鋼筋與混凝土粘結(jié)

1、鋼筋與混凝土粘結(jié)一一滑移關(guān)系混凝土與鋼筋間粘結(jié)滑移性能向來作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要使用參考依 據(jù)，它是鋼筋與混凝土共同協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)和前提,正因為他們之間的界面存在 相互的粘結(jié)力，促使兩種材料能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)力的傳遞，從而實現(xiàn)承受外部荷載的 作用，這足以顯示它對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要性。目前關(guān)于普通混凝土與鋼筋間 的粘結(jié)滑移性能進(jìn)行了大量的研究，并已出臺了相應(yīng)的國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，而再生混 凝土作為一種新型的綠色環(huán)保材料，其應(yīng)用于實際工程前,還有許多性能有待研 究解決，再生混凝土與鋼筋間的粘結(jié)滑移性能就是其中亟待解決的問題之一。且 再生混凝土區(qū)別于普通骨料混凝土之處在于其骨料采用廢棄混凝土破碎產(chǎn)生，再 生骨

2、料與水泥砂漿的界面情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于普通骨料，然而粘結(jié)滑移性能恰恰是 鋼筋與再生混凝土兩種材料界面之間的相作用，由于骨料界面的差異導(dǎo)致它們之 間粘結(jié)界面的差異是必然的，這就更增加了對兩種材料間粘結(jié)滑移性能研究的必 要。鋼筋與混凝土間粘結(jié)錨固性能是混凝土結(jié)構(gòu)工作的前提和基礎(chǔ)，目前關(guān)于 再生骨料混凝土與鋼筋間的粘結(jié)性能，國內(nèi)外僅僅進(jìn)行了一些簡單的拉拔試驗研 究。在對再生骨料混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了試驗研究，得出的結(jié)論認(rèn) 為與普通混凝土的差異不大；通過試驗發(fā)現(xiàn)再生骨料混凝土與縱向鋼筋的粘結(jié) 強(qiáng)度遠(yuǎn)大于與橫向鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度與其他試驗結(jié)論較為接近，認(rèn)為再生骨料混凝 土與鋼筋間的粘結(jié)強(qiáng)度較普通混凝土稍

3、低?？紤]不同再生粗骨料取代率、再生細(xì)骨料取代率、強(qiáng)度、保護(hù)層厚度等因 素對再生混凝土一鋼筋間的粘結(jié)滑移進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)隨著再生粗骨料取代率的增 加，粘結(jié)性能有所提高，且在60%達(dá)到最大；相反，隨著再生細(xì)骨料取代率的增加, 粘結(jié)性能有所降低。但以上試驗研究均統(tǒng)一采用基于平均粘結(jié)應(yīng)力假設(shè)的簡單 拉拔試驗進(jìn)行試探性研究，即假設(shè)認(rèn)為鋼筋在再生混凝土中錨固段內(nèi)的粘結(jié)應(yīng) 力處處相等，顯然這并不完全符合實際鋼筋受力狀況。通過鋼筋內(nèi)貼片試驗方 法，完成了 18個銹前鋼筋一再生混凝土試塊的拉拔試驗，分別研究了再生骨料取 代率、鋼筋種類、混凝土抗壓強(qiáng)度對其粘結(jié)滑移性能的影響，同時對鋼筋在再生 混凝土中長錨和短錨兩種

4、情況下其粘結(jié)應(yīng)力分布的差異進(jìn)行了研究分析,最后通 過量測的鋼筋應(yīng)力理論推導(dǎo)鋼筋在再生混凝土中的粘結(jié)位置函數(shù),從而確定其粘 結(jié)一滑移本構(gòu)關(guān)系。并得出以下結(jié)論：1、相同水灰比條件下，螺紋鋼筋一再生混凝土間粘結(jié)一滑移曲線與普通骨 料混凝土粘結(jié)一滑移曲線形狀相似，分成微滑、滑移、劈裂、下降、殘余五個階 段，不同取代率情況下上升段較統(tǒng)一，但其峰值滑移量隨取代率的增加逐漸減小。2、隨著取代率增加,鋼筋再生混凝土粘結(jié)強(qiáng)度有所下降，下降幅度與再生混 凝土強(qiáng)度及再生骨料取代率有關(guān)，圓鋼與再生混凝土間粘結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于螺紋鋼 粘結(jié)強(qiáng)度，約為螺紋鋼粘結(jié)強(qiáng)度的1/41/7。3、再生混凝土與鋼筋間粘結(jié)位置函數(shù)與普通混凝土相

5、似，粘結(jié)錨固位置函 數(shù)基本在(0.15-0.85)La保持穩(wěn)定,兩端急劇變化，但相比普通骨料混凝土而言， 再生骨料混凝土與鋼筋粘結(jié)應(yīng)力傳遞較快，粘結(jié)應(yīng)力分布較均勻。針對再生混凝 土與鋼筋間粘結(jié)滑移位置函數(shù)特點，提出三折線粘結(jié)錨固位置函數(shù)模型。由于鋼 筋混凝土粘結(jié)性能的重要性，工程中對鋼筋混凝土的相互作用非常重視，然而實 際結(jié)構(gòu)在服役過程中長期暴露，在空氣與水和氯離子等有害物質(zhì)的相互作用下， 鋼筋逐漸出現(xiàn)銹蝕，當(dāng)銹蝕初始，銹蝕物的產(chǎn)生能在一定程度上提高鋼筋混凝土 間的相互粘結(jié)作用，隨著銹蝕量的增加，則鋼筋的銹蝕對結(jié)構(gòu)性能具有較大危害， 主要由于以下原因：1、銹蝕量增加直接導(dǎo)致鋼筋直徑減小，結(jié)構(gòu)承

