鋼筋直徑對錨桿鋼筋—砂漿界面粘結(jié)性能研究

常 偉 戚旭東 陳忠磊 卜旻明 張煒俊

（江蘇省中成建設(shè)工程總公司， 江蘇 南京 210041）

0 引言

粘結(jié)力作為鋼筋與砂漿兩種材料共同作用的前提和基礎(chǔ)，對于錨桿的使用性能有著重要影響。榮冠等人[1]分別對螺紋鋼筋和光圓鋼筋錨桿進(jìn)行對比試驗(yàn)，研究了鋼筋外形對粘結(jié)作用的影響。侯利軍等人[2]通過梁式黏結(jié)試驗(yàn)，著重研究了水泥基復(fù)合材料對界面粘結(jié)作用的影響。然而，上述的研究成果多是在鋼筋—混凝土的試驗(yàn)結(jié)果上得到的，鋼筋與混凝土界面的研究結(jié)論是否適用于錨桿結(jié)構(gòu)鋼筋—砂漿界面還需進(jìn)一步探索。

鑒于此，筆者采用MTS疲勞試驗(yàn)機(jī)對不同鋼筋直徑的鋼筋砂漿試件進(jìn)行中心拉拔，得到荷載—滑移曲線，以此為基礎(chǔ)研究鋼筋直徑對界面粘結(jié)力的影響。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試件設(shè)計(jì)

中心拉拔試驗(yàn)的試件尺寸小、試驗(yàn)過程簡單便攜，并且與錨桿的實(shí)際受力狀態(tài)更為接近。因此，本文設(shè)計(jì)了如圖1所示的拉拔試件。鋼筋長度設(shè)定為35cm，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，各試件的參數(shù)列于表1。

為避免加載端發(fā)生局部破壞以及控制鋼筋錨固段的長度，在拔出鋼筋兩端的加載端和自由端各設(shè)置一段PVC管作為拉拔試件的無粘結(jié)段。

圖1 拉拔試件示意圖

表1 試件列表

1.2 試件制作

考慮不同鋼筋直徑對界面粘結(jié)性能的影響，試驗(yàn)采用直徑分別為14mm、16mm、20mm三種規(guī)格的帶肋鋼筋，鋼筋等級均為HRB400。材料測試試驗(yàn)采用100t電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)，性能測得鋼筋的力學(xué)性能如表1所示。

制備砂漿的等級為M30，水泥、砂、水配合比分別1:1.38:0.43。其中水泥采用海螺牌42.5號硅酸鹽水泥，砂子采用ISO標(biāo)準(zhǔn)中砂，試驗(yàn)用水采用潔凈的自來水，配比砂漿時(shí)摻入聚羧酸系高性能減水劑。養(yǎng)護(hù)28d后試件的抗壓強(qiáng)度為31.2MPa。

試驗(yàn)過程中PVC管的內(nèi)徑略大于鋼筋直徑，為了防止?jié)仓r(shí)砂漿灌入到PVC試管內(nèi)，先用四氟乙烯膠帶纏繞在鋼筋上，再套上套管，以達(dá)到密封效果。最后將鋼筋放入到模具中進(jìn)行澆筑。試件的制作過程如圖2所示。

圖2 試件制作

1.3 試件加載

加載儀器為MTS疲勞試驗(yàn)機(jī)，其最大加載量1000kN。采用定制的鋼架作為本試驗(yàn)的加載裝置。鋼架的上、下各由一塊厚度為50mm的鐵板做成，四角用四支直徑為40mm的地錨桿固定，底部鐵板的中心設(shè)置直徑為40mm的孔徑可以使鋼筋通過。將試件放置于該鋼架底部，加載端鋼筋穿過下側(cè)鐵板的孔洞，并用試驗(yàn)機(jī)自帶的平頭夾板夾住，同時(shí)試驗(yàn)機(jī)上的夾具夾住鋼架上方的鐵柱，此時(shí)鋼筋被夾具固定，而試件隨鐵架向上運(yùn)動(dòng)，鋼筋會(huì)被逐漸拔出。試驗(yàn)加載速率設(shè)定為2mm/min，連續(xù)加載至試件破壞。試件拉拔和布置分別如圖3和圖4所示。

圖3 試件拉拔示意圖

圖4 試件拉拔布置圖

2 試驗(yàn)結(jié)果

圖5分別列出三個(gè)拉拔試件對應(yīng)的拉拔力—滑移關(guān)系曲線。試件的界面粘結(jié)強(qiáng)度按式（1）進(jìn)行計(jì)算：

其中，Pu為極限抗拔力；La為鋼筋錨固長度。各試件的極限荷載及平均粘結(jié)應(yīng)力如表2所示。

圖5 不同鋼筋直徑下的荷載—滑移曲線

表2 不同鋼筋直徑試件組的試驗(yàn)結(jié)果

從表中可以看出，在其他條件相同的情況下，試件的極限荷載隨著鋼筋直徑的增加而增加，但是其平均粘結(jié)應(yīng)力卻相應(yīng)減小。主要原因是由于鋼筋直徑的增加，鋼筋的相對肋高降低（肋高與直徑的比值），而相對肋距增大（肋距與直徑的比值），進(jìn)而導(dǎo)致大直徑鋼筋與砂漿間的機(jī)械咬合力未能充分發(fā)揮，因而平均到單位粘結(jié)面積上粘結(jié)力有所下降。

3 結(jié)論

本文以鋼筋直徑對界面粘結(jié)力的影響為角度，開展了試件拉拔試驗(yàn)，結(jié)果表明，鋼筋—砂漿的界面粘結(jié)力隨著直徑增加，粘結(jié)力有一定提高，但平均粘結(jié)強(qiáng)度有所降低。