不同錨固形式的鋼筋在粉煤灰混凝土梁中的粘結性能研究

劉 戈

（江西理工大學 建筑與測繪工程學院， 江西 贛州 341000）

0 引言

粘結性能的研究在工程實踐中非常重要，如鋼筋的錨固、搭接和延伸等最主要的目的之一就是獲得良好的粘結性能。對于鋼筋與混凝土之間的粘結性能一直以來都是全世界研究的熱點， 美國學者Menzel[1]對影響粘結性能的主要因素進行了研究，考慮的因素主要包括鋼筋表面情況、埋長、變形肋的尺寸和位置、混凝土的密實性、混凝土保護層厚度等，，國內學者葉見曙[2]等也對粘結因素進行了研究，得出的結論與國外的研究結果基本一致。徐有鄰等發現當鋼筋的錨固長度因截面尺寸限制而無法滿足時，可以在錨筋末端采用機械錨固的形式，利用局部混凝土的擠壓力實現錨固受力。我國傳統對HPB235級光面鋼筋加彎鉤的要求實際上就是機械錨固的一種形式。目前，關于鋼筋錨固形式對鋼筋與混凝土之間粘結性能的影響研究較少，在結合德國的建筑設計規范后，現提出兩種新型的鋼筋錨固形式進行研究。

粉煤灰混凝土在全世界的應用越來越廣泛，雖然我國在1997年將摻粉煤灰的硅酸鹽水泥正式列入國家標準，但是我國的粉煤灰在混凝土中的總體利用率不高，通常在5%～15%，與發達國家的20%相比還是有差距，因此對粉煤灰混凝土的性能進行深入的研究，有利于粉煤灰混凝土的廣泛應用[3]。

由于梁式試驗方法能更好的模擬混凝土梁構件在實際狀態下的受力情況，本文通過鋼筋和粉煤灰混凝土粘結試件的梁式試驗，分析了2種不同錨固形式的鋼筋在粉煤灰混凝土梁中的粘結性能。

1 試驗概況

1.1 試驗材料及性質

水泥采用普通硅酸鹽32.5R早強水泥，粉煤灰為Ⅱ級灰，粗骨料粒徑為2-8mm，密度為2640kg/m3；細骨料有兩種，一種是粒徑為0-2mm的天然河砂，密度為2570kg/m3，另一種是粒徑為0.1-0.35的細砂；減水劑采用SFA型高效減水劑。試驗所用粉煤灰混凝土材料見表1。

表1 粉煤灰混凝土材料組成 Table 1 Mix ratio of fly ash concrete

1.2 試件設計

本次試驗總共澆筑了9根梁試件，根據其內部鋼筋的錨固形式平均分為3組，試驗所用梁尺寸均為700mm×150mm×150mm，保護層厚度均為20mm，在每組梁底部都配置兩根長度為600mm，直徑12mm的HPB235級鋼筋，梁兩端有效黏結長度相等且為60mm，未黏結部分通過PVC管套筒隔離。試件幾何尺寸見圖1。

圖1 鋼筋混凝土梁試件尺寸

圖1是未對PVC套管中的鋼筋進行任何錨固措施，將其設為對照組組A，圖2和圖3是分別對梁試件底部鋼筋配置箍筋和以及在兩根鋼筋之間焊接橫向鋼筋，分別將其設為B組和C組鋼筋形式見下圖所示。

圖2 焊接橫向鋼筋

圖3 環狀鋼筋

1.3 試驗梁加載

采用單點加載，試驗梁兩端簡支在承臺上，通過壓力傳感器控制加載力。在梁的跨中布置位移傳感器(LVDT)，用于測定梁跨中撓度和此時梁所承受荷載，傳感器每0.5秒收集一次數據，直至試件完全破壞。

圖4 試驗梁加載現場

2 試驗結果與分析

2.1 試驗現象及破壞形態

加載初期，混凝土梁撓度隨荷載增大而緩慢增大，梁試件表面開始出現微小的橫向裂縫，荷載持續增長，當鋼筋與混凝土的粘結應力達到劈裂粘結應力時，梁體底面的混凝土表層開始脫落，繼續加載，裂縫迅速發展，荷載急劇減小，鋼筋喪失環向約束作用，混凝土梁試件發生劈裂破壞。詳細的破壞模式圖與裂紋見圖5所示。

圖5 試件破壞形態

2.2 試件破壞機理分析

在開始對試樣施加應力之后，應力集中會部分破壞加載端鋼筋與混凝土之間的化學粘附力。之后，隨著載荷的繼續，肋條壓在混凝土上。先前產生的分離裂紋在載荷方向上延伸以產生傾斜裂紋。當部分粘結斷開時，由于鋼筋肋和混凝土的機械咬合以及鋼的不平整表面的摩擦效應，梁可以繼續承受載荷。當極限載荷作用下的載荷接近時，載荷端的裂紋迅速發展，同時發出裂紋聲，最終使梁失去承載力。

3 黏結強度計算

鋼筋與混凝土之間的黏結強度是表征鋼筋與混凝土兩種性能不同的材料之間粘結錨固作用的主要判斷依據。其計算公式如下：

圖7：梁計算簡圖

表3 各試件黏結強度值 Table 3 Bond strength value of each test specimen

4 結論

本文進行壓載試驗，研究了3組不同錨固形式鋼筋在混凝土梁中的粘結錨固性能，現得到以下結論：

(1)從分析計算的數據來看，B組和C組相對于A組其極限粘結強度有很大的提高大約40%，這表明對鋼筋進行錨固措施后增強了鋼與混凝土之間的極限粘結應力，從而極大地提高了鋼筋在現代混凝土中的粘結性能。

(2)對鋼筋進行錨固措施后能顯著提高混凝土梁的抗壓與抗剪能力