鐵尾礦砂混凝土與鋼筋粘結(jié)錨固性能試驗(yàn)

鄭 艷，康洪震，徐建新

(河北聯(lián)合大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北唐山063009)

1 試驗(yàn)方法介紹

目前所采用的粘結(jié)試驗(yàn)主要分為三類:

1)鋼筋直接拔出試驗(yàn)［1-4］。這時(shí)出現(xiàn)最早的試驗(yàn)方法，試件一般為棱柱形，鋼筋埋設(shè)在其中心，水平方向澆筑混凝土。試驗(yàn)時(shí)，試件的一端支撐在帶孔的墊板上，試驗(yàn)機(jī)夾持外漏鋼筋端，施加拉力，直至鋼筋被拔出或屈服。同時(shí)拔出試驗(yàn)試件根據(jù)試件中是否配置橫向鋼筋分為兩類:無(wú)橫向配筋試件和有橫向配筋試件。無(wú)橫向配筋試件主要用于量測(cè)錨固粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移量，當(dāng)鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度較高時(shí)，這種試件大多發(fā)生劈裂破壞，由于拉拔試驗(yàn)具有試件制作簡(jiǎn)單、成本低、試驗(yàn)易于進(jìn)行等特點(diǎn)，應(yīng)用比較廣泛，一般用于各類不同鋼筋粘結(jié)錨固性能的相對(duì)比較;如圖1所示:

圖1 粘結(jié)試驗(yàn)的拔出試驗(yàn)

2)梁式試驗(yàn)或模擬梁式試驗(yàn)［5-7］。由于在鋼筋混凝土構(gòu)件中，鋼筋錨固區(qū)除了受拉力之外，通常同時(shí)作用有彎矩和剪力，而拔出試驗(yàn)不能反映這種情況，為了更好地模擬鋼筋在梁端部的粘結(jié)錨固狀況，可采用梁式試件。梁式試件又分為全梁式和半梁式兩類，常用于模擬梁的剪跨區(qū)的斜裂縫和正裂縫處的粘結(jié)錨固狀態(tài)。一般用來(lái)確定粘結(jié)錨固的設(shè)計(jì)適用強(qiáng)度及有關(guān)構(gòu)造要求;

3)局部粘結(jié)一滑移試驗(yàn)［8-9］。軸拉試驗(yàn)主要用于測(cè)量縫間粘結(jié)應(yīng)力及相對(duì)滑移量，可以模擬混凝土梁在純彎段主裂縫間的粘結(jié)特性。試驗(yàn)時(shí)，一對(duì)相互平衡的力作用在鋼筋的兩端，鋼筋與混凝土間產(chǎn)生粘結(jié)滑移。雙軸拉試驗(yàn)還可以模擬鋼筋搭接長(zhǎng)度的粘結(jié)特性。它主要用于研究粘結(jié)應(yīng)力一變形的基本規(guī)律。

通過(guò)比較可知直接拔出試驗(yàn)因其試件制作簡(jiǎn)單，結(jié)果便于分析，又能全面反映鋼筋受力的基本規(guī)律，長(zhǎng)期以來(lái)一直被作為鋼筋粘結(jié)錨固性能對(duì)比研究的基準(zhǔn)試驗(yàn)。因此本文采用鋼筋直接拔出的試驗(yàn)方法，對(duì)試件進(jìn)行量測(cè)分析。

2 試件設(shè)計(jì)

考慮鋼筋與鐵尾礦砂混凝土主要影響的因素，試件設(shè)計(jì)的變化參數(shù)設(shè)計(jì)為鋼筋種類HRB335與直徑(12mm、16mm、20mm、25mm)、鐵尾礦砂混凝土強(qiáng)度等級(jí)(C20、C30、C40)、鋼筋植入長(zhǎng)度(5d)等。共三類(72個(gè))試件，如表1。

圖2 試件樣圖

表1 試件類型及尺寸

3 試驗(yàn)基本過(guò)程

3.1 沿錨固長(zhǎng)度鋼筋的應(yīng)變

采用外貼片的方式來(lái)測(cè)定鋼筋的應(yīng)變分布。如圖3所示，在鋼筋伸出混凝土試塊200 mm處。先在鋼筋上待測(cè)點(diǎn)處做好標(biāo)記，用砂輪小心打磨待測(cè)點(diǎn)，磨出個(gè)小平面，之后用砂布沿與鋼筋軸線呈45°方向左右打磨小平面，力道要適中，用丙酮擦拭干凈。貼應(yīng)變片時(shí)注意將AB膠調(diào)勻，應(yīng)變片與鋼筋之間應(yīng)緊密貼在一起，之間不能留有氣泡，不宜有太多的膠。應(yīng)變片的數(shù)據(jù)用秦皇島開(kāi)發(fā)的CM－L－24靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀采集。試驗(yàn)中采用了連續(xù)測(cè)量的方法。

圖3 CM－L－24靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀采集

3.2 加載裝置

通過(guò)在鋼筋自由端的鋼筋上設(shè)置千分表測(cè)定錨固自由端的滑移，加載裝置如圖4所示:

圖4 鋼筋應(yīng)變片及加載裝置

3.3 加載速度

加載速度應(yīng)根據(jù)各種鋼筋的直徑確定每種鋼筋施加荷載的速度應(yīng)按下式計(jì)算:

式中:VF—加載速度(kN/min);

d—鋼筋直徑(mm)。

4 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

研究試驗(yàn)過(guò)程中的各種不同試件的破環(huán)現(xiàn)象，記錄試件的破壞荷載、最大位移以及鋼筋屈服時(shí)的位移，利用相關(guān)數(shù)據(jù)分析軟件得出鋼筋與鐵尾礦砂混凝土的粘結(jié)應(yīng)力－滑移曲線，分析其與普通混凝土的區(qū)別并利用已有的試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)得出鋼筋在鐵尾礦砂混凝土中的錨固長(zhǎng)度基本計(jì)算式。

［1］ 清華大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

［2］ Abdulaziz，Al－Negheimish，Rajeh Z.Al－Zaid.Effect ofmanufacturing process andrusting on the bond behavior of deformed bars in concrete［J］.Cement＆Concrete Composites，2004(26):735－742.

［3］ Abdulah A，Almusallam，AhmadS，Al－Gahtani，etc.Effect of reinforcement corrosion on bond strength［J］.Construction and Building Materials，1996(10):123-129.

［4］ 張偉平，張譽(yù).銹脹開(kāi)裂后鋼筋混凝土粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2001(10):40-43.

［5］ 洪小健，趙鳴.加載速率對(duì)銹蝕鋼筋與混凝土粘結(jié)性能的影響［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(7):792-796.

［6］ Obada Kayali，Stephen R.Yeomans.Bond of ribbed galvanized reinforcing steel inconcrete［J］.Cement and Concrete Composites，2000，22:459-467.

［7］ Kyle Stanish，R D Hooton，S.J.Pantazopoulou.Corrosion effects onbond strength in reinforced concrete，ACIStructural Journal，1999，11/12:915-920.

［8］ 孫慧鋒.砌塊灌孔混凝土與變形鋼筋粘結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究［D］.沈陽(yáng):沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院，2003.

［9］ 王國(guó)杰.高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土及其與鋼筋粘結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究［D］.福州:福州大學(xué)，2002.