鋼筋直徑對(duì)粉煤灰混凝土粘結(jié)性能的影響

王　睿,孫　琳（青島東方監(jiān)理有限公司,山東　青島　266000）

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鋼筋直徑對(duì)粉煤灰混凝土粘結(jié)性能的影響

王睿,孫琳
（青島東方監(jiān)理有限公司,山東青島266000）

摘 要:影響鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能的因素有許多種，而粉煤灰混凝土作為目前最常用的粉末性活性混凝土，研究二者的粘結(jié)性能是有著非常重要的實(shí)際意義。本文主要討論鋼筋直徑與粉煤灰混凝土粘結(jié)性能的關(guān)系，為土木工程的相關(guān)設(shè)計(jì)運(yùn)用提供一些有價(jià)值的參考意義。

關(guān)鍵詞:鋼筋；粉煤灰混凝土；粘性性能研究

0　引言

鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能是鋼筋和混凝土有相對(duì)變形或滑移時(shí)，鋼筋和混凝土交界面上就會(huì)產(chǎn)生互相作用力。鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)性能主要受化學(xué)膠力、摩擦力、機(jī)械咬合力和鋼筋端部的錨固力影響，其中化學(xué)膠力是混凝土中的水泥凝膠體在鋼筋表面產(chǎn)生的化學(xué)粘著力或吸附力，主要來(lái)源于澆注時(shí)水泥漿體向鋼筋表面氧化層的滲透和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中水泥晶體的生長(zhǎng)和硬化，取決于水泥的性質(zhì)和鋼筋表面的粗糙程度；摩擦力是混凝土收縮后，將鋼筋緊緊地握裹住而產(chǎn)生的力，當(dāng)鋼筋和混凝土產(chǎn)生相對(duì)滑移時(shí)，在鋼筋和混凝土界面上將產(chǎn)生摩擦力，它取決于混凝土發(fā)生收縮、荷載和反力等對(duì)鋼筋的徑向壓應(yīng)力、鋼筋和混凝土之間的粗糙程度等；機(jī)械咬合力是鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用而產(chǎn)生的力，即混凝土對(duì)鋼筋表面斜向壓力的縱向分力，取決于混凝土的抗剪強(qiáng)度，變形鋼筋的橫肋會(huì)產(chǎn)生這種咬合力，它的咬合作用往往很大，是變形鋼筋粘結(jié)力的主要來(lái)源；鋼筋端部的錨固力是用在鋼筋端部彎鉤、彎折，在錨固區(qū)焊接鋼筋、短角鋼等機(jī)械作用來(lái)維持錨固力。粉煤灰混凝土中的粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，在常溫有水的情況下與混凝土產(chǎn)生二次反應(yīng)，填充了混凝土內(nèi)部的細(xì)小空隙，提升了混凝土的強(qiáng)度與抗?jié)B性。加大對(duì)鋼筋與粉煤灰混凝土之間的研究，也對(duì)鋼筋混凝土的具體制作工序有著重大的意義。

1　實(shí)驗(yàn)的目的與方法

本次實(shí)驗(yàn)的目的主要是為了研究鋼筋直徑與粉煤灰混凝土粘合性能的關(guān)系。

本文中所用的粉煤灰混凝土為強(qiáng)度等級(jí)為C35，粉煤灰摻量為16%，表觀密度為2372kg/m3，是由185kg水，50kg的粉煤灰，778kg的中砂，1077kg的石子，4.2kgJM-10高校減水劑混合而成。養(yǎng)護(hù)28天后，兩組拉拔試件的鋼筋混凝土的立方抗壓強(qiáng)度詳情見(jiàn)如表1。

表1　兩組拉拔試件鋼筋粉煤灰混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

本文主要參考《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB50152—92中的鋼筋和混凝土粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)比實(shí)驗(yàn)的要求，進(jìn)行螺紋鋼筋制作拉拔試件實(shí)驗(yàn)。拉拔試件的尺寸邊長(zhǎng)為150mm，鋼筋直徑為14mm，鋼筋內(nèi)貼應(yīng)變片的間距為14mm。運(yùn)用WDW3300型微控電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)、位移傳感器和TS3866靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，每加載5kN則記錄一次數(shù)據(jù)。運(yùn)用計(jì)算公式τ=F/πdl。τ為粘結(jié)應(yīng)力，單位為Mpa；F為外加荷載，單位為kN；d為鋼筋直徑，l為鋼筋埋入長(zhǎng)度。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中的兩組試件最大破壞荷載及最大平均粘結(jié)應(yīng)力為：第一組試件的鋼筋直徑為18mm，粉煤灰摻量達(dá)16%，最大破壞荷載為63.81kN，最大平均粘結(jié)力為16.67Mpa；第二組試件的鋼筋直徑為22mm，粉煤灰摻量達(dá)16%，最大破壞荷載為70.32kN，最大平均粘結(jié)力為14.89Mpa。

當(dāng)錨固長(zhǎng)度為70mm，粉煤灰摻量為16%，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35的情況下，第一組試件鋼筋直徑為18mm，粘結(jié)應(yīng)力為2MPa、6.2Mpa、9.87Mpa、11.76MPa其自由滑移的距離分別為0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm；第二組試件鋼筋為19mm。粘結(jié)應(yīng)力為2MPa、5.67MPa、8.14MPa、10.23MPa，其自由滑移的距離分別為0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm。

當(dāng)外加荷載為20kN、25kN、30kN、35kN、40kN時(shí)，第一組鋼筋直徑為18mm的試件距加載端距離值為14mm、29mm、41mm、58mm、70mm；第二組鋼筋直徑為22mm的試件距加載端距離值為12mm、27mm、39mm、55mm、64mm。

3　討論

從結(jié)果可以看出，當(dāng)粘結(jié)應(yīng)力相同時(shí)，鋼筋直徑與自由端的滑移值成正比。其主要原因是因?yàn)楫?dāng)鋼筋直徑發(fā)生變化時(shí)，變形鋼筋外形參數(shù)并沒(méi)有發(fā)生變化，二者沒(méi)有直接關(guān)系。隨著鋼筋直徑加大，其相對(duì)肋的面積增加并不明顯。但相對(duì)肋高降低，相對(duì)粘結(jié)面積與極限粘結(jié)強(qiáng)度就與鋼筋直徑成反比。

通過(guò)兩組試件最大破壞荷載量的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)荷載量越小，鋼筋應(yīng)變的速度就越快；在同一外荷載量下，鋼筋直徑越小，鋼筋的應(yīng)變值就越大；若荷載量增大，鋼筋直徑越小，鋼筋的應(yīng)變力越會(huì)向自由端處移動(dòng)。

綜上所訴，鋼筋直徑與粉煤灰混凝土的粘結(jié)性能成反比。當(dāng)鋼筋直徑越大，粉煤灰混凝土的粘結(jié)性能就越??；當(dāng)鋼筋直徑越小，粉煤灰混凝土的粘結(jié)性能就越大。

4　結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的條件下，鋼筋直徑與構(gòu)建所需要的外力成正比，與極限粘結(jié)強(qiáng)度就成反比，與粘結(jié)應(yīng)力產(chǎn)生的鋼筋滑移力成正比。在同一外荷載作用下，鋼筋直徑與應(yīng)變值成反比；當(dāng)外荷載力增大，鋼筋直徑與加載端的應(yīng)變值成正比，與自由端的應(yīng)變值成反比。

參考文獻(xiàn)：

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DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.112