凍融環(huán)境下地聚物混凝土和螺紋鋼筋粘結(jié)性能

鄧芃， 宋曉曉， 張麗群， 馮浩 ， 劉艷*

(1.山東科技大學(xué)山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)試驗(yàn)室， 青島 266590； 2.山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 青島 266590)

地聚物混凝土(geopolymer concrete)[1]具有生產(chǎn)能耗低、材料高強(qiáng)和耐酸堿腐蝕的顯著優(yōu)勢(shì)，在承重結(jié)構(gòu)中有廣闊的應(yīng)用前景。Sarker[2]、Sofi等[3]、張海燕等[4]研究表明，地聚物混凝土和螺紋鋼筋的粘結(jié)滑移曲線與普通混凝土基本一致，但極限粘結(jié)強(qiáng)度比普通混凝土高45%左右；即使在氯鹽腐蝕環(huán)境下鋼筋銹蝕率達(dá)到30%，粘結(jié)強(qiáng)度仍和普通混凝土相近[5]。另外，地聚物混凝土抗凍性較好，在遭受300次凍融循環(huán)后，其動(dòng)彈性模量損失率及質(zhì)量損失率為普通混凝土的85%和92%左右[6]。在中國(guó)寒冷地區(qū)的臨海、鹽堿土壤和冰鹽環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)遭受氯離子腐蝕和凍融循環(huán)的耦合作用，與僅受凍融相比，混凝土的力學(xué)性能會(huì)明顯降低，如遭受125次鹽凍循環(huán)后，其抗壓強(qiáng)度損失率為僅受凍融時(shí)的1.6倍[7]。目前，對(duì)上述環(huán)境下地聚物混凝土的研究多集中于材料力學(xué)性能的衰退規(guī)律[8-10]，對(duì)鋼筋與地聚物混凝土之間粘結(jié)性能的研究并不充分。

但是，學(xué)術(shù)界對(duì)普通混凝土在凍融和腐蝕耦合作用下粘結(jié)強(qiáng)度退化的研究成果較豐富，因此，進(jìn)行螺紋鋼筋與地聚物混凝土粘結(jié)性能的研究可以多其進(jìn)行參考和借鑒。Su等[7]、胡孔亮等[11]和孫洋等[12]提出鹽凍環(huán)境將導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)冰壓增大，與僅凍融試件相比，表層更容易出現(xiàn)疏松剝落，內(nèi)部剪切裂縫擴(kuò)展，從而加劇粘結(jié)性能的衰退。曹芙波等[13]、高兵等[14]、安新正等[15]和Dahou等[16]基于試驗(yàn)結(jié)果對(duì)mBPE(bertero-popov-eligehausen)和CMR(cosenza manfredi-realfonzo)模型的適用性進(jìn)行了討論，并提出能考慮凍融影響的劈裂抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度以及極限粘結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算公式，可用于寒冷環(huán)境下粘結(jié)強(qiáng)度的分析。

考慮考慮鹽溶液濃度、凍融次數(shù)和保護(hù)層厚度的影響作用，提出遭受凍融以及腐蝕作用后地聚物混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度和極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式。

研究結(jié)果可為處于嚴(yán)寒地區(qū)以及鹽凍環(huán)境下地聚物混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)提供參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原材料及配合比

制備地聚物混凝土的原材料包括粒徑為5～10 mm的花崗巖碎石(表1)、細(xì)度模數(shù)為2.80的中粗河砂、S95的礦渣微粉(slag，SG)、偏高嶺土(metakaolin，MK)和堿性激發(fā)劑。其中，SG、MK的化學(xué)成分如表2所示。堿性激發(fā)劑為硅酸鈉溶液與8 mol/L氫氧化鈉溶液的混合溶液，NaOH溶液需事先配制，待其充分放涼后與Na2SiO3溶液混合。地聚物混凝土配合比如表3所示，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為C45，水膠比為0.5。

表1 粗骨料的基本性能指標(biāo)Table 1 Basic property index of coarse aggregate

表2 礦渣微粉、偏高嶺土的化學(xué)組成Table 2 Chemical composition of fly ash metakaolin

表3 地聚物混凝土配合比Table 3 Mix proportion of geopolymer concrete

本次試驗(yàn)所采用的普通螺紋鋼筋由上海旖軒實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)，直徑為16 mm，強(qiáng)度等級(jí)為HRB400，其相關(guān)力學(xué)性能指標(biāo)如表4所示。

