全輕頁(yè)巖陶?；炷僚c鋼筋的極限粘接強(qiáng)度影響研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.012

摘 要：全輕頁(yè)巖陶?；炷梁弯摻钪g的粘接作用較為復(fù)雜，粘接強(qiáng)度受鋼筋類型、錨固長(zhǎng)度、混凝土強(qiáng)度等因素影響，通常采用中心拉拔試驗(yàn)方法分析全輕頁(yè)巖陶?；炷恋恼辰有Ч?duì)此，采用該方法進(jìn)行了12組不同標(biāo)準(zhǔn)的全輕頁(yè)巖陶粒鋼筋混凝土試件粘接強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)，分析了試件拉拔破壞和劈裂破壞二種破壞形態(tài)，對(duì)比了不同鋼筋直徑、鋼筋類型和混凝土強(qiáng)度等級(jí)下試件的粘接強(qiáng)度變化，并提出了更加合理的極限粘接強(qiáng)度計(jì)算方式。以期促進(jìn)全輕頁(yè)巖陶?；炷恋纳钊胙芯亢驮诮ㄖ袠I(yè)的廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：全輕頁(yè)巖陶?；炷粒讳摻?；中心拉拔試驗(yàn)；粘接強(qiáng)度；計(jì)算方式

中圖分類號(hào)：TU528；TQ178

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2024）02-0042-04

Study on the influence of ultimate adhesion strength of all-light shale ceramsite concrete and steel bar

JIA Hong1，LI Suibo2

（1.Baoji Vocational amp; Technical College，Baoji 721000，Shaanxi China;

2.Xi’an University of Science and Technology，Xi’an "710054，China）

Abstract：The adhesion between all-light shale ceramsite concrete and steel bars is complex，and the bond strength is affected by factors such as steel bar type，anchorage length，concrete strength，etc，and the central drawing test is usually used to analyze the bonding effect of all light shale ceramide concrete.Based on this method，12 groups of full light shale ceramic reinforced concrete specimens with different standards were tested by this method，the two failure modes of the specimens were analyzed，the two failure modes of the specimens were analyzed，the changes of the adhesion strength of the specimens under different steel bar diameters，steel bar types and concrete strength grades were compared，and a more reasonable calculation method of the ultimate bond strength was proposed.In order to promote the in-depth research of full light shale ceramide concrete and extensive application in the construction industry.

Key words：all light shale ceramide concrete;steel bar;center drawing test;bond strength;calculation mode

全輕頁(yè)巖陶?；炷潦遣捎幂p粗骨料、輕砂為骨料所配備的一種輕骨料混凝土，有著自重輕、抗裂性能好、抗震性能好等優(yōu)勢(shì)，減輕建筑物質(zhì)量、提升其抗震能力的同時(shí)還可使得建筑的使用更加節(jié)能。相比于普通混凝土，全輕頁(yè)巖陶粒混凝土在橋梁、房屋、超高層建筑中能夠更好地與鋼筋結(jié)合，發(fā)展前景更加廣闊^[1-2]。目前，對(duì)全輕頁(yè)巖陶?；炷僚c鋼筋粘接性能的研究較少，對(duì)此，研究采用中心拉拔試驗(yàn)測(cè)定二者之間的粘接強(qiáng)度，設(shè)計(jì)并制備了鋼筋直徑、鋼筋類型以及混凝土強(qiáng)度不同的12組試件，利用液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)根據(jù)鋼筋直徑采用不同的加載速率進(jìn)行破壞試驗(yàn)，探究影響全輕頁(yè)巖陶?；炷僚c鋼筋之間粘接強(qiáng)度的因素，并提出優(yōu)化后的極限粘接強(qiáng)度計(jì)算方式，以期為全輕頁(yè)巖陶粒鋼筋混凝土的應(yīng)用提供參考。

