混凝土論文-鋼筋與混凝土黏結(jié)性能的影響因素

-6-鋼筋與混凝土黏結(jié)性能的影響因素遼寧工程技術(shù)大學(xué)建筑工程學(xué)院建工12-1成建強(qiáng)摘要：鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)錨固設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。黏結(jié)力是作用在鋼筋與混凝土界面上的剪應(yīng)力，因此受鋼筋、混凝土及鋼筋混凝土界面性能的影響。根據(jù)現(xiàn)有研究，對(duì)混凝土原材料、強(qiáng)度、保護(hù)層厚度、鋼筋外形特征、鋼筋類(lèi)型、試驗(yàn)方法等因素對(duì)鋼筋與混凝土之間黏結(jié)性能包括破壞形式、黏結(jié)強(qiáng)度、滑移值等的影響進(jìn)行了歸納總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出了提高鋼筋與混凝土間黏結(jié)性能的方法。關(guān)鍵詞：鋼筋；混凝土；黏結(jié)；黏結(jié)強(qiáng)度；滑移；錨固Abstract:Bondpropertiesbetweenreinforcementandconcreteisanimportantbasisofreinforcedconcretebondingdesign.Bondingforceisactingontheshearstressonthesteelrebarandconcrete,sotheperformanceofsteel,concreteandreinforcedconcreteinterfacehaveeffectonit.Accordingtotheexistingresearch，bondpropertiesincludingfailuremode，bondstrengthandslippageinfluencedbyconcreterawmaterials，strength，concretecover，externalphysicalcharacteristicandtypeofreinforcement，bondinglength，testingmethod，andsoonwassummarized.Onthisbasis，waybondingenhancementwasproposed.Keywords:reinforced;concrete;bond;bondingstrength;Slip;anchorage0引言鋼筋混凝土是現(xiàn)今使用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料，利用鋼筋和混凝土兩者優(yōu)點(diǎn)使結(jié)構(gòu)能夠很好地承受各種荷載工況的作用。鋼筋和混凝土能夠共同工作的一個(gè)重要原因是二者之間具有很好的黏結(jié)作用，能夠協(xié)調(diào)變形，共同受力。黏結(jié)力是作用在鋼筋與混凝土界面上的剪應(yīng)力，因此受鋼筋、混凝土及鋼筋混凝土界面性能的影響。本研究在國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能的研究基礎(chǔ)上從混凝土性能、鋼筋性能及試驗(yàn)方法等方面對(duì)黏結(jié)性能的影響因素進(jìn)行了總結(jié)歸納，為實(shí)際工程中鋼筋的錨固設(shè)計(jì)提供參考。1混凝土參數(shù)1.1混凝土的組成成分1.1.1水泥與骨料混凝土由膠凝材料、水、骨料、外加劑等配制形成，高性能混凝土還添加了纖維、礦物摻合料等其他組分。混凝土原材料、水灰比等配合比因素會(huì)影響其基本性能，相應(yīng)地，混凝土與鋼筋之間的黏結(jié)性能也會(huì)受到影響?；炷林兴嘤昧窟^(guò)多時(shí)，會(huì)顯著降低其與鋼筋之間的黏結(jié)強(qiáng)度。骨料組分對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度也有明顯影響。當(dāng)骨料中含砂率為30%，水泥砂漿含量為40%~50%時(shí)，對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度最有利[1]。1.1.2礦物摻合料礦物摻合料是在混凝土配制過(guò)程中用于替代水泥的膠凝材料。礦物摻合料摻入后能夠與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化，相應(yīng)地提高混凝土的性能，因此目前礦物摻合料已經(jīng)成為配制混凝土的重要原材料。礦物摻合料摻入后影響混凝土的性能，相應(yīng)的對(duì)混凝土與鋼筋之間的黏結(jié)性能也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。研究結(jié)果顯示，超細(xì)粉煤灰和礦渣微粉摻入后會(huì)降低高強(qiáng)混凝土與鋼筋之間的黏結(jié)強(qiáng)度，而稻殼灰和硅灰的摻入可增強(qiáng)混凝土與鋼筋的黏結(jié)[2]，其對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的增強(qiáng)作用已遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)作用，因此稻殼灰和硅灰也是影響鋼筋與混凝土間黏結(jié)性能的獨(dú)立因素。文獻(xiàn)[3]用粉煤灰完全替代水泥配制混凝土并通過(guò)拔出試驗(yàn)對(duì)其與直徑13mm鋼筋的黏結(jié)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，與水泥混凝土相比，粉煤灰混凝土的抗拉強(qiáng)度低，相應(yīng)地其黏結(jié)強(qiáng)度也比水泥混凝土小。而采用粉煤灰部分替代水泥時(shí)，可提高黏結(jié)強(qiáng)度[4]。由于粉煤灰水化較慢，因此對(duì)后期黏結(jié)強(qiáng)度影響較大。