表4 鋼筋的力學(xué)性能Table 4 Mechanical properties of steel bar

1.2 試件設(shè)計(jì)與制作

拉拔試件分為四類，第Ⅰ類為對(duì)照組，第Ⅱ類僅進(jìn)行凍融循環(huán)，第Ⅲ類在氯鹽腐蝕介質(zhì)下進(jìn)行凍融試驗(yàn)，第Ⅳ類考慮保護(hù)層厚度以及鹽溶液濃度的影響，共18組試件，每組3個(gè)試件，共計(jì)54個(gè)試件。試件采用“D-鹽溶液濃度-凍融次數(shù)-保護(hù)層厚度”的方式命名，如“D-0-15-67”表示保護(hù)層厚度為67 mm的試件在清水(即氯化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0)中凍融15次。試件具體參數(shù)如表5所示。

表5 拉拔試件參數(shù)及分組Table 5 Details of specimens for pull-out tests

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50152—2012)[17]要求，拉拔試件采用棱長(zhǎng)為150 mm的立方體，鋼筋總長(zhǎng)為330 mm，自由端和加載端伸出試件邊緣長(zhǎng)度分別為50 mm和130 mm，如圖1所示。鋼筋無(wú)粘結(jié)段通過(guò)外套PVC管實(shí)現(xiàn)，保證有效粘結(jié)長(zhǎng)度為5 d，并用發(fā)泡劑將PVC管兩端進(jìn)行密封，防止?jié)沧r(shí)砂漿灌入管內(nèi)。

圖1 拉拔試件示意圖Fig.1 Schematic diagram of specimen

同時(shí)，為研究粘結(jié)強(qiáng)度與混凝土性能之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)72個(gè)棱長(zhǎng)為100 mm的立方試塊，并在凍融循環(huán)前、后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的測(cè)試。上述試塊與拉拔試件采用相同的凍融次數(shù)和鹽溶液濃度，從而與拉拔試件形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如，拉拔試件D-5-15-40、D-5-15-60、D-5-15-67都對(duì)應(yīng)氯化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、凍融15次的試塊。

利用澆筑拉拔試件的同批次混凝土澆筑用于測(cè)試抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的立方體試塊，并與拉拔試件在同條件下完成24 d養(yǎng)護(hù)，隨后進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)。

1.3 凍融方案

凍融循環(huán)試驗(yàn)參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》(GB/T 50082—2009)[18]中的快凍法進(jìn)行。在進(jìn)行凍融循環(huán)前，為使試件吸水飽和，將已完成24 d自然養(yǎng)護(hù)的試件分別放入清水和NaCl溶液中浸泡4 d(水凍循環(huán)的試件浸泡于清水，鹽凍循環(huán)的試件浸泡于鹽溶液)，然后在凍融箱內(nèi)完成規(guī)定次數(shù)的凍融后取出，如圖2所示。凍融時(shí)試驗(yàn)盒內(nèi)注入與浸泡時(shí)同濃度的NaCl溶液，且保證試件中心溫度最低為(-16±2) ℃，最高為(5±2) ℃。

圖2 試件的浸泡與凍融Fig.2 Soaking and freezing-thaw of specimens

用于測(cè)試劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的試塊凍融方案與拉拔試件相同。

1.4 試驗(yàn)過(guò)程及加載裝置

試塊根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2016)[19]測(cè)試抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度。

將試件置于剛性加載架(由4根高強(qiáng)螺桿和2塊20 mm厚且?guī)е行你@孔的鋼板組成)上，利用300 kN的MTS-SANS(MTS Systems Corporation San Si)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，如圖3所示。加載制度采用先荷載控制后位移控制(峰值荷載后)的方式，加載速率分別為0.1 kN/s和0.2 mm/min，當(dāng)發(fā)生鋼筋撥出或試件劈裂時(shí)停止加載?；炷僚c鋼筋自由端的相對(duì)滑移值和荷載值通過(guò)DH3186靜態(tài)應(yīng)變采集系統(tǒng)進(jìn)行采集。

