鋼筋直徑對粉煤灰混凝土粘結性能的影響

王　睿,孫　琳（青島東方監理有限公司,山東　青島　266000）

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鋼筋直徑對粉煤灰混凝土粘結性能的影響

王睿,孫琳
（青島東方監理有限公司,山東青島266000）

摘 要:影響鋼筋與混凝土的粘結性能的因素有許多種，而粉煤灰混凝土作為目前最常用的粉末性活性混凝土，研究二者的粘結性能是有著非常重要的實際意義。本文主要討論鋼筋直徑與粉煤灰混凝土粘結性能的關系，為土木工程的相關設計運用提供一些有價值的參考意義。

關鍵詞:鋼筋；粉煤灰混凝土；粘性性能研究

0　引言

鋼筋與混凝土的粘結性能是鋼筋和混凝土有相對變形或滑移時，鋼筋和混凝土交界面上就會產生互相作用力。鋼筋和混凝土之間的粘結性能主要受化學膠力、摩擦力、機械咬合力和鋼筋端部的錨固力影響，其中化學膠力是混凝土中的水泥凝膠體在鋼筋表面產生的化學粘著力或吸附力，主要來源于澆注時水泥漿體向鋼筋表面氧化層的滲透和養護過程中水泥晶體的生長和硬化，取決于水泥的性質和鋼筋表面的粗糙程度；摩擦力是混凝土收縮后，將鋼筋緊緊地握裹住而產生的力，當鋼筋和混凝土產生相對滑移時，在鋼筋和混凝土界面上將產生摩擦力，它取決于混凝土發生收縮、荷載和反力等對鋼筋的徑向壓應力、鋼筋和混凝土之間的粗糙程度等；機械咬合力是鋼筋表面凹凸不平與混凝土產生的機械咬合作用而產生的力，即混凝土對鋼筋表面斜向壓力的縱向分力，取決于混凝土的抗剪強度，變形鋼筋的橫肋會產生這種咬合力，它的咬合作用往往很大，是變形鋼筋粘結力的主要來源；鋼筋端部的錨固力是用在鋼筋端部彎鉤、彎折，在錨固區焊接鋼筋、短角鋼等機械作用來維持錨固力。粉煤灰混凝土中的粉煤灰是一種火山灰質材料，在常溫有水的情況下與混凝土產生二次反應，填充了混凝土內部的細小空隙，提升了混凝土的強度與抗滲性。加大對鋼筋與粉煤灰混凝土之間的研究，也對鋼筋混凝土的具體制作工序有著重大的意義。

1　實驗的目的與方法

本次實驗的目的主要是為了研究鋼筋直徑與粉煤灰混凝土粘合性能的關系。

本文中所用的粉煤灰混凝土為強度等級為C35，粉煤灰摻量為16%，表觀密度為2372kg/m3，是由185kg水，50kg的粉煤灰，778kg的中砂，1077kg的石子，4.2kgJM-10高校減水劑混合而成。養護28天后，兩組拉拔試件的鋼筋混凝土的立方抗壓強度詳情見如表1。

表1　兩組拉拔試件鋼筋粉煤灰混凝土立方體抗壓強度

本文主要參考《混凝土結構試驗方法標準》GB50152—92中的鋼筋和混凝土粘結強度對比實驗的要求，進行螺紋鋼筋制作拉拔試件實驗。拉拔試件的尺寸邊長為150mm，鋼筋直徑為14mm，鋼筋內貼應變片的間距為14mm。運用WDW3300型微控電子萬能實驗機、位移傳感器和TS3866靜態電阻應變儀，每加載5kN則記錄一次數據。運用計算公式τ=F/πdl。τ為粘結應力，單位為Mpa；F為外加荷載，單位為kN；d為鋼筋直徑，l為鋼筋埋入長度。

2　實驗結果

實驗中的兩組試件最大破壞荷載及最大平均粘結應力為：第一組試件的鋼筋直徑為18mm，粉煤灰摻量達16%，最大破壞荷載為63.81kN，最大平均粘結力為16.67Mpa；第二組試件的鋼筋直徑為22mm，粉煤灰摻量達16%，最大破壞荷載為70.32kN，最大平均粘結力為14.89Mpa。

當錨固長度為70mm，粉煤灰摻量為16%，混凝土強度等級為C35的情況下，第一組試件鋼筋直徑為18mm，粘結應力為2MPa、6.2Mpa、9.87Mpa、11.76MPa其自由滑移的距離分別為0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm；第二組試件鋼筋為19mm。粘結應力為2MPa、5.67MPa、8.14MPa、10.23MPa，其自由滑移的距離分別為0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm。

當外加荷載為20kN、25kN、30kN、35kN、40kN時，第一組鋼筋直徑為18mm的試件距加載端距離值為14mm、29mm、41mm、58mm、70mm；第二組鋼筋直徑為22mm的試件距加載端距離值為12mm、27mm、39mm、55mm、64mm。

3　討論

從結果可以看出，當粘結應力相同時，鋼筋直徑與自由端的滑移值成正比。其主要原因是因為當鋼筋直徑發生變化時，變形鋼筋外形參數并沒有發生變化，二者沒有直接關系。隨著鋼筋直徑加大，其相對肋的面積增加并不明顯。但相對肋高降低，相對粘結面積與極限粘結強度就與鋼筋直徑成反比。

通過兩組試件最大破壞荷載量的對比，可以發現荷載量越小，鋼筋應變的速度就越快；在同一外荷載量下，鋼筋直徑越小，鋼筋的應變值就越大；若荷載量增大，鋼筋直徑越小，鋼筋的應變力越會向自由端處移動。

綜上所訴，鋼筋直徑與粉煤灰混凝土的粘結性能成反比。當鋼筋直徑越大，粉煤灰混凝土的粘結性能就越小；當鋼筋直徑越小，粉煤灰混凝土的粘結性能就越大。

4　結論

實驗結果表明，在相同的條件下，鋼筋直徑與構建所需要的外力成正比，與極限粘結強度就成反比，與粘結應力產生的鋼筋滑移力成正比。在同一外荷載作用下，鋼筋直徑與應變值成反比；當外荷載力增大，鋼筋直徑與加載端的應變值成正比，與自由端的應變值成反比。

參考文獻：

[1]李伯瀟,牛建剛,冉祥富.鋼筋與粉煤灰混凝土的粘結性能研究[J].廣西大學學報(自然科學版),2014,04(39):724-731.

[2]王倩,張炳梅,江紅.鋼筋直徑對粉煤灰混凝土粘結性能的影響[J].連云港職業技術學院學報,2011,01(24):5-8.

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.112