(变形钢筋、光圆钢筋、钢绞线)进行力学性能分析，研究结果表明：应变能损失率比质量损失率和截面损失率对钢筋锈蚀程度更为敏感。4、在假设钢筋均匀锈蚀的前提下，提出将c/d0(c为混凝土保护层厚度，d0为钢筋原始直径)作为控制指标，分别基于弹塑性力学和断裂力学的基本理论，建立了混凝土保护层开裂时刻钢筋临界锈蚀深度的理论计算模型。通过国外文献的多组试验数据对计算模型进行验证，结果表明理论模型结果与试验结果吻合较好。5、建立了考虑钢筋与混凝土之间粘结性能有限元模型，探讨了钢筋、混凝土及其粘结性能分别对钢筋混凝土构件力学性能的影响，给出了对锈蚀钢筋混凝土构件(结构)进行有限元分析时必须考虑钢筋与混凝土之间粘结性能变化的建议。二、混凝土碳化破坏机理分析混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca（OH）2+CO2＝CaCO3＋H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，-7-对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱，出现钢筋锈蚀露筋现象，降低了结构强度和刚度。三、影响钢筋混凝土中钢筋锈蚀的主要因素1、混凝土的碳化程度：混凝土本身含有大量的毛细孔,空气中二氧化碳与混凝土内部的游离氢氧化钠反应生成碳酸钙,造成混凝土疏松、脱落。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。2、环境条件：环境对钢筋的锈蚀影响主要有以下几个方面：主要有温度，湿度，二氧化碳浓度，氧气浓度以及侵蚀性介质浓度。3、氯离子的影响：钢筋表面与介质如湿空气，电解质溶液等发生电化学作用而引起的腐蚀，叫做电化学腐蚀。在这种腐蚀的过程中有电子的流动，绝大部分腐蚀属于化学腐蚀。四、钢筋的腐蚀过程钢筋的腐蚀过程有两种，一种是电极反应交换电流引起的腐蚀。钢铁在酸性溶液中的溶解属于此类。另外一种是扩散速度控制的腐蚀过程。混凝土中钢筋的腐蚀大多数属于这种腐蚀。在中性和碱性的介质中，H+离子的浓度很小，溶解过程的共轭阴极反应往往不是氢的析出反应，而是溶解在溶液中的氧的还原反应。在这种情况下，铁的自溶解速度完全受氧的极限扩散速度控制，因此在同一介质中，不同的金属几乎有相同的自溶解速度。不同种类的构件在海水中的腐蚀速度大致相同，其原因就在这里。它们都是受氧的极限扩散速度所控制。搅拌能减少扩散层的厚度，加快氧的供应，提高氧的极限电流，因此钢铁在流动的含氧介质中腐蚀速度较快。另外，一般较长的钢筋处在含氧量不同的-8-介质中所引起的腐蚀，成为充气不均所引起的腐蚀。这种腐蚀的结果使含氧量较多的介质中腐蚀的速度减慢，含氧量小的介质中腐蚀速度增加，所以铁在充气小的部分会产生较大的腐蚀。在混凝土硬化以后，外界的氯离子通过渗透的作用从混凝土的毛细孔中进入的。当混凝土开裂时，氯盐顺着裂缝进入的量会增加。一般认为在混凝土拌合时加入的氯盐，其氯离子被C2S2H胶体吸附，对钢筋的腐蚀没有多大的影响。但是后来进入的氯离子，等它到达钢筋表面时，尽管它一般不改变钢筋周围的碱性环境，但是它降低了钢筋作为阳极反应的活化能，使钢筋容易发生腐蚀。五、混凝土钢筋锈蚀的危害及防止1、钢筋锈蚀的危害钢材在存放中严重锈蚀,不仅截面积减少,材质降低甚至报废,而且除锈工作耗费很大;在使用中则锈蚀不仅使受力面积减少,而且局部锈坑的产生,可造成应力集中,促使结构早期破坏。尤其在反复荷载作用的情况下,将产生锈蚀疲劳现象,使疲劳强度大为降低,出现脆性破坏。在钢筋混凝土中,由于钢筋的锈蚀,将使混凝土的保护层膨胀出现裂纹,严重时混凝土保护层脱落,钢筋脱离,使钢筋和混凝土之间的粘结应力损失或完全丧失,危急结构的安全,因此钢筋的锈蚀对钢筋混凝土结构的使用寿命有很大的影响。2、钢材锈蚀的防止钢结构防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆:常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等;常用面漆有灰铅漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。在钢筋混凝土中,防止钢筋锈蚀的方法主要有:(1)、严格控制氯盐外加剂的掺用量;(2)、限制并合理选用水灰比和水泥用量;(3)、保证钢筋有足够的保护层厚度;(4)、加强混凝土的振捣和养护工作,-9-保护混凝土的密实。对于预应力配筋,一般含碳量较高,又多系经过变形和冷加工处理,因而对锈蚀破坏较敏感,特别是高强度热处理钢筋,容易产生应力锈蚀现象。所以重要的预应力承重结构,除不能掺用氯盐外,应对原材料进行严格检验。六、锈蚀后钢筋的力学性能锈蚀钢筋抗力的降低直接影响服役结构和构件的承载能力，严重时可能造成结构提前失效甚至倒塌。沿钢筋长度发生均匀锈蚀时，钢筋的失重率近似等于钢筋的截面面积损失率，钢筋所能抵抗的极限拉力的降低与钢筋截面面积锈损率基本成正比，此时，可以简单地用锈损钢筋的实际截面面积乘以未锈钢筋的极限抗拉强度获得锈蚀钢筋的极限抗拉能力。但是，由于混凝土材料的不均匀性、使用环境的不稳定性、钢筋各部位受力程度的不同等因素，实际上混凝土中的钢筋锈蚀很少有均匀锈蚀的情况，通常钢筋截面面积损失率大于重量损失率，而且随着钢筋锈蚀的发展，锈蚀的不均匀性和离散性增大，重量损失率与截面面积损失率的差异也越大。因此，钢筋极限抗拉能力的下降，除钢筋截面的锈损、有效截面面积减小外，还有一个因素：锈损钢筋的表面凹凸不平，受力以后缺口处产生应力集中，使锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度降低；且锈损越严重，应力集中引起的强度降低越多。-10-指导导师签字年月日评审委员会意见成绩年月日省建管局意见年月日备注