再生混凝土—鋼筋粘結性能研究

李 飛 張曉奇 楊 曦 李 雪

（1. 工程結構和新材料北京市工程技術研究中心，北京建筑大學，北京 100044；2. 北京建工混凝土構件有限公司，北京 102600）

概述

混凝土與鋼筋之間的粘結性能提供了兩者共同工作的基礎，因此再生混凝土與鋼筋之間的粘結特性對于再生混凝土能否作為結構混凝土至關重要。近年來，隨著再生混凝土技術研究的逐步深入，工程設計和施工等方面都迫切需要了解再生混凝土與鋼筋之間的粘結性能[1]。目前對再生混凝土的研究多集中在再生凝土基本力學性能上，而對再生混凝土與鋼筋粘結性能的研究較少[2,3]。此外，粉煤灰作為一種摻合料在混凝土中的應用越來越普遍，但是對粉煤灰混凝土與鋼筋粘結性能的研究卻很少，尤其是粉煤灰對再生混凝土與鋼筋的粘結的影響，因此研究粉煤灰對再生混凝土與鋼筋之間的粘結性能有重要的理論意義和實際意義。

1 試驗方法與原材料

水泥使用金隅P.O.42.5普通硅酸鹽水泥；再生粗骨料由北京元泰達環保建材科技有限公司提供；鋼材為HRB335（螺紋）和HPB235（光圓）兩種。參照《混凝土結構試驗方法標準（GB 50152-92）》，本試驗采用100mm×100mm×100mm的混凝土立方體試件，并且鋼筋放置在立方體的中軸線上，粘結長度均為100mm。

試驗中采用0.35，0.44，0.52三個水膠比，分別在對照組的基礎上以50%、100%再生骨料取代粗骨料，通過摻加適量減水劑調整坍落度為50mm～70mm。在此基礎上，改變水膠比0.44組粉煤灰摻量（分別為25%、50%）對比粘結強度的相應變化。表1為混凝土配合比設計。

實驗結果與分析

1.1 再生骨料對再生混凝土粘結強度的影響

隨著再生骨料摻量的增加，各組混凝土粘結強度不斷降低（如圖1）。這是因為，再生骨料的顆粒棱角多，表面粗糙，組成中包含著相當數量的硬化水泥砂漿，其本身孔隙率較大，且在破碎過程中內部往往會產生大量具有一定尺寸的裂紋。資料顯示[4]，再生粗集料取代率從10%增大到30%和50%時，再生混凝土的總孔隙率分別增長了1.1%和1.6%，從而造成了再生混凝土與鋼筋之間機械咬合力的逐漸減小。

一般情況下，再生骨料混凝土的抗壓強度低于基體混凝土或相同配比的普通混凝土的抗壓強度，而再生混凝土與鋼筋的粘結強度隨其抗壓強度的提高而提高[5]。這與試驗結果是相符的，并且水膠比越低，粘結強度越高。對于12mm光圓鋼筋，其立方體抗壓強度與粘結強度之間存在比較良好的線性關系（如圖2）。M.Etxeberria[6]等人認為再生骨料摻量為50%或100%時采用低水膠比可以改善再生骨料本身的多孔性。

表1 配合比設計（kg/m 3）

表2 再生骨料不同摻量各鋼筋粘結強度τ（MPa）

圖1 12m m螺紋鋼28天粘結強度隨再生骨料摻量變化

圖2 12mm光圓鋼的fcu與τ的線性關系

1.2 鋼筋對再生混凝土粘結強度的影響

如圖3所示，不同再生骨料摻量12mm螺紋鋼粘結強度均比12mm光圓鋼和20mm螺紋鋼高。肖建莊[1]等利用拔出試驗，發現無論是普通混凝土還是再生混凝土，其與HRB335鋼筋的粘結強度均高于與HPB235鋼筋之間的粘結強度，提高約100%，這主要是鋼筋外形對粘結強度的貢獻。另外，變形鋼筋的外形參數不隨直徑成比例變化，因此對于直徑較大的變形鋼筋，可能由于肋的相對受力面積減小，而導致粘結強度有所減小。