圖3 拉拔試驗(yàn)加載設(shè)備Fig.3 Loading device of pull-out test

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 表觀現(xiàn)象

試件在經(jīng)歷相應(yīng)次數(shù)的凍融后，綜合考慮凍融次數(shù)及鹽溶液濃度的影響，觀察混凝土表面的變化，如圖4所示。由圖4(a)可知，吸水飽和后，試件D-0-0-67表面光滑，無(wú)缺陷。圖4(b)～圖4(e)分別為在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液中完成15、30、50次凍融循環(huán)后的試件，可觀察到：試件D-5-15-67表面只有少數(shù)砂漿脫落；試件D-5-30-67表面砂漿發(fā)生顯著的剝落，且漏出部分粗骨料；試件D-5-50-67表面砂漿基本完全脫落，粗骨料全部漏出，但粗骨料間仍有緊密的連接，且表面仍較平整。上述現(xiàn)象表明，地聚物混凝土在相同鹽溶液中，隨凍融次數(shù)的增加，表面損傷程度加劇，這是混凝土表面和內(nèi)部裂縫不斷擴(kuò)展的結(jié)果。

圖4 凍融試件表觀現(xiàn)象Fig.4 Appearances of specimes after freeze-thaw cycles

從圖4(d)～圖4(f)可知：試件D-0-50-67遭受50次水凍循環(huán)后，表面仍較光滑，僅部分出現(xiàn)微小孔洞；50次鹽凍循環(huán)后，D-5-50-67和D-10-50-67表面脫落程度都比D-0-50-67嚴(yán)重得多，都出現(xiàn)粗骨料外露現(xiàn)象。但D-5-50-67粗骨料間連接緊密，無(wú)粗骨料脫落現(xiàn)象，而D-10-50-67試件表面凹凸不整，粗骨料凸現(xiàn)，且部分小的粗骨料脫落。上述現(xiàn)象表明，地聚物混凝土抗水凍性能優(yōu)良，而鹽溶液會(huì)加劇地聚物混凝土的凍融損傷。

2.2 破壞模式

未凍融試件和遭受水凍或鹽凍的試件破壞模式均為劈裂破壞，如圖5所示。試件在沒(méi)有明顯預(yù)兆的情況下，突然發(fā)生劈裂，被分成兩部分或三部分，同時(shí)伴有微量的混凝土碎屑和“砰”的爆裂聲，但水凍試件和未凍融試件發(fā)生劈裂破壞時(shí)聲響巨大，鹽凍試件劈裂破壞時(shí)伴隨悶響聲音。此外，試件破壞時(shí)裂縫寬度隨凍融次數(shù)的增加而增大。

圖5 破壞模式Fig.5 Failure mode of specimens

試件內(nèi)部破壞情況如圖6所示。鋼筋與地聚物混凝土的粘結(jié)界面上有明顯的鋼筋肋痕，部分粗骨料發(fā)生斷裂，主裂紋貫穿鋼筋肋痕。

圖6 破壞面Fig.6 Failure surface of specimens

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 粘結(jié)滑移曲線

地聚物混凝土與鋼筋的粘結(jié)-滑移曲線(τ-s曲線，τ為粘結(jié)強(qiáng)度，s為滑動(dòng)位移)如圖7所示。因參數(shù)不同，τ-s曲線會(huì)有所差異，但總體分為以下三個(gè)階段：線性階段(斜率基本保持一致)、局部滑移階段(自由端出現(xiàn)滑移，斜率呈非線性)和破壞階段(自由端滑移值迅速增大，構(gòu)件形成貫穿裂縫)。

3.1.1 凍融循環(huán)次數(shù)的影響

由圖7(a)可知，在相同鹽溶液濃度下，隨著凍融次數(shù)的增多，曲線的線性階段會(huì)逐漸變短，黏結(jié)強(qiáng)度整體上呈減小的趨勢(shì)。地聚物混凝土在遭受凍融后與鋼筋的粘結(jié)界面發(fā)生改變，表面和內(nèi)部的微裂縫也不斷擴(kuò)展，部分發(fā)展為剪切裂縫，使得硅鋁酸鹽凝膠體間的化學(xué)膠著力降低，螺紋鋼筋與四周疏松的地聚物混凝土間的摩擦力減小，機(jī)械咬合力下降，且上述變化隨凍融次數(shù)的增加而加劇。

