西安建筑科技大学学报·自然科学版杂志投稿格式参考范文：热带海洋环境下钢筋混凝土构件承载力退化研究

　　钢筋混凝土(Reinforced Concrete，RC)结构在海洋严酷环境下，长期遭受海水冻融、干湿交替、海浪冲刷、大气碳化等环境及其耦合作用的影响。在这些复杂因素的共同作用下，结构内部材料会发生劣化现象，进而引起承载力退化，最终可能导致结构失效 。

　　对于 RC 结构在海洋环境下面临的承载力退化问题，常用的研究方法主要包括室内试验、现场暴露试验和实际工程回访。其中，室内试验由于难以精准模拟实际自然环境，其研究成果存在一定的局限性。而 RC 构件现场暴露试验能够真实地反映结构的承载力退化规律，是研究因混凝土劣化与钢筋锈蚀导致 RC 结构承载力退化的重要手段。它在室内试验与实际工程之间起到了桥梁连接的作用。通过对 RC 构件的长期观测，可以获取与实际工程所处侵蚀环境相一致的混凝土劣化与钢筋锈蚀后物理力学性能参数，从而建立 RC 结构承载力退化模型，以及确定或调整模型中的相关参数。现场暴露试验不仅是对室内试验成果的有效验证，更是海洋工程中必不可少的基础性研究工作。因此，开展 RC 构件的海洋长期现场暴露试验来研究其承载力退化规律具有十分重要的意义。

　　由于开展 RC 构件海洋现场暴露试验需要满足选址、运输和测试等条件，实现难度较高。国外虽早在 19 世纪初就开始了现场暴露试验，但目前大部分现场暴露试验的关注点集中在混凝土和钢筋的材料性能劣化方面。例如，Poupard 等在英法边界的 Rance′s 大坝附近与 Sainte Anne de Portzic 进行了预应力钢筋混凝土梁 40a 的现场暴露试验，Tang 等在瑞典西海岸 Träslövsläge 进行了 RC 板 21a 现场暴露试验，这些试验均未测试 RC 构件承载力劣化情况。

　　我国也开展了 RC 构件在海洋环境下的现场暴露试验，如冷发光等在天津大港进行了 RC 桩现场暴露试验，范志宏等在广东湛江港进行了 RC 梁现场暴露试验，李震等在海南八所港进行了 RC 试件现场暴露试验。然而，这些研究人员的关注点同样在材料劣化方面。在南海高温、高湿、高盐且天气恶劣的气候条件下，RC 结构面临着严峻的耐久性劣化问题，但相关结构承载力退化研究报道较少。

　　为研究热带海洋严酷环境下 RC 结构承载力退化规律，本课题组在南海某岛进行了现场暴露试验。将 C50、C80 强度等级的 RC 构件分别置于水下区、潮汐区、浪溅区与大气区进行现场暴露。通过对水下区暴露 3.5a 后 RC 构件进行材料物理力学性能与构件承载力测试，系统分析了 RC 构件受海水长期侵蚀后混凝土劣化和钢筋锈蚀后物理力学性能变化，包括总氯离子含量分布、混凝土抗压强度、混凝土相对动弹性模量、钢筋失重率，并通过加载破坏试验得到了梁受弯极限承载力与柱大偏心受压极限承载力，对构件的混凝土损伤、钢筋锈蚀状态、抗裂与承载力性能进行评估，旨在为热带海洋环境下 RC 结构的耐久性设计与施工验收规范提供可靠的验证依据。

　　1 试验概况

　　1.1 原材料

　　采用 P・I 52.5 水泥、河沙、石灰岩碎石与玄武岩碎石、S95 级矿粉、硅灰、PCA-(I) 聚羧酸高性能减水剂与自来水。混凝土基础设计强度为 C50 与 C80，给出了详细配合比与基础力学性能。试验采用多种钢筋型号，列出了钢筋的直径、实测屈服强度、极限抗拉强度与伸长率。

　　1.2 RC 构件设计与制作

　　RC 梁横截面为矩形，给出配筋信息;RC 柱横截面为矩形，按对称配筋，给出配筋信息。RC 构件的混凝土保护层厚度为 25mm。先制作钢筋笼和木模具，再按步骤搅拌、浇筑、养护混凝土构件，养护完成后分成基准组和暴露组。

　　1.3 试验与测试方法

　　在南海某岛建立热带海洋混凝土暴露站，试验环境包括水下区、潮汐区、浪溅区与大气区。将 RC 构件分别在 4 个试验环境进行现场暴露，3.5a 后回收水下区 RC 构件进行各项测试。

