尹紅宇，荀 勇，賈 磊，周 乾，朱成杰

（鹽城工學院 土木工程學院，江蘇 鹽城 224051）

TRC加固銹蝕鋼筋混凝土柱軸壓性能試驗研究

尹紅宇，荀 勇，賈 磊，周 乾，朱成杰

（鹽城工學院 土木工程學院，江蘇 鹽城 224051）

進行織物增強混凝土（TRC）加固銹蝕鋼筋混凝土（RC）柱耐久性研究，設計15根RC柱，采用通電加速腐蝕試驗研究氯離子侵蝕環(huán)境中鋼筋銹蝕率、織物網層數(shù)對試件力學性能的影響。研究表明：TRC加固RC柱的破壞形態(tài)和延性得到改善；鋼筋銹蝕率較低時加固柱的極限荷載有所提高，承載力提高幅度達15.5%；織物網層數(shù)的增加，TRC約束效果明顯提高，承載力提高幅度最高可達26.56%。二次腐蝕后，加固柱的極限荷載呈下降趨勢；與未腐蝕試件相比，2層織物網加固試件承載力相當，延性增加。研究結果表明TRC加固能夠增加混凝土柱的有效約束和耐腐蝕性能的提升。

TRC；鋼筋銹蝕；混凝土柱；氯離子侵蝕；加固

混凝土結構廣泛應用于建筑、路橋、隧道等工程中，然而氯離子腐蝕環(huán)境中混凝土內部鋼筋銹蝕嚴重，導致結構過早破壞。因此，對結構的加固補強，提高結構的耐久性具有重要的工程意義和社會價值。高性能混凝土、涂層鋼筋、混凝土涂層、鋼筋阻銹劑和陰極保護等都是提高結構耐久性有效的方法。然而對銹蝕混凝土結構的性能提升存在一定的局限性。TRC作為水泥基纖維織物網復合材料，具有高強、抗裂、抗腐蝕、耐久性好、防火、可設計性強的優(yōu)點[1-5]，適用于薄壁結構、耐腐蝕構件以及惡劣環(huán)境中結構的覆層材料和結構的加固補強[6-12]。該文將TRC用于銹蝕混凝土結構加固，發(fā)揮TRC結構加固和防腐雙重功能，從而提高結構耐久性。通過加速銹蝕試驗和混凝土柱軸壓試驗研究氯離子侵蝕環(huán)境中鋼筋銹蝕率、織物網層數(shù)對試件軸壓性能的影響。

1 試驗概況

1.1 試件設計

試驗共設計了15個鋼筋混凝土柱試件，分組情況如表1所示，鋼筋銹蝕率分別為2.5%和5%；加固織物網層數(shù)分別為1層和2層。鋼筋混凝土柱截面尺寸為150 mm×150 mm×450 mm，保護層厚度為20 mm，各試件配筋相同，均采用HRB400級鋼筋，縱筋直徑為12 mm，箍筋直徑為6 mm，鋼筋材料力學性能指標如表2所示。柱端頭箍筋加密，試件幾何尺寸及配筋如圖1所示。

試件混凝土強度等級C30，采用普通硅酸鹽水泥P·O32.5，水灰比為0.39，配合比為∶水泥∶粉煤灰∶中砂∶碎石為 1∶0.15∶1.73∶2.77。實測混凝土28天立方體抗壓強度平均值為34.6 MPa。

1.2 鋼筋加速銹蝕試驗

試件中縱向鋼筋進行電連接，與箍筋之間采用環(huán)氧樹脂膠泥絕緣，將待銹蝕試件置于5%氯化鈉水溶液中，縱向鋼筋連接直流電源正極，不銹鋼棒置于溶液內連接電源負極，腐蝕電流密度為0.3 mA/cm2。

鋼筋銹蝕率是基于法拉第原理，由電流強度和通電時間控制，該文采用銹蝕鋼筋重量損失率。

1.3 混凝土柱加固

對達到設計銹蝕率的試件置于空氣中風干72 h，進行倒角處理（半徑為20 mm），然后混凝土表面鑿毛、除塵、濕潤，進行TRC加固，標準養(yǎng)護28 d，如圖2所示。高性能細集料混凝土加固層水膠比為0.32，配合比水泥∶中砂為 1∶1.5。實測細集料高性能混凝土28 d立方體抗壓強度平均值為41.3 MPa。