3.1.2 鹽溶液濃度的影響

由圖7(b)可知，在其他條件相同的情況下，鹽溶液濃度越高，地聚物混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度越低，對(duì)應(yīng)的滑移值也越大。當(dāng)凍融次數(shù)為15次時(shí)，鹽凍循環(huán)和水凍循環(huán)的τ-s曲線相似，極限粘結(jié)強(qiáng)度相差不大；當(dāng)凍融次數(shù)達(dá)到30次時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)明顯差異，鹽凍循環(huán)試件的τ-s曲線上升段曲率明顯低于水凍循環(huán)試件；當(dāng)達(dá)到50次時(shí)在5%和10%的鹽溶液中粘結(jié)強(qiáng)度損失率為32.55%和40.03%，而在水凍環(huán)境下，強(qiáng)度損失率僅為20.15%，前者是后者的1.61～1.99倍。造成這種現(xiàn)象的原因是鹽溶液使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生更高的滲透壓和結(jié)冰壓，加速了混凝土的內(nèi)部損傷，增大了鋼筋與混凝土的界面間隙，從而導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度下降更快、滑移值更大。

3.1.3 保護(hù)層厚度的影響

由圖7(c)可知，隨著保護(hù)層厚度的增加，τ-s曲線上升段斜率也隨之增大，對(duì)應(yīng)的極限滑移值隨之減小。例如，在清水中，試件的保護(hù)層厚度由67 mm減小至40 mm后對(duì)應(yīng)的極限滑移值由最初的0.68 mm增大到2.09 mm，粘結(jié)強(qiáng)度由21.19 MPa減小至14.27 MPa。這是因?yàn)楸Ｗo(hù)層厚度的增加引發(fā)開(kāi)裂時(shí)的應(yīng)力分量增大，提升了鋼筋四圍混凝土的抗劈裂能力，進(jìn)而減緩裂紋的出現(xiàn)[4]。

圖7 不同參數(shù)下螺紋鋼筋與地聚物混凝土的 τ-s曲線Fig.7 τ-s curves between steel bars and geopolymer concrete with different parameters

3.2 極限粘結(jié)強(qiáng)度

極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：Pu為極限荷載，kN；d為螺紋鋼筋的直徑，mm，本次試驗(yàn)取d=16 mm；la為粘結(jié)長(zhǎng)度mm，本次試驗(yàn)取la=5d，即80 mm；τu為極限粘結(jié)強(qiáng)度，MPa。

本次試驗(yàn)所有立方體試塊和拉拔試件的試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 試驗(yàn)結(jié)果匯總Table 6 Summary of experimental results

極限粘結(jié)強(qiáng)度與不同參數(shù)的關(guān)系曲線如圖8所示。由圖8可知，極限粘結(jié)強(qiáng)度隨鹽溶液濃度、凍融次數(shù)的提高而降低，隨保護(hù)層厚度的增加而提高。由圖8(a)可知，試件在清水、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和10%的氯化鈉溶液中完成15次凍融循環(huán)后，與未凍融試件相比，極限粘結(jié)強(qiáng)度分別下降1.62%、4.73%和3.39%，而試件在鹽溶液濃度為10%時(shí)比5%時(shí)極限粘結(jié)強(qiáng)度略微提高，這是高濃度氯離子通過(guò)地聚物混凝土內(nèi)部孔隙進(jìn)入了其與鋼筋的交界面處，氯離子的腐蝕作用使得鋼筋表面輕微銹蝕，繼而增大與混凝土間的摩擦力。試件凍融30次時(shí)，極限粘結(jié)強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降，相較于未凍融的試件，試件D-0-30-67、D-5-30-67和D-10-30-67的極限粘結(jié)強(qiáng)度分別降低9.09%、13.68%和17.06%。而試件凍融50次時(shí)，極限粘結(jié)強(qiáng)度呈現(xiàn)大幅度下降，相較于未凍融試件，試件D-0-50-67、D-5-50-67和D-10-50-67粘結(jié)強(qiáng)度分別降低20.15%、32.55%和40.03%。