　　1.3.1 氯离子含量测试：在 RC 构件底面中部区域，沿渗透面垂直方向逐层钻取混凝土粉末样品，按规范测试总氯离子含量，得到其随扩散深度的分布。

　　1.3.2 回弹值与超声波测试：按规程对 RC 构件分区进行混凝土超声波测试与回弹值测试，计算混凝土的相对动弹性模量、抗压强度、轴心抗压强度与轴心抗拉强度。

　　1.3.3 RC 梁受弯测试：RC 梁加载按标准执行，通过分配梁在计算跨度的 1/3 处施加 2 个集中荷载，测试过程中采用多种仪器监测应力、应变、裂缝和变形等，根据理论模型验证 RC 梁开裂弯矩、极限弯矩与最大裂缝宽度。

　　1.3.4 RC 柱大偏心受压测试：RC 柱大偏心受压加载按标准执行，设置偏心距，使用多种仪器监测相关数据，根据理论模型验证试验柱的开裂荷载与极限荷载。

　　2 结果与讨论

　　2.1 混凝土中氯离子扩散行为

　　C50 构件与 C80 构件混凝土中氯离子扩散深度相近，但同一扩散深度下，C50 构件混凝土中氯离子含量均明显高于 C80 构件。C80 混凝土因更高密实度和更低孔隙率对氯离子渗透阻碍更大。C50 构件中钢筋表面氯离子含量均高于钢筋腐蚀临界值，钢筋大概率已发生腐蚀;C80 梁中钢筋表面氯离子含量小于临界值，可能未发生腐蚀;C80 柱中钢筋表面氯离子含量大于临界值，钢筋发生腐蚀概率较大。

　　2.2 混凝土相对动弹性模量与抗压强度衰减

　　所有 RC 构件的混凝土相对动弹性模量值均下降，表明混凝土结构出现损伤，C80 构件内部可能已出现微裂纹。C50 梁与柱中混凝土动弹性模量年均降幅大于 C80 梁与柱，C50 混凝土抗压强度年均降幅也大于 C80 混凝土。说明混凝土强度等级越高，RC 构件受海水长期侵蚀后混凝土的相对动弹性模量与抗压强度下降速度越小，构件中混凝土劣化速度降低。

　　2.3 RC 构件中钢筋拉伸性能退化

　　从 C50 强度等级的 B3 与 C3 中取出的受拉筋表面有大量锈迹和坑蚀，C80 强度等级的 B4 与 C4 中受拉筋表面完好。C50 构件中钢筋的失重率、屈服强度、极限抗拉强度和伸长率均出现下降，C80 构件中钢筋的物理力学性能与暴露试验前基本相同。

　　2.4 RC 梁受弯正截面承载力退化

　　2.4.1 平截面假定验证：随着弯矩增加，RC 梁横截面中性轴向受压区移动，且混凝土应变与截面高度基本呈线性关系，说明 RC 梁横截面保持平面，满足平截面假定。

　　2.4.2 挠度与裂缝：所有 RC 梁加载过程中挠度变化有弹性阶段和强化阶段，受海水长期侵蚀后，RC 梁刚度下降，表现为受弯极限状态下挠度增大，C50 梁较 C80 梁刚度下降明显。经暴露试验后，RC 梁平均裂缝间距增大，C50 梁最大裂缝宽度增大，C80 梁最大裂缝宽度无明显变化。

　　2.4.3 正截面受弯承载力退化：经现场暴露后，C50 梁开裂弯矩、极限弯矩与最大裂缝宽度均下降，C80 梁开裂弯矩与极限弯矩也下降，但 C80 梁抗裂性能与受弯承载力退化速度较 C50 梁慢。

　　2.5 RC 柱大偏心受压正截面承载力退化

　　2.5.1 平截面假定验证：随着竖向荷载增加，RC 柱横截面中性轴向受压区移动，混凝土应变与截面高度基本呈线性关系，说明 RC 柱横截面在大偏心受压过程中基本满足平截面假定。

　　2.5.2 挠度与裂缝：C80 柱荷载 - 挠度曲线呈 3 个发展阶段，C50 柱呈 2 个发展阶段。经暴露试验后，RC 柱刚度下降，C50 柱较 C80 柱刚度下降明显。RC 柱平均裂缝间距增大，C50 柱最大裂缝宽度增大，C80 柱最大裂缝宽度无明显变化。

　　2.5.3 正截面受压承载力退化：经现场暴露试验后，RC 柱在大偏心受压条件下正截面抗裂性能与极限受压承载力均小幅退化，C80 柱抗裂性能与极限受压承载力退化速度较 C50 柱慢。

　　通过对 RC 梁、柱构件正截面承载力退化分析可知，钢筋未锈蚀前，混凝土损伤劣化导致构件承载力下降;钢筋锈蚀后，混凝土抗压强度下降、构件整体刚度下降和钢筋截面积减少共同导致构件承载力下降。

　　3 结论

　　(1)经南海水下区现场暴露 3.5a 后，RC 构件中混凝土的动弹性模量与抗压强度出现下降，C80 混凝土的劣化速度明显低于 C50 混凝土;

　　(2)保护层厚度为 25mm 时，C50 构件中钢筋已发生锈蚀，C80 构件内部钢筋未发生锈蚀;

　　(3)受海水长期侵蚀，在受弯条件下，RC 梁的抗裂弯矩与极限受弯承载力均下降，C50 梁的抗裂性能与极限受弯承载力退化速度明显较 C80 梁快;

　　(4)受海水长期侵蚀，在大偏心受压条件下，C50 柱的抗裂荷载与极限抗压承载力出现一定程度下降，C80 柱仅极限抗压承载力出现轻微下降，C50 柱的抗裂性能与极限抗压承载力退化趋势较 C80 柱明显。

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