超高強(qiáng)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度研究

■陳 濤 ■臨海市建設(shè)工程檢測(cè)中心檢測(cè)服務(wù)部，浙江 臨海 317000

混凝土鋼筋是一種應(yīng)用十分廣泛的結(jié)構(gòu)，其將混凝土和鋼筋有機(jī)地組合在了一起，使其在性能上得到了大幅提升。這是因?yàn)榛炷梁弯摻钪g具有十分相似的膨脹系數(shù)，而且可以實(shí)現(xiàn)良好的粘結(jié)，在施工中具有廣闊的運(yùn)用前景。

1 超高強(qiáng)混凝土

超高強(qiáng)混凝土主要是指強(qiáng)度等級(jí)在C100 以上的混凝土，其是水泥、砂石、外加劑等一系列物質(zhì)組合而成的。超高強(qiáng)混凝土具有很高的抗壓強(qiáng)度，其密度大、孔隙率低、抗形變能力強(qiáng)，在大型建筑工程施工中使用十分廣泛。

超高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度是普通混凝土的6 倍以上，可以在滿足強(qiáng)度條件的情況下有小降低相關(guān)構(gòu)件的截面尺寸，在以有效簡(jiǎn)化大型建筑的結(jié)構(gòu)。通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，在配箍率和軸壓比一定的情況下，超高強(qiáng)混凝土具有極好的抗震性能，能夠大幅提升建筑質(zhì)量和安全。

超高強(qiáng)混凝土的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，首先，混凝土強(qiáng)度越高，施工材料的用量也就越小。一般情況下，混凝土強(qiáng)度等級(jí)從C30 提升到C60，受壓構(gòu)件的混凝土用料可以減少30%左右，受彎構(gòu)件的混凝土用料可以減少15%左右。在混凝土強(qiáng)度從C60 上升到C100 時(shí)，這兩類構(gòu)建的用料可以進(jìn)一步降低。

其次，超高強(qiáng)混凝土的成本相對(duì)較高。由于用料減少，相關(guān)構(gòu)建的自重降低，對(duì)于承載為自重的建筑具有十分積極的意義。此外，由于構(gòu)件的截面尺寸有所縮減，因此可以優(yōu)化相關(guān)構(gòu)建結(jié)構(gòu)，使其更加美觀，提升建筑內(nèi)部的可用空間。比如，賢成大廈的混凝土從C40 提升到C60 以后，增加了超過1000 平米的可用空間。

再次，超高強(qiáng)混凝土具有良好的密實(shí)性，進(jìn)而確保其具有客觀的抗凍性、抗?jié)B性等基本特性，大幅超過了普通混凝土的基本性能，可以使建筑物具有更加優(yōu)良的基本性能。超高強(qiáng)混凝土不僅在大型建筑中得以使用，在一些海洋工程、大跨度工程中均具有廣泛應(yīng)用，并且有效保證了這些工程項(xiàng)目的質(zhì)量與壽命。

最后，超高強(qiáng)混凝土形變很小，相應(yīng)構(gòu)建的剛度很高，具有良好的抗變形能力。使建筑物在受到外力作用時(shí)，可以有效抵御外力帶來的擾動(dòng)，確保建筑物能夠保持原本的形狀。

2 影響超高強(qiáng)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的因素

2.1 混凝土基體強(qiáng)度

混凝土基體強(qiáng)度是影響超高強(qiáng)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的首要原因，對(duì)于一般的普通混凝土來說，混凝土基體自身的抗壓強(qiáng)度增大，會(huì)帶動(dòng)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度一起增大。通過對(duì)這一理論進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，可以得出混凝土抗壓強(qiáng)度和混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度之間的曲線關(guān)系，混凝土基體抗壓強(qiáng)度和混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線基本上呈一條直線。由此可見，超高強(qiáng)混凝土基體強(qiáng)度，對(duì)超高強(qiáng)混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度具有直接影響。根據(jù)相關(guān)理論表明，混凝土基體強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度之間存在正比關(guān)系，并且可以通過實(shí)際經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)出一定的經(jīng)驗(yàn)公式，用以計(jì)算混凝土基體強(qiáng)度和混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度之間的關(guān)系。在光面鋼筋不加入硅灰或稻殼灰的情況下，其粘結(jié)強(qiáng)度最高為3.5MPa，但是，在加入硅灰或稻殼灰之后，其粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到了8MPa 以上，由此可見，混凝土基體強(qiáng)度對(duì)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的影響是十分明顯的。

2.2 硅灰和稻殼灰

硅灰和稻殼灰是影響混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，其不受混凝土抗壓強(qiáng)度的限制，可以獨(dú)立地對(duì)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度形成影響。粘結(jié)強(qiáng)度和混凝土的其他力學(xué)性能不一樣，其不僅和混凝土的抗壓強(qiáng)度具有關(guān)系，還和硅灰及稻殼灰的摻雜量具有直接聯(lián)系。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料顯示，在同一抗壓強(qiáng)度下，摻雜了硅灰或稻殼灰的混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度，要明顯高于沒有摻雜硅灰或稻殼灰的混凝土鋼筋。