由圖8(b)可知，試件D-5-15-67和D-10-15-67的極限粘結(jié)強(qiáng)度較D-0-15-67多下降2.92%和1.79%，試件D-5-30-67和D-10-30-67的極限粘結(jié)強(qiáng)度較D-0-30-67多下降4.59%和7.97%，試件D-5-50-67和D-10-50-67的極限粘結(jié)強(qiáng)度較D-0-50-67多下降12.40%和19.88%。水凍試件極限粘結(jié)強(qiáng)度損失率約鹽凍試件的0.34～0.66倍。上述現(xiàn)象是由于結(jié)冰階段的氯離子侵入混凝土內(nèi)部致使其產(chǎn)生內(nèi)外濃度差，使混凝土內(nèi)部部分鹽溶液晶體析出，進(jìn)而對(duì)四周混凝土產(chǎn)生壓力，而壓力迫使余下的水流入混凝土裂縫內(nèi)或混凝土與鋼筋的交界面處，導(dǎo)致鋼筋表面也發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，在之后的融化階段，冰又變成水，使混凝土與鋼筋間留有空隙，從而降低混凝土與鋼筋間的粘結(jié)強(qiáng)度[11]。

此外，由圖8(c)可知，鹽溶液濃度相同時(shí)，極限粘結(jié)強(qiáng)度隨保護(hù)層厚度的增加而增加。同時(shí)，保護(hù)層厚度分別為67、60、40 mm試件的極限粘結(jié)強(qiáng)度大約為1∶0.86∶0.66的關(guān)系。

圖8 極限粘結(jié)強(qiáng)度與不同參數(shù)的關(guān)系曲線Fig.8 The relation curve between the ultimate bond strength and different parameters

4 粘結(jié)強(qiáng)度表達(dá)式的建立

4.1 劈裂抗拉強(qiáng)度衰減規(guī)律

混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度顯著影響鋼筋和地聚物混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度，因此，重點(diǎn)研究?jī)鋈谘h(huán)和氯離子腐蝕耦合作用下地聚物混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。

劈裂強(qiáng)度損失率(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C的氯化鈉溶液中凍融N次后的劈裂強(qiáng)度和初始劈裂抗拉強(qiáng)度之差與初始劈裂抗拉強(qiáng)度的比值)與極限粘結(jié)強(qiáng)度間的關(guān)系曲線如圖9所示，是根據(jù)遭受鹽凍循環(huán)后試塊的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值得到。由圖9可知，極限粘結(jié)強(qiáng)度隨劈裂抗拉強(qiáng)度的減小呈非線性下降趨勢(shì)，這是氯離子和凍融的共同作用使得混凝土內(nèi)部產(chǎn)生損傷并不斷積累造成的。

圖9 劈裂抗拉強(qiáng)度損失率與極限粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系曲線Fig.9 The relationship between the loss rate of splitting tensile strength and the ultimate bond strength

根據(jù)文獻(xiàn)[20]建立凍融損傷模型，應(yīng)用Origin2019對(duì)抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析、擬合，得到在凍融循環(huán)和氯鹽腐蝕耦合作用下的抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式為

fcu(N,C)=fcu,0[1.035-(0.017 6N+

0.185)e0.068 53C+2.01]

(2)

式(2)中：fcu,0為初始抗壓強(qiáng)度值；fcu(N,C)為在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C的氯化鈉中凍融N次后的抗壓強(qiáng)度。

依據(jù)Ahmed等[21]和《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50010—2010)[22]建立的劈裂抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式，即

(3)

建立凍融循環(huán)和氯鹽腐蝕耦合作用下的劈裂抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式為

fts(N,C)=0.121 1fcu(N,C)0.901 3

(4)

最終得到劈裂抗拉強(qiáng)度衰減公式為

fts(N,C)=0.121 1{fcu,0[1.035-(0.017 6N+

0.185)]e0.068 53C+2.01}0.901 3

(5)

式中：a和b為通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合得到；fts(N,C)為在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C的氯化鈉中凍融N次后的劈裂抗拉強(qiáng)度。

