鋼筋與混凝土的粘結(jié) 06鋼筋與混凝土的粘結(jié)

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摘要在闡述鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用的原理的根基上對鋼筋與混凝土的在不同組合和不同條件下的粘結(jié)特性舉行了分析。關(guān)鍵詞鋼筋；混凝土；粘結(jié)作用

我國混凝土用鋼筋的生產(chǎn)體驗(yàn)了三個階段:五、六十年頭仿前蘇聯(lián)生產(chǎn)光面等高肋鋼筋(螺紋、人字紋)以及鋼絞線(七股)；七、八十年頭開發(fā)低合金鋼筋及冷加工鋼筋，生產(chǎn)月牙肋鋼筋并進(jìn)展冷拉鋼筋及冷拔鋼絲；九十年頭以來采用國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)各種中高強(qiáng)鋼絲鋼絞線，并擴(kuò)大冷加工鋼筋的范圍(如冷軋帶肋、冷軋扭螺旋肋鋼筋等)。總體來說，我國混凝土布局用鋼筋體驗(yàn)了由低強(qiáng)度向高強(qiáng)度進(jìn)展的歷程。

1.鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用

1.1粘結(jié)原理

鋼筋混凝土是混凝土最重要的布局形式，鋼筋和混凝土這兩種在組成、布局和力學(xué)性能上迥然不同的材料能夠共同工作，除了它們具有相近的線膨脹系數(shù)外，還有一個重要的理由，就是它們之間能良好地粘結(jié)。混凝土―鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度是確定鋼筋混凝土中受拉鋼筋錨固長度的一個重要技術(shù)參數(shù)，也是影響鋼纖維混凝土鞏固、增韌、阻裂性能的重要因素。

鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)作用一般分為三種：附著粘結(jié)、摩擦粘結(jié)以及剪切粘結(jié)。附著粘結(jié)是指在鋼筋和混凝土之間由于存在著附著力或毛細(xì)力而存在著粘附作用。這種粘附作用或附著作用取決于鋼筋外觀的粗糙度和清潔度，單是這種附著作用缺乏以形成良好的粘結(jié)，而且在鋼筋產(chǎn)生很小的移動時就被破壞掉；摩擦粘結(jié)是當(dāng)失去附著粘結(jié)時，假設(shè)垂直于鋼筋作用有壓力，那么在產(chǎn)生微小的移動時，就會在鋼筋和混凝土之間引起摩擦力，這種橫向壓力可由荷載或由混凝土的收縮或膨脹引起的橫向作用的壓應(yīng)力產(chǎn)生。摩擦粘結(jié)只有在產(chǎn)生橫向壓力時才具有穩(wěn)當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)作用；剪切粘結(jié)是只有當(dāng)鋼筋外觀和混凝土之間形成的銷栓狀機(jī)械嚙合的混凝土齒被剪斷以后，混凝土內(nèi)的鋼筋才有可能滑動。剪切粘結(jié)是最有效和最穩(wěn)當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)方式，為了充分利用這種粘結(jié)，通常在鋼筋外觀軋制肋條（竹節(jié)鋼筋、螺紋鋼筋、月牙形鋼筋、冷軋帶肋鋼筋）來實(shí)現(xiàn)。在鋼筋混凝土布局中，鋼筋和混凝土兩種性質(zhì)完全不同的材料之所以能夠共同工作，主要是依靠鋼筋與混凝土間的粘結(jié)應(yīng)力，實(shí)際上是兩者接觸面上的剪應(yīng)力。這一力學(xué)關(guān)系就是其間的粘結(jié)作用。這種關(guān)系能使兩種材料間相互傳遞力，實(shí)現(xiàn)彼此彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。

1.2鋼筋混凝土粘結(jié)影響因素

1.2.1混凝土強(qiáng)度和組成當(dāng)混凝土強(qiáng)度提高時，它和鋼筋的化學(xué)粘著力和機(jī)械咬合力隨之增加，因而可以提高粘結(jié)強(qiáng)度。

1.2.2鋼筋位置、受力方向與澆注方向平行澆注(即鋼筋水平布置，澆注方向?yàn)榇怪狈较?時，直接位于鋼筋下面的混凝土由于下沉及泌水，不能與鋼筋精細(xì)接觸，使粘結(jié)強(qiáng)度降低。

1.2.3鋼筋的直徑和外觀外形鋼筋的粘結(jié)面積與截面周界長度成正比，而拉應(yīng)力與截面積成反比，二者之比值(4/d)反映鋼筋的相對粘結(jié)面積。