超高強(qiáng)混凝土的基本力學(xué)性能和抗壓強(qiáng)度具有重要的關(guān)聯(lián)，存在于材料中的影響因素只會(huì)從抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度間接體現(xiàn)。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，硅灰及稻殼灰的摻雜量在15%左右是最適宜的，此時(shí)混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度能夠增加40%左右。在超過15%的摻雜量之后，混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度不再出現(xiàn)明顯上升。通過該實(shí)驗(yàn)可以看出，硅灰和稻殼灰對(duì)超高強(qiáng)混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度具有十分顯著的強(qiáng)化作用，比抗壓強(qiáng)度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響高出許多。

由于混凝土制備中使用了骨料，其會(huì)存在一定的性能和力學(xué)弱點(diǎn)。在加入硅灰和稻殼灰之后，可以有效彌補(bǔ)這一弱點(diǎn)，全面提升超強(qiáng)混凝土基本性能。對(duì)于光面鋼筋而言，硅灰和稻殼灰對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的提升作用就更加明顯了。

比如，如果通過提升混凝土基體抗壓強(qiáng)度來提升混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度，需要提升10MPa 的混凝土基體抗壓強(qiáng)度，才能實(shí)現(xiàn)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度提升1MPa。如果使用硅灰和稻殼灰，只需在混凝土中加入10%左右的硅灰或稻殼灰，就能提升2MPa 的超高強(qiáng)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度。根據(jù)這一結(jié)果來看，利用摻雜硅灰或稻殼灰的方式來提升超高強(qiáng)混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度是一種十分有效的方法，在實(shí)際工程中可以進(jìn)行深入利用。

3 硅灰、稻殼灰增強(qiáng)超高強(qiáng)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的基本原理

3.1 稻殼灰強(qiáng)化粘結(jié)強(qiáng)度的基本原理

硅灰或稻殼灰可以有效提升超高強(qiáng)混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度，比其他提升粘結(jié)強(qiáng)度的方式要有效、便利很多，因此需要在實(shí)際工程建設(shè)中加強(qiáng)硅灰和稻殼灰的使用，用以強(qiáng)化超高強(qiáng)混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度。硅灰和稻殼灰能夠?qū)φ辰Y(jié)強(qiáng)度起到如此顯著的提升作用，其根本原因就是稻殼灰具有超高化學(xué)活性以及特殊顯微結(jié)構(gòu)。

對(duì)稻殼灰進(jìn)行電鏡掃描可以發(fā)現(xiàn)，其主要是由納米級(jí)別的二氧化硅分子松散粘聚形成的。這些二氧化硅分子在粘聚過程中，形成了大量的蜂窩孔，這些納米級(jí)別的蜂窩孔具有良好的力學(xué)性能。除此之外，這些二氧化硅分子還能夠形成納米級(jí)別的縫隙。這些納米級(jí)別的蜂窩和縫隙，使稻殼灰具備了很大的表面積，還具備了強(qiáng)大的氫氧化鈣吸附能力，可以牢牢地吸附住氫氧化鈣分子。在超高強(qiáng)混凝土中摻雜稻殼灰，可以實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)混凝土性能在兩個(gè)方面有效改善。第一個(gè)方面，稻殼灰具有很大的表面積，而且具有數(shù)量龐大的孔縫。在混凝土中摻雜稻殼灰之后，能夠有效改善混凝土離析泌水的現(xiàn)象。尤其是可以在底部實(shí)現(xiàn)聚水，促使孔縫減少，大幅壓縮氫氧化鈣晶體的成長(zhǎng)空間，降低氫氧化鈣生長(zhǎng)取向性和晶粒尺寸。第二個(gè)方面，稻殼灰的主要成分是具有極高活性的火山質(zhì)，其可以和氫氧化鈣進(jìn)行反應(yīng)，從而減少氫氧化鈣的晶體數(shù)量，生成具備極高膠凝性的水化硅酸鈣，有效增強(qiáng)混凝土鋼筋的膠結(jié)能力。

3.2 優(yōu)化粘結(jié)強(qiáng)度的基本結(jié)論

(1)超高強(qiáng)混凝土鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度依然會(huì)受到混凝土基體抗壓強(qiáng)度的影響，并保持一定的正比關(guān)系，而且仍然具有一定的提升空間。硅灰或稻殼灰摻雜后混凝土的抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到100MPa 以上。(2)硅灰和稻殼灰對(duì)超高強(qiáng)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的強(qiáng)化作用十分明顯，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出混凝土基體抗壓強(qiáng)度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。(3)硅灰和稻殼灰是不受混凝土強(qiáng)度限制的，其對(duì)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的影響主要受制與實(shí)際摻雜量，一般在15%左右對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的提升效果最為明顯。(4)稻殼灰強(qiáng)化混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的機(jī)理使其自身結(jié)構(gòu)具有納米級(jí)別的孔縫以及很大的表面積，就可以降低氫氧化鈣含量，也可以削弱氫氧化鈣結(jié)晶取向。

4 結(jié)束語

超高強(qiáng)混凝土在大型建筑工程項(xiàng)目中具有十分廣泛的應(yīng)用前景，需要對(duì)混凝土鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的影響因素形成全面的認(rèn)識(shí)，并深入了解其中的基本原理，以促進(jìn)相關(guān)工作。

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