1.2混凝土的性能1.2.1強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度是影響?zhàn)そY(jié)性能的一個(gè)重要因素，對(duì)于變形鋼筋，黏結(jié)破壞過(guò)程中鋼筋凸出的肋會(huì)使得周?chē)炷镰h(huán)向受拉，因此劈裂黏結(jié)強(qiáng)度由混凝土的受抗拉強(qiáng)度決定，而混凝土的抗拉強(qiáng)度與其抗壓強(qiáng)度有一定的關(guān)系，因此混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度是影響?zhàn)そY(jié)性能的重要因素。徐有鄰等人對(duì)鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能進(jìn)行了全面的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度的提高而增大，但并不成正比，約與混凝土的抗拉強(qiáng)度成正比，各黏結(jié)錨固特征值都可用混凝土的抗拉強(qiáng)度表示[5]。王冰[6]在研究浮石混凝土與鋼筋黏結(jié)性能時(shí)引入了相對(duì)彈性模量Ec/ft的概念（Ec為混凝土彈性模量，ft為其抗拉強(qiáng)度），指出：相對(duì)彈性模量Ec/ft越小，錨固試件混凝土縱向變形越大，錨固傳遞就越快，黏結(jié)應(yīng)力分布就越均勻，總體錨固能力較高。2鋼筋參數(shù)2.1鋼筋外形因素鋼筋與混凝土之間黏結(jié)力的主要來(lái)源有：膠結(jié)力、摩阻力及機(jī)械咬合力[7]。黏結(jié)力與鋼筋的外形和表面狀態(tài)有很大的關(guān)系。光圓鋼筋表面平滑無(wú)凸出肋，其黏結(jié)力主要由膠結(jié)力和摩阻力組成，無(wú)機(jī)械咬合力，而機(jī)械咬合力是黏結(jié)力的一個(gè)重要組成部分，因此光圓鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度要遠(yuǎn)小于變形鋼筋。光圓鋼筋試件多發(fā)生鋼筋拔出破壞，變形鋼筋試件發(fā)生鋼筋拉斷破壞和混凝土劈裂破壞。由于光圓鋼筋與混凝土間黏結(jié)性能較差，目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)于主要受力部分的構(gòu)件需避免使用光圓鋼筋。變形鋼筋根據(jù)肋形狀不同有月牙紋鋼筋、螺紋鋼筋、人字紋鋼筋等，由于鋼筋肋形狀、尺寸等不同，與混凝土之間的黏結(jié)性能也略有差異。鋼筋橫肋對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)鋼筋肋面積比、齒肋比、肋圓周角相同，因此其黏結(jié)強(qiáng)度、破壞形式及黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線無(wú)明顯差別[8]。而月牙紋鋼筋和螺紋鋼筋與混凝土之間黏結(jié)性能的研究結(jié)果顯示，月牙紋鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度小于螺紋鋼筋，降低幅度與相對(duì)保護(hù)層厚度c/d有關(guān)。月牙紋鋼筋橫截面為軸對(duì)稱(chēng)形，因此發(fā)生劈裂破壞時(shí)，裂縫多集中在縱肋方向，而螺紋鋼筋的劈裂裂縫多呈輻射狀[9]。2.2鋼筋類(lèi)型鋼筋在使用過(guò)程中有易銹蝕的隱患，因此一些無(wú)銹蝕危害的高模量纖維塑料筋開(kāi)始應(yīng)用于工程中。為此，學(xué)者們對(duì)其與混凝土之間的黏結(jié)性能進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[38]采用拔出試驗(yàn)和梁式試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法研究了AFRP筋與C25~C65不同強(qiáng)度混凝土的黏結(jié)性能，考慮了包括直徑、埋長(zhǎng)、配箍率等多個(gè)因素。研究指出，AFRP筋表面肋的剪切強(qiáng)度和剛度對(duì)黏結(jié)破壞模式有重要的影響。FRP筋的彈性模量低于鋼筋的彈性模量，因此FRP筋在受力過(guò)程中的變形明顯大于鋼筋的受力變形，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂較鋼筋混凝土嚴(yán)重，降低了結(jié)構(gòu)的使用性，破壞時(shí)以筋材表面肋被銷(xiāo)弱或受剪破壞為主[10]，因此應(yīng)對(duì)FRP筋表面加工質(zhì)量行改善來(lái)提高黏結(jié)強(qiáng)度。當(dāng)混凝土強(qiáng)度大于30MPa時(shí)，強(qiáng)度對(duì)破壞形式影響不大，當(dāng)混凝土強(qiáng)度為15MPa左右時(shí)，混凝土強(qiáng)度會(huì)直接影響其黏結(jié)性能。3.其他因素鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在服役期間會(huì)受到外界環(huán)境的影響，如堿-骨料反應(yīng)、凍融循環(huán)、溫度變化等。外界環(huán)境會(huì)引起混凝土性能的變化，進(jìn)而影響到其與鋼筋之間的黏結(jié)性能。C40混凝土經(jīng)歷過(guò)500次凍融循環(huán)后，其與鋼筋之間的黏結(jié)強(qiáng)度可降低50%以上[11]；溫度升高到500℃時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度會(huì)減小60%。堿-骨料反應(yīng)可使黏結(jié)強(qiáng)度降低24%，試件破壞時(shí)，自由端滑移較大。橫向鋼筋在黏結(jié)性能中起著重要的作用。在構(gòu)件設(shè)計(jì)中，通常設(shè)置最小配箍率來(lái)滿(mǎn)足剪力和扭轉(zhuǎn)所需的最小配筋率。