式(5)在原有凍融損傷模型基礎(chǔ)上也將氯離子腐蝕考慮在內(nèi)，建立雙因素耦合作用下劈裂抗拉強(qiáng)度衰減公式。根據(jù)式(5)計(jì)算劈裂抗拉強(qiáng)度值，繪制如圖10所示的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)值和擬合值對(duì)比圖。從圖10可以看出，計(jì)算值和試驗(yàn)值吻合度較高。

圖10 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)值與擬合值對(duì)比圖Fig.10 Comparison diagram of splitting strength test value and fitting value

4.2 極限粘結(jié)強(qiáng)度公式

極限粘結(jié)強(qiáng)度能準(zhǔn)確反映鋼筋與混凝土間粘結(jié)性能的極限狀態(tài)，有利于工程可靠性的設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式首先由徐有鄰[23]提出，其綜合考慮了劈裂抗拉強(qiáng)度、錨固長(zhǎng)度la、相對(duì)保護(hù)層厚度(c/d，c為保護(hù)層厚度，d為鋼筋直徑)等因素的影響，計(jì)算表達(dá)式為

τuc=(0.82+0.9d/la)(1.9+0.8c/d)fts

(6)

式(6)中：τuc為極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算值。

之后，文獻(xiàn)[14]基于式(6)將凍融循環(huán)對(duì)粘結(jié)性能的影響考慮在內(nèi)，擴(kuò)大了公式的適用范圍，得到

τuc=(-1.615 9+0.027N-12.079d/la)×

(0.004 4-0.332c/d)fts

(7)

根據(jù)不同影響因素下極限粘結(jié)強(qiáng)度的變化，將凍融循環(huán)和氯離子耦合作用引起的地聚物混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度衰減、保護(hù)層厚度和鹽溶液濃度等因素考慮在內(nèi)，從而在式(6)和式(7)的基礎(chǔ)上建立鹽凍循環(huán)后普通螺紋鋼筋-地聚物混凝土極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式，即

τuc=(-0.006 5N-0.000 89C+0.035d/la+1.691)(0.003 8N-0.008 6C+0.678c/d+0.455)fts(N,C)

(8)

根據(jù)式(8)，繪制極限粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算值和實(shí)際值對(duì)比如圖11所示的，兩者的相關(guān)系數(shù)為0.946。從圖11可以看出，極限粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)值和擬合值差距較小，吻合度較高，式(8)可為寒冷地區(qū)鹽堿、臨海環(huán)境下地聚物混凝土與鋼筋粘結(jié)性能研究提供理論依據(jù)。

圖11 極限粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)值與擬合值對(duì)比圖Fig.11 Comparison diagram of experimental and fitting values of ultimate bond strength

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)鹽凍環(huán)境下地聚物混凝土與鋼筋粘結(jié)性能的研究，得出以下結(jié)論。

(1)鹽凍前后試件的破壞模式均為劈裂破壞，粘結(jié)滑移曲線與普通混凝土類似，也分為微滑移階段、局部滑移階段和破壞階段。

(2)與水凍循環(huán)相比，地聚物混凝土和螺紋鋼筋的粘結(jié)性能受鹽凍循環(huán)的影響更加顯著，后者極限粘結(jié)強(qiáng)度損失率約是前者的1.61～1.99倍。同時(shí)，在相同鹽溶液濃度下，伴隨著凍融次數(shù)的增加，地聚物混凝土與鋼筋間的粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)隨之降低，尤其是當(dāng)凍融次數(shù)達(dá)到50次時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度降低幅度增大。

(3)其他條件一致的情況下，極限粘結(jié)強(qiáng)度與保護(hù)層厚度呈正比關(guān)系。隨著保護(hù)層厚度的增加，粘結(jié)-滑移曲線上升段的斜率有顯著提高，且保護(hù)層厚度分別為67、60、40 mm的試件的極限粘結(jié)強(qiáng)度大約是1∶0.86∶0.66的關(guān)系。

(4)基于試驗(yàn)結(jié)果，分析劈裂抗拉強(qiáng)度在凍融和氯鹽腐蝕耦合作用下?lián)p傷演變規(guī)律，進(jìn)一步建立極限粘結(jié)強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度間的關(guān)系式，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值較吻合。