1"全輕頁(yè)巖陶?；炷粮攀?/p>

1.1"全輕頁(yè)巖陶?；炷僚c鋼筋粘接機(jī)理

全輕頁(yè)巖陶粒混凝土與鋼筋之間的粘接錨固作用是保障二者協(xié)同工作的基礎(chǔ)，相互作用的本質(zhì)即為粘接應(yīng)力。粘接應(yīng)力由化學(xué)膠結(jié)力、摩擦阻力、機(jī)械咬合力3部分組成。化學(xué)膠合力一般特別小，一旦混凝土和鋼筋之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，這個(gè)力就消失了。摩擦阻力是混凝土與鋼筋之間發(fā)生相對(duì)滑移后，鋼筋表面所受到的力，力的大小與鋼筋混凝土界面的摩擦系數(shù)有關(guān)。鋼筋外表面凸起肋與其周圍混凝土咬合在一起形成機(jī)械咬合力，凸起肋的存在極大提高了兩者之間的粘接應(yīng)力。因此，全輕頁(yè)巖陶?；炷梁凸鈭A鋼筋之間的粘接應(yīng)力主要由化學(xué)膠接力和摩擦阻力組成，與帶肋鋼筋之間主要由化學(xué)膠接力、摩擦阻力和機(jī)械咬合力組成^[3-5]。

1.2"與鋼筋粘接強(qiáng)度測(cè)試方法

研究鋼筋與混凝土粘接強(qiáng)度的方法有很多，傳統(tǒng)方法如中心拉拔試驗(yàn)、梁氏試驗(yàn)和局部粘接-滑移試驗(yàn)，以及新興的數(shù)值模擬方法等。其中中心拉拔試驗(yàn)是分析全輕頁(yè)巖陶?；炷僚c鋼筋粘接強(qiáng)度較為常用的方法。該方法所用試件制作簡(jiǎn)單、成本低，結(jié)果也容易處理。試件可為圓柱體或棱柱體，采用立方體試件，將鋼筋貫通埋置在試件中軸線上，同時(shí)為避免承壓板對(duì)加載端局部的擠壓，在試件加載端局部設(shè)置PVC套管，形成一段混凝土和鋼筋無(wú)粘接區(qū)域。之后對(duì)加載端進(jìn)行拉拔，直到發(fā)生破壞。當(dāng)試件混凝土強(qiáng)度較高，與鋼筋之間粘接較差時(shí)大多發(fā)生拔出破壞，當(dāng)混凝土強(qiáng)度低而粘接較好時(shí)，大多發(fā)生劈裂破壞。當(dāng)使用螺紋鋼筋進(jìn)行測(cè)試時(shí)，試件和鋼筋之間的機(jī)械咬合力較大，則通常在試件內(nèi)設(shè)置螺旋段箍筋，增加橫向約束以測(cè)得粘接強(qiáng)度^[6-7]。

2"全輕頁(yè)巖陶?；炷琳辰釉囼?yàn)

2.1"試驗(yàn)材料

粗骨料采用的是頁(yè)巖陶粒，其無(wú)毒、無(wú)氣味，是以天然巖石、頁(yè)巖為原料高溫?zé)憾?。采用粒徑? Symbol～A@15 mm的頁(yè)巖陶粒，其堆積密度為650 kg/m³，簡(jiǎn)壓強(qiáng)度為4.5 MPa。使用前需將頁(yè)巖陶粒浸泡24 h，撈出后瀝水再進(jìn)行投料使用。輕細(xì)骨料主要采用頁(yè)巖陶砂、水、水泥和添加劑等。頁(yè)巖陶沙的粒徑小于5 mm，其堆積密度小于880 kg/m³，細(xì)度模度為2.5Symbol～A@3.2。水泥為普通硅酸鹽水泥。粉煤灰作為礦物外加劑，摻量占膠凝材料的15%Symbol～A@45%。選用HRB400和HRB500 2種類型的鋼筋，鋼筋直徑分別為14、16、20、25 mm^[8]。

2.2"試件設(shè)計(jì)與制備

采用不同類型和直徑的鋼筋制作出12組拔出試件，每組3個(gè)試件。試件自由端長(zhǎng)50 mm，加載端長(zhǎng)300 mm，錨固長(zhǎng)度為5倍的鋼筋直徑，12組試件的參數(shù)如表1所示。

