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HBRC Journal（2018）14,9-21

国家住房和建筑研究中心

HBRC杂志

http://ees.elsevier.com/hbrcj

全文文章

腐蚀部分预应力混凝土梁的性能

穆罕默德Moawad ^a,*，安瓦尔马哈茂德 ^b，Hossam El-karmoty ^b,

阿什拉夫El zanaty ^a

a开罗大学，吉萨，埃及开罗

b国家住房和建筑研究中心，埃及吉萨Dokki

2015年8月2日收到; 2015年12月30日修订; 于2016年1月7日接受

摘要 预应力混凝土广泛应用于建筑行业。 钢筋腐蚀是混凝土结构恶化最重要和最普遍的机制之一。 因此，暴露于腐蚀后后张力元件的容量减少。 这项研究提出了部分预应力梁的性能和行为的实验研究结果，其中40和80 MPa的抗压强度暴露在腐蚀中。 这项研究的实验方案由六个部分预应力梁组成，总体尺寸等于150 x 400 x 4500 mm。 考虑了混凝土抗压强度和腐蚀位置效应的影响。 记录钢筋的破坏形式，应变，开裂，屈服，极限荷载及各梁的相应挠度，裂缝宽度和分布。 结果表明，80 MPa抗压强度的部分预应力梁比40 MPa抗压的部分预应力混凝土梁具有更高的抗腐蚀性。 在相同抗压强度下部分预应力梁之间发现的完全/部分腐蚀暴露的恶化没有太大差别。 部分预应力梁的劣化事件大部分作用于非预应力钢筋。 由于粘结筋不易腐蚀，因此水泥浆和管道可以作为防潮和氯化物渗透的屏障，特别是没有接头和连接的塑料管道。 基于应变相容性和力平衡的理论分析可以很好地预测高/普通预应力梁的变形行为。

关键词

横梁; 腐蚀; 恶化;

部分预应力; 高强度混凝土

copy;2016国家住房和建筑研究中心。 Elsevier BV的生产和托管这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

• 通讯作者。

电子邮件地址： msmmah83@yahoo.com （M. Moawad）。

由住房和建筑国家研究中心负责的同行评议。

由Elsevier制作和托管

http://dx.doi.org/10.1016/j.hbrcj.2016.01.003

介绍

许多混凝土结构遭受钢筋腐蚀，特别是在海洋环境中。 混凝土结构在承载能力，刚度和延展性方面遭受不可接受的损失。 许多研究人员试图

1687-4048copy;2016住房和建筑国家研究中心。 Elsevier BV的生产和托管这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

表征预应力混凝土梁和腐蚀损坏的RC元件的行为。

Omnia [1]研究了全部和部分预应力混凝土梁的行为，并得出结论预应力存在会延缓混凝土开裂并增加初始刚度。 Hussien等人 [2]研究了粘结和无粘结预应力普通和高强度混凝土梁的行为，并得出结论认为，提高预应力混凝土梁的标称抗压强度导致极限荷载和开裂荷载略有增加。 伊斯梅尔 [3]研究了静定的预应力混凝土梁的受火性能，得出的结论是，混凝土保护层等于25mm的部分预应力混凝土梁在完全预应力混凝土梁的极限承载力和延性方面具有更高的抗火灾抵抗能力。 高强度部分预应力混凝土梁和普通预应力混凝土梁的抗火性比普通梁低。

埃尔 - Hefnawy [4]，进行了另一个关于碳化深度的实验研究。 他通过用酚酞对新鲜破碎的混凝土表面进行处理，测量了含有/不含硅粉的样本的18个月龄混凝土的碳化深度。 他发现添加硅灰作为水泥的部分替代物增加了其与大气中的二氧化碳反应的倾向。 埃尔 - Hefnawy [5]进行了实验和理论研究，以估算钢筋混凝土梁在不同腐蚀程度下的剩余极限承载力。 EL-Hefnawy发现腐蚀引起的裂缝与钢筋腐蚀程度无关。 此外，他还注意到，所有测试过的梁，即使是几根腐蚀梁，都没有受到混凝土保护层剥落的影响。 在理论研究中，由于腐蚀钢筋的形状不规则，这是一种基于ISO 12491：1997的统计方法 [6] 进行了估计腐蚀钢筋（AF）的可能的最小面积，使用沿着腐蚀的钢筋长度的四个不同随机位置处测量的四个直径。 Gestsdottir和Gudmundsson [7]研究了自然腐蚀钢筋在混凝土结构中的粘结行为。 实验表明，较高的腐蚀程度会导致极限载荷的降低，而较长的可用锚固长度会导致极限载荷的增加。 此外，在形成负载剪切或弯曲裂缝的情况下，极限载荷不连接，并且主杆的自由端滑动从最大载荷的90-97％的载荷开始。 AL-ATTAR和ABDUL-KAREEM