6、載力降低；2、鋼筋橫肋銹蝕，導(dǎo)致鋼筋與混凝土機(jī)械咬合力減弱，粘結(jié)強(qiáng)度退化；3、銹蝕產(chǎn)物填充鋼筋混凝土之間的界面，且由于銹蝕產(chǎn)物體積膨脹，約為 銹蝕前體積的2-4倍，產(chǎn)生銹脹力，混凝土保護(hù)層脹裂，粘結(jié)應(yīng)力大幅下降，鋼筋 混凝土無法協(xié)同工作傳遞應(yīng)力。再生混凝土作為一種綠色再生材料，其應(yīng)用于實際結(jié)構(gòu)中，必然面臨鋼筋銹 蝕后與再生混凝土間粘結(jié)性能等耐久性問題，因此研究銹蝕后鋼筋一再生混凝 土間粘結(jié)滑移性能具有重要意義，目前國內(nèi)外關(guān)于普通混凝土與銹蝕鋼筋間粘結(jié) 性能研究較多，再生混凝土與銹蝕鋼筋間的粘結(jié)滑移僅有十分少量的研究，尤其 考慮不同銹蝕率下鋼筋開槽內(nèi)貼片的研究基本未見相關(guān)報到，分別研究了再生骨

7、料取代率、鋼筋銹蝕率對其粘結(jié)滑移性能的影響，最后通過量測的鋼筋應(yīng)力理論 推導(dǎo)鋼筋銹蝕前后在再生混凝土中的粘結(jié)位置函數(shù)，從而確定其r-s本構(gòu)關(guān)系， 同時，揭示了鋼筋銹蝕前、后粘結(jié)錨固位置函數(shù)差異的機(jī)理原因。目的是熟悉鋼 筋與混凝土粘結(jié)錨固性能的試驗方法和分析方法。粘結(jié)滑移基本問題一般來說，大家普遍將實際工程中錨固問題分為兩類，分 別為筋端錨固和縫間錨固，筋端錨固性能主要決定了結(jié)構(gòu)的承載力，例如預(yù)埋件、 受力鋼筋錨固等等；而縫間錨固性能主要決定結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)，例如裂縫和剛度 等等。這兩類問題由于邊界條件不同而有所差異，但其基本機(jī)理基本相通，由于 考慮量測方便等各方面因素，目前大多數(shù)學(xué)者采用拉拔試驗

8、進(jìn)行研究（筋端錨固）, 且以實際工程中應(yīng)用最多的螺紋鋼作為研究對象為主?，F(xiàn)有的研究成果表明，螺 紋鋼的粘結(jié)力主要由化學(xué)膠著力、摩擦力以及機(jī)械咬合力組成，且機(jī)械咬合力在 螺紋鋼筋粘結(jié)力中所占的比例達(dá)到70%以上,典型的粘結(jié)滑移曲線如圖,并將粘 結(jié)一滑移曲線分為5個階段：圖5典型荷栽-常移曲線1、微滑階段（o-s段）由于加載力較小,鋼筋與混凝土之間化學(xué)膠著力起主 要作用，此時加載端只有少量滑移，自由端未發(fā)生滑移，膠著力逐漸從加載端到自 由端開始滲透并破壞，鋼筋具有滑動趨勢，橫向助與混凝土形成椎楔擠壓作用，橫 肋頂點處出現(xiàn)拉應(yīng)力集中，使得混凝土出現(xiàn)徑向擠壓，內(nèi)部斜裂縫和徑向裂縫開 始形成。2、滑移階段（s-cr段）隨著加載拉力的增加，自由端滑移開始出現(xiàn)，并呈非 線性增長，化學(xué)膠著力完全喪失，內(nèi)裂縫由握裹層逐漸向表面發(fā)展，肋前混凝土 被擠壓破碎。3、劈裂階段（cr-u段）當(dāng)內(nèi)裂縫沿著保護(hù)層最薄弱處發(fā)展至混凝土表面，試 件出現(xiàn)沿著鋼筋縱向的劈裂裂縫，并從加載端慢慢 延伸至自由端,此時粘結(jié)力達(dá) 最大。4、下降階段(u-r)混凝土劈裂后，荷載開始下降，對于無橫向約束構(gòu)件，由于 混凝土握裹層及機(jī)械咬合力的消失導(dǎo)致粘結(jié)應(yīng)力急劇下降，只剩下鋼筋與混凝 土間的少量摩擦力，同時滑移量大幅增加。5、殘余階段(r后水平段)隨著滑移量增至一個橫肋間距時,粘結(jié)應(yīng)力開始 緩慢