將二次腐蝕試件置于5%NaCl溶液中繼續(xù)通電加速腐蝕25 d；試件置于實驗室自然環(huán)境中風干，然后進行軸壓極限承載力試驗。

表1 試件分組

表2 鋼筋抗拉強度實測值

圖1 試件配筋示意圖

圖2 TRC加固混凝土柱

1.4 混凝土柱軸壓試驗

試件軸壓試驗采用電液伺服加載設備，加載裝置如圖3所示，采用位移控制，加載速率為1 mm/min。軸向荷載和軸向位移由壓力機自動采集，混凝土表面應變由DH3816靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，與軸向荷載同步。試件承載力下降到極限荷載的80%以下，或試件破壞時，停止試驗。

圖3 試驗加載裝置

2 試驗結果與分析

2.1 試件破壞形態(tài)

各組試件典型破壞形態(tài)如圖4所示。未加固試件表面出現(xiàn)多條豎向裂縫，裂縫貫穿至柱端，保護層脆裂剝落，同時伴有爆裂聲。TRC加固試件邊角附近出現(xiàn)一條較大的貫通裂縫，織物網纖維束不同程度地被拉斷，1層織物網加固試件邊角部位保護層脆裂剝落；2層試件裂縫較多，加固層斷裂無剝落現(xiàn)象 （圖4（g）、（h）、（i））。而經歷二次腐蝕的試件與未二次腐蝕試件破壞形態(tài)相似（圖4（m）、（n）、（o））。由此可見，TRC 能夠有效約束混凝土，提高試件承載力，對試件耐腐蝕性能是有益的。

2.2 荷載-位移曲線

主要試驗結果如表3所示。圖5是各試件軸壓荷載-軸向位移曲線。從表3和圖5可見，與未加固試件相比，加固試件的承載力和變形都有較大提高。各影響因素中，碳纖維層數(shù)對試件受力性能影響最大，1層織物網加固組試件其承載力較未加固組試件增長為 7.4%～8.3%，變形提高25.8%～52.8%。2層織物網加固試件其承載力較未加固組試件增長為 14.5%～15.4%，變形提高15.6%～35.0%。

表3 試件承載力試驗結果

加固后二次腐蝕對試件的影響如圖5（d）、（e）所示。與未腐蝕對比試件（C-0）相比，1層織物網加固試件CF-DC-0、試件CF-DC-2.5和試件CF-DC-5承載力相應降低3.7%、8.0%、15.6%，變形增加42.2%、32.2%、3.8%；2層織物網加固試件CF-SC-0承載力提高4.9%，變形增加44.4%，試件CF-SC-2.5和試件CF-SC-5承載力相應降低0.8%、7.1%，變形增加20.8%、23.2%。由此可見，1層織物網加固試件組隨著腐蝕率的增加，二次腐蝕承載力降低變大，二次腐蝕對試件變形未有影響。

如圖5（d）所示，試件CF-DC-2.5和試件CF-DC-5達到極限荷載后承載力迅速下降，曲線下降段出現(xiàn)斜率較大；2層織物網加固對試件起到較好的作用，如圖5（e）所示，試件承載力相當，變形增加，曲線下降段變化較緩。因此，2層織物網加固能夠提供有效約束和試件耐腐蝕性能的提升。

二次腐蝕試件承載力相對較低，主要是因為腐蝕試件加固前未進行電化學除氯，鋼筋周圍氯離子濃度較高，二次腐蝕過程中鋼筋進一步銹蝕，導致試件承載力降低。因此，實際工程應用中，應當進行加固前電化學除氯，提高結構耐腐蝕性能。