• 1. 研究了氯离子源对钢筋腐蚀的影响，不同的外部氯离子暴露对混凝土试件内部总氯和游离氯的影响增大; 结果表明用于高性能混凝土混合物的（CL_自由/ CL_总）之间的比例总是比普通混凝土混合物小约76-82％; 这可能是由于使用高水泥含量和偏高岭土引起的。 Khafaga和Bahaa [9]研究了钢筋混凝土梁的结构性能，该钢筋混凝土梁最初通过一个包含八个大型梁的试验的实验程序而被钢筋腐蚀损坏。 结果表明，钢筋腐蚀对钢筋混凝土梁在强度，刚度和延展性方面的结构性能产生不利影响。 观察到混凝土保护层的老化，对于靠近间隔的箍筋加固的梁更为严重。 记录产量和最终容量损失高达36％。 Elgabry等人 [10]，调查了其行为

钢筋腐蚀的钢筋混凝土框架并使用碳纤维复合材料进行修补。 钢筋腐蚀导致腐蚀钢筋混凝土框架的极限承载能力，刚度和延展性降低。 使用碳纤维复合材料的复原导致极限承载能力提高到44.7％。 CFRP在腐蚀框架修复中的应用限制了裂缝的扩展，并显着增加了裂缝荷载。

研究计划

实验计划

实验程序包括测试六根梁，其总宽度，深度和长度分别为150毫米，400毫米和4500毫米，并且梁简单地支撑在4200毫米的明确跨度上，如 图。1。 所有试样的顶部纵向钢筋是两根10mm直径的钢筋。 箍筋的中间部分为每200毫米10毫米直径的钢筋，边缘每隔100毫米距离支撑到梁的中间跨距1400毫米，如图所示 图2. 图3 显示预应力钢绞线具有类似于由作用载荷产生的弯矩的形状的悬垂轮廓。 一根直径12毫米的钢绞线除了两根10毫米直径的钢筋外，还用于加强部分预应力梁。 在锚固区加入另外的水平箍筋以抵抗在锚固区产生的劈裂力; 这些箍筋根据埃及法典的推荐计算 [11]。 本研究考虑了变量，混凝土抗压强度和腐蚀位置效应。 如上所述 表格1。 将预应力钢绞线置于聚乙烯管内，并使用水平钢椅固定梁箍筋。 注浆配件放置在离梁两侧300mm的距离处。 在混凝土达到28天后，钢绞线受到压力，然后根据规范说明对粘结剂进行灌浆。

在预应力过程中，测量钢绞线伸长率并记录预应力。 表2 显示了部分预应力梁的实验测量和理论计算的力和伸长率。

材料属性

天然硅质沙和碎石的标称最大尺寸为10毫米。 这项工作使用了普通波特兰水泥（OPC），硅粉和自来水。 还使用超增塑剂混合物Sikament-163M和Viscocrete 20 HE。 混合物符合ASTM C 494 A型和F型。这些材料的测试是根据埃及标准规格和ASTM标准进行的。

使用10mm直径，屈服强度为470N / mm²和极限强度为610N / mm²的变形高级钢筋作为箍筋和纵向拉伸和压缩钢筋。 钢棒经过测试并符合埃及标准规格 [11].

测试光束的制作

标本分两个阶段制作。 第一阶段是六个部分预应力混凝土梁的浇筑，

图。1 测试光束的具体尺寸。

预应力钢绞线

图2 部分预应力混凝土梁的配筋细节，配箍梁沿梁长度分布。

预应力钢绞线

图3 预应力管道型材用于25毫米混凝土保护层。

第二阶段是四根梁的腐蚀技术。 28天后制备了两个混凝土混合物，目标抗压强度为40和80MPa。 混凝土配合比例如图所示 表3.

在房屋建筑国家研究中心的材料实验室中以25℃的温度浇筑混凝土。 使用电子振动器铸造2分钟后，混凝土被压实。 48小时后，模型的侧面被移除。 铸造7天后立即开始固化标本。

加速腐蚀技术

试验的第一阶段是加速钢筋腐蚀的速度，以诱发部分预应力梁混凝土的恶化。 所以，四

部分预应力混凝土梁受到电化学加速腐蚀技术的影响。 腐蚀装置由试样，不锈钢板（充当人造阴极）和不锈钢板与梁之间的湿介质以及直流电源组成。 湿培养基用3％NaCl溶液麻布湿润。 应该注意的是，阴极不锈钢板沿着规则横截面梁安装，如图所示 图4。 所有腐蚀样品的施加电流强度值约为10mu;A/ mm²。 这个值是

被认为适用于加速腐蚀试验和

已被多位研究人员成功使用 [4,5,8–10]。 所有样品的施加电流通过使用可变电阻保持恒定，并通过电流表监测。

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