混凝土結(jié)構(gòu)無機膠植筋錨固性能試驗

邱 峰，施 偉，張書愷

（1.高密市水利局，山東 高密 261500；2.高密市市政工程處，山東 高密 261500）

近年來，為了提高植筋的錨固力，相繼開發(fā)了多種錨固材料，目前應用較廣泛的是有機結(jié)構(gòu)膠。有機結(jié)構(gòu)膠是一種有機高分子化學反應樹脂，具有固化時間短、力學性能好、與鋼筋和混凝土的粘結(jié)力強等優(yōu)點，但是其價格昂貴，不耐高溫，耐久性差，對混凝土基材要求嚴格。

無機膠能夠彌補這些缺陷，具有耐高溫、抗火災，植筋后滿足鋼筋焊接要求，植筋成本低，損耗小，可帶明水作業(yè)等特點，并且施工簡便，便于清洗，耐老化性與混凝土構(gòu)筑物本體一致。因此，采用無機膠來代替有機膠就顯得尤為迫切。本文通過對無機膠植筋試件進行拉拔試驗研究，采用不同強度的混凝土和錨固深度進行試驗，得出植筋破壞形態(tài)和影響錨固破壞的因素，以期對錨固深度給出設計建議。

1 試驗概況

1.1 試驗方案與試件制作

本試驗采用的混凝土強度等級分別為C20,C25,C30,C40共4組試件，錨固鋼筋采用HRB335級帶肋鋼筋，鋼筋強度標準值為335 MPa，極限抗拉強度455 MPa，直徑分別為 12，14，16，20，22 mm，植筋孔中心間距為150 mm。鋼筋表面做除銹和除油處理，混凝土基材強度已達到設計強度，混凝土厚度為500 mm，滿足《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術規(guī)程》（JGJ145—2004）的要求。錨固深度分別為10 d，15 d，20 d三組，鉆孔直徑比鋼筋直徑大2～6 mm不等，粘結(jié)劑選用WZJI型植筋錨固膠，拉拔試驗裝置采用混凝土后拉拔承載力檢測儀，精確度0.1 kN，位移測量用百分表，精度為0.01 mm。

1.2 植筋施工工藝

施工步驟為：1）在需要植筋的混凝土基層部位按照施工圖要求鉆孔，鉆孔采用電錘成孔；2）用毛刷、清孔風機或水對孔內(nèi)粉塵清洗干凈；3）將無機錨固膠放至水中浸泡至無氣泡冒出為止，每次浸泡的植筋膠數(shù)量不要太多，浸泡時間不要過長，以免在水中硬化；4）將浸泡好的植筋膠放入植筋孔內(nèi)，劑量多少以鋼筋植入時少量溢出為準；5）用錘子錘擊螺紋鋼筋旋轉(zhuǎn)植入孔底；6）鋼筋植好后，需要保養(yǎng)24 h，期間不得晃動。

1.3 加載過程

加載試驗過程按照 《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術規(guī)程》（JGJ145—2004）附錄A錨固承載力現(xiàn)場檢驗方法進行，采用分級加載的方法，以預計極限荷載的10%為一級，逐級加荷，每級荷載保持1～2 min，至設定荷載或錨固破壞。加載過程中注意觀察有無破壞或者位移持續(xù)增加的情況，記錄此時的拉力、位移及破壞情況。

2 力學性能試驗結(jié)果分析

2.1 拉拔試驗結(jié)果

化學植筋錨固破壞類型總體上可分為膠混界面破壞，混凝土錐體破壞，以及植筋鋼材被拉斷三大類，如圖1所示。

本次試驗共進行了180根鋼筋的破壞試驗，部分鋼筋極限荷載及破壞形態(tài)見表1。

2.2 錨固長度對拉拔力的影響

表1 部分無機膠化學植筋拉拔試驗結(jié)果

當鋼筋錨固長度較小（10 d）時，此時無機膠與混凝土粘結(jié)失效，混凝土的抗拔力小于粘結(jié)力，一般出現(xiàn)鋼筋拔出破壞或混凝土錐體破壞，或者共同出現(xiàn)的復合破壞，破壞前鋼筋變形很小，鋼筋應力尚未達到極限承載力，甚至還未達到屈服強度，因此為非延性破壞；當鋼筋錨固達到15 d時，鋼筋與混凝土孔壁之間的膠結(jié)力大于鋼筋的屈服強度，進入了強化階段，鋼筋出現(xiàn)屈服，繼續(xù)加載直至鋼筋被拔出，混凝土出現(xiàn)錐形破壞。當錨固長度達到20 d時，鋼筋與混凝土孔壁之間的膠結(jié)力大于鋼筋的極限抗拉強度，這時鋼筋有明顯的變形，進入屈服階段，繼續(xù)加載鋼筋進入強化階段乃至被拉斷。

計算知無機膠化學植筋在錨固長度為15 d時，可滿足規(guī)范中關于化學植筋承載力的設計要求。

2.4 混凝土強度對拉拔力的影響

鋼筋的植入深度為10 d時，植筋的極限拉拔力隨著基層混凝土強度的增大有明顯的增加；植筋深度為15 d時，植筋的極限拉拔力隨著基層混凝土強度的增大而增大，但是不如植入深度為10 d時明顯；植筋深度為20 d時，植筋的極限拉拔力隨著基層混凝土強度的增大基本保持不變。

2.5 植筋的荷載—滑移曲線

直徑20的鋼筋，在C20混凝土上錨固長度分別為10 d，15 d，20 d時進行拉拔試驗，其荷載—滑移曲線如圖2所示。植筋受拉時，其滑移量不僅包括植筋本身的拉伸，還包括植筋和無機膠以及無機膠與混凝土孔壁之間的滑移。在荷載較小時，荷載與滑移量基本呈線性關系。隨著外加荷載的不斷增大，同一水平荷載下，錨固長度越大的植筋其滑移量越小，且隨著荷載的增大，其滑移量差值也越來越大，說明滑移量隨著錨固長度的增加而減小，當錨固長度達到臨界長度的時候，由無機膠引起的滑移量趨向于零，其滑移量是由鋼筋伸長引起的。當錨固長度為15 d時，植筋破壞荷載與鋼筋屈服強度接近，并且具有明顯的延性變形，此時可以認為錨固已經(jīng)發(fā)生破壞，因此可以將15 d作為臨界錨固長度。

3 結(jié)論

通過拉拔試驗，得到了無機膠植筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的破壞形態(tài)，通過分析表明：鋼筋錨固長度大于15 d時錨固性能良好，此時基本可以達到鋼筋的屈服強度，具有明顯的屈服變形，鋼筋的強度可以得到充分利用，其極限抗拉強度隨混凝土強度的增加基本保持不變。