圖5 試件軸壓荷載-位移曲線

2.3 橫向和軸向應變

圖6為各試件應力-應變曲線。

2.3.1 不同腐蝕程度的TRC加固混凝土柱

隨著腐蝕程度的增加，極限應變相應減小。相比于未腐蝕加固試件（試件CC-DC-0），腐蝕率為2.5%的試件（試件CC-DC-2.5），其橫向極限拉應變降低15.8%，極限軸向壓應變降低10.2%；腐蝕率為5%的試件（CC-DC-5）橫向極限拉應變降低22.5%，軸向極限壓應變降低19.6%。

圖6 試件應力-應變曲線

2.3.2 織物網層數(shù)

織物網層數(shù)的增加有效增強對混凝土柱的約束作用，其中雙層加固試件極限應變增加明顯。相比于單層織物網加固試件（試件CC-DC-0、CC-DC-2.5、CC-DC-5），雙層織物網加固試件（試件CC-SC-0、CC-SC-2.5、CC-SC-5），其橫向極限拉應變分別提高9.6%、11.5%、11.2%，極限軸向壓應變分別提高1.0%、5.5%、8.1%。

2.3.3 二次腐蝕

初始未腐蝕試件經過二次腐蝕后橫向極限拉應變降低3.22%，軸向極限壓應變降低13.16%；初始腐蝕率為2.5%的試件經過二次腐蝕后橫向極限拉應變降低7.25%，軸向極限壓應變降低11.12%；初始腐蝕率為5%的試件經過二次腐蝕后橫向極限拉應變降低9%，軸向極限壓應變降低12.7%。

3 結論

將TRC應用于銹蝕混凝土結構加固，發(fā)揮TRC結構加固和防腐蝕雙重功能，通過加速銹蝕試驗和軸壓試驗研究氯離子侵蝕環(huán)境中鋼筋銹蝕率、織物網層數(shù)和二次腐蝕對試件軸壓性能的影響。主要結論如下：

（1）TRC加固能有效改善混凝土柱破壞形態(tài)，隨著織物網層數(shù)的增加，試件裂縫數(shù)量增加，加固層斷裂無剝落，加固試件的承載力和變形都有較大提高，對混凝土柱的耐腐蝕性能是有益的。

（2）鋼筋銹蝕率較低時加固柱的極限荷載有所提高，承載力提高幅度達15.5%；隨著織物網層數(shù)的增加，TRC約束效果明顯提高，延性得到改善，承載力提高幅度最高可達26.56%。

（3）二次腐蝕后，加固柱的極限荷載呈下降趨勢；隨著織物網層數(shù)的增加，2層織物網加固試件承載力相當，延性增加，曲線下降段變化較緩。因此，2層織物網加固能夠提供有效約束和試件耐腐蝕性能的提升。

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Experimental research on axially compressed behavior of TRC strengthening corroded steel concrete columns

YIN Hongyu,XUN Yong,JIA Lei,ZHOU Qian,ZHU Chengjie
（School of Civil Engineering,Yancheng Institute of Technology,Yancheng 224051,China）

This paper studies the durability of the corroded reinforced concrete （RC） columns strengthened by textile reinforced concrete （TRC）.15 RC columns which were accelerated corrosion by electric were used to investigate the influence of rebar corrosion rate and the number of fabric plies on the mechanical properties.The results show that the failure shape and ductility of RC columns strengthened by TRC are improved;the less the steel corrosion rate is,the better the bearing capacity of reinforced columns will be,and the capacity will increase by 15.5%.With the increase of the number of fabric plies,the confined effect of TRC is obviously raised,and the bearing capacity of column will be raised to 26.56%.After the second corrosion,the ultimate loads of reinforced columns tend to decrease,and compared with the uncorroded specimens,the bearing capacity of twolayer TRC strengthened RC columns is equal to that of the uncorroded specimens,and the ductility increases.The results show that TRC reinforcement can improve the effective confinement and corrosion resistance of the RC structure.

TRC;corroded steel bars;RC column;chloride ion migration;strengthening

經朝明）

TU582.7

A

2096-3270（2017）04-0040-05

2017-09-18

國家自然科學基金項目（51478408，50378018）；江蘇省高校自然科學研究項目（14KJB560017）

尹紅宇（1969-），女，江蘇鹽城人，高級工程師，博士，主要從事混凝土結構及其耐久性研究，Email:yhyamy@126.com。