1.2.4鋼筋周邊的約束條件鋼筋周邊的約束條件，如混凝土養(yǎng)護(hù)層厚度、橫向鋼筋、縱向間距等均直接影響鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)層厚度增大，可提高外圍混凝土的劈裂抗力，因而使粘結(jié)強(qiáng)度提高。

1.2.5橫向配筋的影響橫向鋼筋的存在延緩了徑向內(nèi)裂縫向試件外觀進(jìn)展，使開裂粘結(jié)應(yīng)力較無橫向配筋的高，劈裂到達(dá)試件外觀以后，橫向鋼筋限制了裂縫的進(jìn)一步進(jìn)展，因此使極限粘結(jié)強(qiáng)度也有了較大提高。

2.不同鋼筋混凝土組合的粘結(jié)特性分析

2.1普遍混凝土與鋼筋

粘結(jié)強(qiáng)度隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高而提高，變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度fb主要取決于混凝土的抗拉強(qiáng)度ft。

由于混凝土與鋼筋的膠結(jié)、摩擦和咬合作用都與混凝土的強(qiáng)度有關(guān)，故粘結(jié)強(qiáng)度受混凝土強(qiáng)度的影響很大。

2.2高強(qiáng)混凝土與鋼筋

有關(guān)高強(qiáng)混凝土鋼筋間粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)研究報道甚少。由于高強(qiáng)和超高強(qiáng)混凝土普遍摻有高活性的礦物摻合料，因此摻合料對鋼筋粘結(jié)力的影響是首先需要研究的一個重要問題。

鋼筋混凝土布局中，采用高強(qiáng)混凝土，將有利于限制混凝土裂縫的寬度和進(jìn)展，同時對鋼筋的搭接、錨固等特別有利。

2.3型鋼與混凝土

型鋼-混凝土的粘結(jié)是指型鋼外觀與其周邊混凝土之間的一種相互作用，通過傳遞剪力使二者之間的應(yīng)力及變形協(xié)調(diào)，這正是型鋼與混凝土共同工作的根基。

由于型鋼混凝土構(gòu)件中型鋼的幾何外形與受力性能的特殊性，粘結(jié)性能又表現(xiàn)出很大的特殊性和繁雜性。與鋼筋相比，型鋼與混凝土的接觸面積大，且為空間構(gòu)件，截面外形相對繁雜，型鋼截面面積在總截面面積中所占比重較大，混凝土的握裹性能不同。就整個型鋼外觀而言，粘結(jié)強(qiáng)度因型鋼的方向及位置不同而區(qū)別很大，型鋼在水平放置時，粘結(jié)強(qiáng)度比垂直放置時要弱得多，這是由于鋼材水平放置澆注混凝土?xí)r，由于新拌混凝土的體積變化引起下沉，將使型鋼的下面聚集浮水、氣泡，使型鋼下側(cè)產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度下降。同時，由于型鋼的截面面積大，比的影響也比在鋼筋混凝土中的影響要繁雜，在受拉和受壓這兩種不同的受力處境下，粘結(jié)性能也因型鋼的變形不同而表現(xiàn)出確定的差異。在梁、柱等構(gòu)件中，由于受拉區(qū)和受壓區(qū)的混凝土的開裂處境不同，型鋼翼緣與混凝土的粘結(jié)性能也有較大差異。另外，型鋼混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力沿型鋼錨固長度分布也是很繁雜的，需要舉行大量的考慮多因素的試驗(yàn)研究舉行分析。

在使用荷載下，粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長度是呈指數(shù)分布的，隨著荷載的增大，化學(xué)膠結(jié)力流失殆盡，粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長度的分布趨于常數(shù)，并最終保持確定的剩余粘結(jié)強(qiáng)度。

3.不同條件下鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)特性分析

3.1高溫下鋼筋混凝土

近年來，常有鋼筋混凝土布局不同程度地受到高溫(火災(zāi))作用，因此，國內(nèi)外學(xué)者對高溫(火災(zāi))作用下混凝土及鋼筋的力學(xué)性能、熱工性能、構(gòu)件及布局在高溫下的回響等問題舉行了大量研究工作。高溫下鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能的退化研究同樣也受到重視。

3.2凍融作用后鋼筋混凝土

抗凍性一向是混凝土耐久性研究的主要方向然而受到技術(shù)條件的制約，前期的抗凍性研究大多關(guān)注于混凝土材料性能或根本力學(xué)性能隨凍融作用的損傷機(jī)理、退化規(guī)律等方面，針對混凝土布局整體工作性能開展的研究卻