鋼筋網(wǎng)高性能復(fù)合砂漿中植筋錨固性能試驗(yàn)研究分析

馬玉寶

(銀川能源學(xué)院，寧夏 銀川 750100)

1 引 言

在建筑施工中，大致有兩種情況需進(jìn)行植筋錨固：一是相鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工中分不同時(shí)段進(jìn)行混凝土澆筑，后期施工結(jié)構(gòu)構(gòu)件要進(jìn)行與其他結(jié)構(gòu)部位通過(guò)植筋錨固連接；二是由于工程已完成，成品結(jié)構(gòu)破壞，對(duì)其破壞部位進(jìn)行加固。此外，還有鋼筋外漏和鋼筋位置偏移等情況。對(duì)于以上情況，后期錨固部位為施工的薄弱環(huán)節(jié)，其抗拉強(qiáng)度堪憂(yōu)。考慮到其部分作用機(jī)理是通過(guò)鋼筋與復(fù)合砂漿共同作用[1]，然后復(fù)合砂漿通過(guò)特制界面劑與混凝土發(fā)生作用，進(jìn)行HRB400級(jí)直徑為6.5mm、8mm的鋼筋在高性能復(fù)合砂漿中的植筋拉拔試驗(yàn)，探討其粘結(jié)錨固性能。

2 試驗(yàn)研究過(guò)程

2.1 試塊制作

本次試驗(yàn)主要采用預(yù)留孔植筋方式進(jìn)行，按照《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2019)進(jìn)行植筋拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)采用復(fù)合砂漿基材以及鋼筋網(wǎng)片，根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)合砂漿強(qiáng)度等級(jí)制作3個(gè)基材復(fù)合砂漿試件，制作工藝流程為：試塊尺寸確定→綁扎鋼筋網(wǎng)片→支模板→澆筑混凝土→測(cè)定強(qiáng)度→植筋→拉拔試驗(yàn)→試驗(yàn)分析→得出結(jié)論。

本次試驗(yàn)的3組試塊尺寸為長(zhǎng)度1500mm、寬度1000mm、厚度300mm，試塊強(qiáng)度設(shè)計(jì)為M30、M40、M50。采用材料為HRB400級(jí)螺紋鋼筋，有直徑為6.5mm和8mm兩種類(lèi)型。錨固采用無(wú)機(jī)植筋膠，其主要性能：初凝時(shí)間為15～20min，終凝時(shí)間為30～40min，耐高溫；在4MPa水壓下不滲水[2]。

試塊中植筋孔深度預(yù)留設(shè)置為5d、10d、15d、20d(d為鋼筋直徑)等4種類(lèi)型。每個(gè)試塊鑿孔20個(gè)，詳細(xì)布置見(jiàn)圖1、表1。預(yù)留孔混凝土試塊制作時(shí)，首先選取與植筋孔相同大的PVC實(shí)心管按照布置圖進(jìn)行固定，然后澆筑混凝土。在澆筑混凝土?xí)r切勿振動(dòng)，以免使PVC實(shí)心管移位。當(dāng)混凝土初凝后(約1h左右)拔出PVC實(shí)心管并對(duì)孔內(nèi)壁進(jìn)行鑿毛處理，24h后進(jìn)行拆模編號(hào)，放入養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行28天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

表1 植筋數(shù)量一覽表

圖1 植筋孔布置示意圖

植筋孔布置原則：在試塊強(qiáng)度為M30、M40、M50的3種試塊植筋中，每組鋼筋植入深度5d類(lèi)為2根，10d類(lèi)為3根，15d類(lèi)為3根，20d類(lèi)為2根。影響植筋極限承載力的因素：鋼筋直徑、錨固深度和鋼筋網(wǎng)高性能水泥復(fù)合砂漿強(qiáng)度。

2.2 加載裝置

植筋鉆孔按照要求布置，一個(gè)試塊上鉆孔20個(gè)，直徑6.5mm、8mm的孔各10個(gè)。試驗(yàn)采用的拉拔儀器為高精度數(shù)字壓力表DY-10T型錨桿拉拔儀，其測(cè)量精度為0.1kN，適用于各種錨桿、鋼筋、膨脹螺栓等構(gòu)件的拉拔檢測(cè)，拉拔過(guò)程中保持均勻加荷，自動(dòng)復(fù)位。當(dāng)試件破壞時(shí)觀察儀表讀數(shù)，讀取極限拉拔力F[3]。試驗(yàn)加載示意圖如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)加載示意圖

3 試驗(yàn)分析

3.1 植筋拉拔破壞分析

此次試驗(yàn)共植筋60根，每種類(lèi)型植筋根數(shù)為10根，植筋深度為5d的2根，植筋深度為10d和15d的各3根，植筋深度為20d的2根。對(duì)植筋進(jìn)行試驗(yàn)，破壞形式大概分為3種：植筋拉拔錐形破壞、鋼筋脫落破壞、鋼筋拉斷破壞。

(1)植筋拉拔錐形破壞。在加載過(guò)程中，極限粘結(jié)力隨著拉力增大勻速升高。當(dāng)加載到一定力值時(shí)，周?chē)摻钆c植筋膠相對(duì)位置未移位，但發(fā)現(xiàn)鋼筋周?chē)咝阅芩鄰?fù)合砂漿出現(xiàn)環(huán)狀裂縫、起皮并鼓起，伴有輕微的開(kāi)裂聲音。這是由于在鋼筋與膠之間粘結(jié)力作用下，鋼筋對(duì)混凝土的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度，使之出現(xiàn)環(huán)狀裂縫，繼而發(fā)生錐體破壞。