配置箍筋可以防止混凝土發(fā)生劈裂破壞從而提高劈裂黏結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而提高極限黏結(jié)強(qiáng)度，并使試件的破壞形式由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@的塑性破壞[12]。4.結(jié)論鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能與鋼筋及混凝土的性能息息相關(guān)，混凝土配制過(guò)程中膠凝材料、骨料、水灰比，混凝土的性能包括強(qiáng)度、保護(hù)層厚度，鋼筋外形特征、鋼筋類(lèi)型、直徑黏結(jié)長(zhǎng)度等都會(huì)影響?zhàn)そY(jié)性能。此外黏結(jié)試驗(yàn)方法、試件形式、加載方式、混凝土養(yǎng)護(hù)方法、耐久性及箍筋等也會(huì)對(duì)黏結(jié)性能造成影響。黏結(jié)性能復(fù)雜，影響因素眾多，對(duì)于不同混凝土基體及鋼筋不能簡(jiǎn)單套用。同時(shí)由于黏結(jié)的復(fù)雜性，有關(guān)黏結(jié)理論的分析也未夠成熟，需要進(jìn)一步的研究分析。參考文獻(xiàn)：[1]王傳志，滕智明.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985.[2]歐陽(yáng)東.稻殼灰對(duì)高強(qiáng)超高強(qiáng)混凝土鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度的影響[J].工業(yè)建筑，2003，33（11）：46-48.[3]DOUGC，JERRYS，JASONV.Structuralapplicationof100percentflyashconcrete[A].2005worldofCoalAsh，April11-15，2005，Lexington，KentuckyUSA：1-19.[4]MAHDIA，WOLFEMH，VOLZJS.Acomparativestudyofthebondstrengthofreinforcingsteelinhigh-volumeflyashconcreteandconventionalconcrete[J].ConstructionandBuildingMaterials，2013，40：919-924.[5]徐有鄰.變形鋼筋-混凝土黏結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究[D].北京：清華大學(xué)，1990.[6]王冰，李學(xué)章，計(jì)學(xué)閏.浮石混凝土與變形鋼筋黏結(jié)錨固性能的研究[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，31（6）：30-37[7]趙曉麗，陳穎，陳其安，等.橫肋對(duì)稱(chēng)與橫肋非對(duì)稱(chēng)鋼筋黏結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2008，38（6）：67-70.[8]徐有鄰，沈文都.鋼筋外形對(duì)黏結(jié)性能的影響[J].工業(yè)建筑，1987（3）：26-30.[9]何榮炳，江世永，熊曄.AFRP筋混凝土黏結(jié)強(qiáng)度和錨固長(zhǎng)度的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2008，38（7）：71-74.[10]郭恒寧，張繼文.FRP筋與混凝土黏結(jié)滑移性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2006（8）：1-4.[11]RAMIHH，KARIMSN.Effectofalkali-silicareactionandfreezingandthawingactiononconcrete-steelbond[J].ConstructionandBuildingMaterials，2007，21（2）：428-435.[12]HAMADBS，MACHAKAMF.Effectoftransversereinforcementonbondstrengthofreinforcingbarsinsilicafumeconcrete[J].MaterialsandStructures，1999（32）：468-476.現(xiàn)代混凝土新技術(shù)班級(jí)：建工12-1姓名：成建強(qiáng)學(xué)號(hào)：1223040101日期：2015.05.10基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門(mén)傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專(zhuān)用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門(mén)機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機(jī)的流量控制器的開(kāi)發(fā)基于MSP430單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計(jì)基于MSP430單片機(jī)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與回放功能的嵌入式電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的氨分解率檢測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)鍋爐的單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)控制的電磁振動(dòng)式播種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)的WDR-01