圖3 鋼筋類型及直徑對粘結強度的影響

表3 C 30粉煤灰不同摻量各鋼筋粘結強度τ（M Pa）

圖4 12m m光圓鋼與混凝土粘結強度隨粉煤灰摻量變化

1.3 粉煤灰對再生混凝土粘結強度的影響

摻入粉煤灰后，粘結強度隨再生骨料摻量增加而降低的趨勢沒有明顯變化。但是,不摻再生骨料時，各鋼筋與混凝土的粘結強度都是隨著粉煤灰摻量的增加先增后降；摻入再生骨料后，12mm螺紋鋼保持相同的趨勢，而12mm光圓鋼與20mm螺紋鋼則不斷下降（如圖4、圖5）。

對0%、10%、20%、30%、40%五種不同粉煤灰摻量再生骨料混凝土的孔隙率進行研究,發現隨粉煤灰摻量的增加,再生骨料混凝土的孔隙率總體上逐漸呈下降趨勢[7]。12mm螺紋鋼和20mm螺紋鋼在粉煤灰摻量為25%時的差異可能是由于直徑越大的鋼筋，相對粘結面積越小,因此變形鋼筋與活性粉末混凝土的粘結應力和極限粘結強度隨著鋼筋直徑的增加而減小，從而抵消由于粉煤灰填充作用帶來的粘結強度的提高。高春[8]的試驗研究發現單摻粉煤灰時，再生混凝土的粘結強度隨著粉煤灰摻入量的增大而減小。粉煤灰取代率為20%時，粘結強度降低幅度均超過了10%，在取代率為40%時，降低幅度均達到了25%左右，幅度較大。并且摻合料在早期只起到填充作用，活性還沒有充分激發出來，不能提供光圓鋼筋與再生混凝土粘結所需要的化學膠著力。

圖5 12m m螺紋鋼與混凝土粘結強度隨粉煤灰摻量變化

圖6 12m m螺紋鋼隨再生骨料摻量相對粘結強度變化

圖7 12m m螺紋鋼粘結強度與抗壓強度平方根的關系

如圖6所示，通過摻加粉煤灰可提高再生混凝土的相對粘結強度,并且12mm螺紋鋼與再生混凝土的粘結強度和混凝土抗壓強度的平方根呈線性關系（如圖7）。表明，在相同立方體抗壓強度條件下可以通過摻加粉煤灰提高鋼筋與混凝土的粘結強度來滿足工程需求。Valeria Corinaldesi[9]認為再生混凝土通過摻加粉煤灰改善了孔結構，尤其是大孔的體積減小。所以抗壓強度相同時，通過摻加粉煤灰可提高再生混凝土與鋼筋的粘結強度。

結論

（1）隨著再生骨料摻量的增加，各組混凝土粘結強度不斷降低，并且水膠比越低，粘結強度越高。同時，對于12mm光圓鋼筋，其立方體抗壓強度與粘結強度之間存在比較良好的線性關系。

（2）變形鋼筋相對光圓鋼筋提高了與混凝土的粘結強度，并且直徑較大，粘結強度有所減小。

（3）摻入粉煤灰后，粘結強度隨再生骨料摻量增加而降低，但是提高了再生混凝土與鋼筋的相對粘結強度。表明在相同立方體抗壓強度條件下可以通過摻加粉煤灰提高鋼筋與混凝土的粘結強度來滿足工程需求。

[1] 肖建莊。再生混凝土與鋼筋間的粘結滑移性能，同濟大學學報，2006.1。

[2] 胡瓊。再生混凝土粘結性能試驗研究，哈爾濱工業大學學報，2010.12。

[3] 李旭平。再生混凝土基本力學性能研究，建筑材料學報，2007.12。

[4] 安新正。再生混凝土與鋼筋的粘結性能試驗研究，河北工程大學學報，2010.9。

[5] 肖建莊。再生混凝土技術研究最新進展與評述，混凝土，2003.10。

[6] M. Etxeberria. M icrostructure analysis of hardened recycled aggregate concrete. Magazine of Concrete Research . 2006.12.

[7] 張劍波。再生骨料混凝土孔隙結構的試驗研究.硅酸鹽通報，2011.2。

[8] 高春。活性摻合料對再生混凝土與鋼筋粘結性能的影響.工程技術，2009（13）。

[9] Valeria Corinaldesi. Influence of mineral additions on the performance of 100% recycled . Construction and Building Materials . 2009（23）.