钢筋锈蚀程度对其混凝土握裹力的影响机理研究

钢筋锈蚀程度对其混凝土握裹力的影响机理研究

邢振

中铁七局集团西安铁路工程有限公司，陕西 西安 710000

摘要：

本文以实验数据为支撑，通过对照统计，研究钢筋在不同锈蚀程度、不同除锈方式下锚固性能的变化，从而分析出钢筋锈蚀与混凝土握裹力之间的影响机理，总结出工程实践中钢筋锈蚀程度的把控和除锈方法的选择，作为施工过程钢筋质量控制的参考依据。

关键词：钢筋锈蚀 除锈 握裹力 影响

1、引言

由于建设工程大部分为露天作业，因此钢筋锈蚀是建设领域最为常见且无法避免的一种原材病害。《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）第5.2.4条对钢筋外观要求的描述为“钢筋应平直、无损伤、表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状老锈[1]”，其他内容包括条文解释再无相关描述。由此可见，在工程质量验收过程中，验收规范是允许一定程度的钢筋锈蚀现象，只是对其锈蚀程度做了要求，即不允许出现颗粒状或片状老锈及更严重的锈蚀，轻于该描述的一般锈蚀是满足验收要求的。但往往在工程实践中，不同地域、不同参建单位、不同工程质量验收单位对钢筋锈蚀的控制程度却不尽相同，部分工程甚至严格到不允许钢筋出现锈黄色，致使施工单位采取五花八门的除锈方法，是否起到实质性作业却不得而知。本文采取实验的方法，通过数据对照，研究钢筋不同锈蚀程度、不同除锈方法对其混凝土握裹力的影响机理，总结出钢筋锈蚀问题的解决建议。

2、实验原理

钢筋锈蚀的主要危害是影响混凝土握裹力或锚固性能，而对于直锚钢筋来说，握裹力或锚固性能的宏观表现就是抗拔力。本次实验的原理就是以直锚的方式，测试钢筋在不同锈蚀程度下的极限抗拔力，从而分析得出钢筋锈蚀程度对其混凝土握裹力的影响机理。

3、实验方法

首先按照锈蚀程度对钢筋进行分类：

无锈钢筋：表面光滑、无任何锈蚀痕迹；

微锈钢筋：表面出现锈黄色，用白色毛巾擦拭会染黄毛巾，但用牙刷搓拭不会掉黄色粉末；

锈黄钢筋：表面全部呈锈黄色，用牙刷搓拭会掉黄色粉末；

锈皮钢筋：表面呈不连续的棕色锈皮，用牙刷搓拭会掉棕色铁皮屑；

鳞锈钢筋：表面布满片状锈皮，擦拭或撞击会掉片状锈皮；

再按照不同的锈蚀程度和除锈方式设置14个对照组：

为了保证对照实验的严谨性，选用同一批次进场的钢筋和同一罐车混凝土。同时综合考虑实验的便捷性和数据差异性，选用φ28大直径光圆钢筋。为了方便拔出，锚固深度确定为5cm，同时为了避免锚固深度过浅拉拔时混凝土表面出现锥形破坏无法得出实验数据，钢筋统一埋入混凝土20cm，除端头5cm外，其余15cm套PVC管，PVC管端头用胶带封闭，如下图：

试件断面图

为了消除偶然误差，每个对照组分别做10组试件（共140组试件），最终取极限抗拔力平均值进行对比。试件制作完成后，必须放置到同一环境并采取相同的养护方式，待混凝土强度达到设计强度后，分别做拉拔，拉拔速度保持一致，测出每组从开始拉拔直至完全拔出的最大抗拔力进行对比分析。

4、实验结果

按照上述方法对14组试件进行实验并求出极限抗拔力平均值，数据如下：

从实验结果可以统计出以下几个现象：

①在不做处理的情况下，钢筋抗拔力由大到小依次是锈黄钢筋＞微锈钢筋＞无锈钢筋＞锈皮钢筋＞鳞锈钢筋；

②用钢刷搓拭除锈处理的情况下，钢筋抗拔力由大到小依次是锈皮钢筋＞鳞锈钢筋＞锈黄钢筋＞微锈钢筋＞无锈钢筋；

③用砂纸打磨处理的情况下，钢筋抗拔力由大到小依次是无锈钢筋＞微锈钢筋＞锈黄钢筋＞锈皮钢筋＞鳞锈钢筋；

④同一锈蚀程度的钢筋，钢筋抗拔力由大到小依次是钢刷搓拭除锈处理＞不作处理＞砂纸打磨处理。

进一步分析可以得出以下结论：

①钢筋锈蚀并非全部对握裹力造成负面影响，除严重锈蚀外（锈皮和鳞锈钢筋），轻度锈蚀反而在一定程度上增大了钢筋的握裹力，原因是锈蚀钢筋在其表面形成了不同程度的腐蚀坑，使钢筋表面更加粗糙，进而增加握裹力。而锈皮和鳞锈钢筋握裹力减小的原因是锈蚀过于严重，在表面形成了松散层，将混凝土和钢筋表面隔离，无法完全接触咬合导致；

②任何锈蚀程度的钢筋经钢刷搓拭除锈处理后，握裹力均大于同类未处理的钢筋，经砂纸打磨处理后握裹力均小于无锈钢筋。原因是虽然轻微锈蚀的钢筋由于表面更加粗糙增大了握裹力，但其表面任然不可避免有松散的锈粉，将其清除可以进一步增大握裹力；而砂纸打磨后握裹力变小的原因是打磨使钢筋表面更加光滑，减小了咬合力，而且锈蚀越严重的钢筋，打磨出原色需要磨除的锈鳞越多，减小了钢筋直径，缩小了钢筋和混凝土的接触面积，导致握裹力减小；

③涂刷水泥浆后，一定程度上降低了钢筋的握裹力。

5、小结

从以上的研究我们可以看出，一般的钢筋锈蚀并不会对其握裹强度造成影响，甚至有利于提高握裹力，所以对于轻度锈蚀的钢筋，工程中建议不作处理。中度锈蚀的钢筋，除锈后效果更好，但是需要选择正确的除锈方式。而重度锈蚀的钢筋，尽管除锈后握裹力有可能大于无锈钢筋，但除锈过程中直径有损失，影响其力学性能，工程中不建议使用。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院.混凝土结构工程施工质量验收规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2015.12