當(dāng)鋼筋直徑較大時(shí)，為促使試件發(fā)生拔出破壞，直徑為25 mm的鋼筋制備的試件尺寸稍大，為200 mm×200 mm×200 mm，其余尺寸采用150 mm×150 mm×150 mm的即可。PVC管控制鋼筋與全輕頁(yè)巖陶?；炷恋腻^固長(zhǎng)度，向PVC管與鋼筋之間的縫隙注入玻璃膠進(jìn)行密封^[9]。

試件制備流程：首先準(zhǔn)備模具，涂刷脫模劑，將鋼筋入模。根據(jù)一定比例先投放輕粗骨料后投放輕細(xì)骨料，水分2次添加，澆筑到模具內(nèi)。為避免出現(xiàn)輕陶粒上浮現(xiàn)象，先人工分層差插搗，然后置于振動(dòng)臺(tái)上快速振動(dòng)成型。成型后再次抹平表面，若鋼筋發(fā)生偏移及時(shí)調(diào)整。澆筑2 d后脫模，用聚乙烯薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)28 d，最后得到一次成型的全輕頁(yè)巖陶?；炷猎嚰?sup>[10-11]。

2.3"試驗(yàn)方案

將標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d后的試件取出，靜置至表面干燥后以中心拔出試驗(yàn)測(cè)試全輕頁(yè)巖陶?；炷僚c鋼筋之間的粘接強(qiáng)度。采用的主要儀器為液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，在鋼筋自由端和加載端布設(shè)電子位移計(jì)，設(shè)定不同的加載速率進(jìn)行拉拔，直徑為14、16、20和25 mm的鋼筋，其加載速率分別為98、128、200和313 N/s。當(dāng)試件破壞或者總滑移長(zhǎng)度達(dá)到25 mm時(shí)停止試驗(yàn)。測(cè)量試件破壞時(shí)的荷載和各級(jí)荷載下相對(duì)滑移距離^[12-13]。試件拉拔試驗(yàn)示意圖如圖1所示。

3"試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1"試件破壞形態(tài)

在這12組試件中第一組試件發(fā)生拔出破壞，其他的均為劈裂破壞。拔出破壞和劈裂破壞試件形態(tài)如圖2所示。

通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)控制微機(jī)直接測(cè)得鋼筋的相對(duì)滑移長(zhǎng)度和受拉荷載之間的曲線。對(duì)于第1組拔出破壞試件，在加載初期，依靠化學(xué)膠接力，加載端先出現(xiàn)輕微的滑移，隨著荷載的加大，化學(xué)膠接作用減弱，當(dāng)其完全消失后，鋼筋開(kāi)始整體滑動(dòng)，試件內(nèi)部出現(xiàn)裂縫。當(dāng)自由端位移為1.06 mm時(shí)，試件達(dá)到最大荷載，為53.1 kN。之后荷載快速下降，當(dāng)自由端位移達(dá)到10 mm時(shí)，荷載不變，機(jī)械咬合力失效，鋼筋與混凝土之間作用力僅有摩擦力。對(duì)于第2組劈裂破壞試件，加載初期加載端位移緩慢增加，自由端不變。當(dāng)荷載達(dá)到最大值59.2 kN時(shí)，試件突然劈裂，從試件破壞面可以看出，鋼筋橫肋間的混凝土咬合齒保留清晰完整，說(shuō)明破壞時(shí)鋼筋與混凝土間的機(jī)械咬合力沒(méi)有達(dá)到極限值^[14]。全輕頁(yè)巖陶?；炷恋膹?qiáng)度很大程度取決于陶粒本身強(qiáng)度，一般的混凝土產(chǎn)生裂縫時(shí)有一個(gè)貫通的過(guò)程，在骨料與水泥基體的界面出現(xiàn)很多裂縫，而全輕頁(yè)巖陶?；炷?，一旦出現(xiàn)裂縫就會(huì)迅速拓展為破壞裂縫，且裂縫數(shù)量較少。