當(dāng)鋼筋植入深度相同時(shí)，隨鋼筋直徑的增大，植筋拉拔力隨之增大，說(shuō)明復(fù)合砂漿與鋼筋接觸面積變大，使之約束能力增強(qiáng)，植筋膠傳遞的力不足使混凝土出現(xiàn)裂縫[4]。隨著拉拔力繼續(xù)增大，植筋膠與鋼筋之間的粘結(jié)應(yīng)力不斷加大，鋼筋網(wǎng)高性能水泥復(fù)合砂漿承受的拉力小于拉拔力，最后導(dǎo)致鋼筋與植筋膠粘結(jié)破壞，植筋拉拔錐形破壞如圖3所示。

圖3 植筋拉拔錐形破壞

(2)鋼筋脫落破壞。由于植筋膠的原因，拉拔力大于植筋膠的粘結(jié)力，使鋼筋脫落?；蛘呤窃谑┕み^(guò)程中對(duì)植入鋼筋沒(méi)有進(jìn)行除銹和清洗或植筋孔清灰不徹底，降低了與鋼筋的粘結(jié)力。在本次試驗(yàn)中，有3根出現(xiàn)此種現(xiàn)象，鋼筋脫落破壞如圖4所示。

圖4 鋼筋脫落破壞的兩種情況

(3)鋼筋拉斷破壞。當(dāng)植筋膠粘結(jié)力和鋼筋網(wǎng)高性能水泥復(fù)合砂漿承受的拉力足夠大且錨固長(zhǎng)度足夠大時(shí)，發(fā)生鋼筋拉斷破壞(如圖5所示)，這種破壞形態(tài)在試驗(yàn)中多次出現(xiàn)。

圖5 鋼筋拉斷破壞

3.2 鋼筋拉拔試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 植筋深度、鋼筋直徑對(duì)植筋極限拉拔力的影響分析

試驗(yàn)測(cè)得的極限拉拔力平均值見(jiàn)表2，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出不同砂漿、不同直徑鋼筋的植筋深度對(duì)極限拉拔力的影響曲線(xiàn)，如圖6所示。

表2 植筋極限拉力值/kN

圖6 不同砂漿、不同直徑鋼筋的植筋深度對(duì)極限拉拔力的影響

從圖中可分析得出：

(1)隨著試塊植筋深度的增加，鋼筋的極限拉拔力隨之增大，但曲線(xiàn)斜率減小直到趨于0，說(shuō)明拉拔力增加變緩。拉拔力增加幅度最大的區(qū)段是在5d～10d之間，增加幅度最小的區(qū)段是在15d～20d之間。

(2)試驗(yàn)中存在臨界植筋深度。當(dāng)植筋深度超過(guò)15d時(shí)，增大植筋深度，拉拔力幾乎不再增大，這個(gè)植筋深度稱(chēng)為臨界深度或極限錨固深度。

(3)當(dāng)鋼筋的直徑相同時(shí)，通過(guò)增加復(fù)合砂漿的強(qiáng)度來(lái)提高鋼筋拉拔力，拉拔力提高的幅度相對(duì)較小。當(dāng)植筋深度達(dá)到15d時(shí)，通過(guò)提高復(fù)合砂漿的強(qiáng)度增加的極限拉拔力非常?。划?dāng)植筋深度到20d時(shí)，3個(gè)點(diǎn)的拉拔力幾乎不變，說(shuō)明通過(guò)提高復(fù)合砂漿強(qiáng)度幾乎無(wú)法提高極限拉拔力。因此，植筋深度在一定范圍，提高復(fù)合砂漿的強(qiáng)度才能增大拉拔力，只增大植筋深度對(duì)提高極限拉拔力不適用[5]。

(4)隨著鋼筋直徑增大，極限拉拔力隨之增大，直徑為6.5mm與8mm相比，直徑為8mm的鋼筋拉拔力最小大約能提高6kN，在5d～20d區(qū)間，增加值幾乎穩(wěn)定。

3.2.2 應(yīng)用單因素方差分析法進(jìn)行分析

利用單因素方差分析法，以不同強(qiáng)度的復(fù)合砂漿作為植筋錨固基體，研究對(duì)植入鋼筋極限拉拔力的影響。在3種不同強(qiáng)度的砂漿中，以直徑6.5mm的植入鋼筋和植筋深度為10d的試件為例進(jìn)行分析。表3為不同復(fù)合砂漿強(qiáng)度等級(jí)下的極限拉拔力，利用單因素方差分析的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表3 不同復(fù)合砂漿強(qiáng)度等級(jí)下的極限拉拔力

表4 單因素方差分析結(jié)果

查表得F0.05(2,6)=5.14，F(xiàn)0.10(2,6)=3.46，F(xiàn)=0.67

4 結(jié) 論

鋼筋網(wǎng)高性能復(fù)合砂漿植筋錨固性能試驗(yàn)中，植筋拉拔破壞形式有3種：植筋拉拔錐形破壞、鋼筋脫落破壞、鋼筋拉斷破壞。通過(guò)分析可得出以下結(jié)論：

(1)隨著試塊植筋深度的增加，極限拉拔力隨之增大，但曲線(xiàn)斜率減小直到趨于0；當(dāng)植筋深度達(dá)到一定的值時(shí)，增加植筋深度幾乎不能提高極限拉拔力。

(2)隨著鋼筋直徑的增大，植筋極限拉拔力也隨之增大。

(3)相同直徑的鋼筋通過(guò)增加復(fù)合砂漿的強(qiáng)度，對(duì)植筋極限拉拔力的影響不明顯。