3.2"粘接強(qiáng)度影響因素

鋼筋的直徑、屈服強(qiáng)度均會(huì)影響其與混凝土之間的粘接強(qiáng)度^[15]。以前6組HRB400類型鋼筋試件為例，鋼筋直徑對(duì)試件極限粘接強(qiáng)度的影響如圖3所示。

當(dāng)鋼筋直徑相同時(shí)，混凝土強(qiáng)度大的試件粘接應(yīng)力也大，這一變化規(guī)律與普通混凝土相一致。整體上看，對(duì)于同批混凝土，其他條件一致的情況下，鋼筋直徑越大試件的極限粘接強(qiáng)度越低，該變化規(guī)律也與帶肋鋼筋混凝土的粘接強(qiáng)度變化相同。由于直徑增加，鋼筋截面周長(zhǎng)和面積增加，鋼筋與混凝土之間的粘接面積與截面周長(zhǎng)成正比，而拉應(yīng)力與截面積成反比。受拉荷載與受拉應(yīng)力之比反映了鋼筋的相對(duì)粘接面積，直徑越大相對(duì)粘接面積減小，不利于鋼筋與全輕頁(yè)巖陶?；炷恋母邚?qiáng)度粘接^[16-17]。

鋼筋類型也代表了鋼筋的屈服強(qiáng)度，選擇鋼筋直徑與混凝土強(qiáng)度相同的2組進(jìn)行對(duì)比，探究HRB400和HRB500這2種鋼筋類型對(duì)試件粘接強(qiáng)度的影響。將試件分為4組：2、7試件（LC40，直徑16 mm）；3、8試件（LC40，直徑20 mm）；5、10試件（LC45，直徑16 mm）；6、11試件（LC45，直徑20 mm）。從試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼筋類型的改變并未導(dǎo)致試件極限粘接強(qiáng)度的明顯變化，這是由于試件破壞時(shí)還未達(dá)到鋼筋的塑性變形階段。

3.3"極限粘接強(qiáng)度計(jì)算方法

目前已有多種計(jì)算方式用于表示鋼筋與混凝土之間的極限粘接強(qiáng)度，當(dāng)應(yīng)用到全輕頁(yè)巖陶粒混凝土?xí)r，結(jié)果往往有較大偏差。為更精確地計(jì)算出全輕頁(yè)巖陶粒混凝土與鋼筋之間的粘接強(qiáng)度，將公式進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)后的表達(dá)式為：

式中：c表示保護(hù)層厚度；d表示鋼筋直徑，單位均為mm；f_t表示混凝土軸心抗拉強(qiáng)度；f_cu表示實(shí)測(cè)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，單位均為MPa；F表示破壞荷載，單位為N；A表示試件承壓接觸面面積，單位為mm²；f_t可按照式（2）取值，以獲取更加精準(zhǔn)的計(jì)算值^[18-20]。

4"結(jié)語(yǔ)

通過(guò)中心拉拔試驗(yàn)方法對(duì)全輕頁(yè)巖陶?；炷僚c鋼筋之間的粘接強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試與分析，12組試件中第一組為拔出破壞，其余均為劈裂破壞。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼筋直徑相同時(shí)，混凝土強(qiáng)度大的試件粘接應(yīng)力也大。其他條件相同時(shí)，鋼筋直徑越大，混凝土和鋼筋的相對(duì)粘接面積減小，會(huì)降低兩者之間的粘接強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的計(jì)算方式可更加精確地計(jì)算出全輕頁(yè)巖陶?；炷梁弯摻钪g的粘接強(qiáng)度。

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收稿日期：2023-09-20；修回日期：2023-12-16

作者簡(jiǎn)介：賈"虹（1983-），女，講師， 研究方向：工程造價(jià)；E-mail：123918710@qq.com。

引文格式：賈"虹，李綏波.全輕頁(yè)巖陶粒混凝土與鋼筋的極限粘接強(qiáng)度影響研究[J].粘接，2024，51（2）：31-34.