混凝土論文-鋼筋與混凝土黏結(jié)性能的影響因素

-6-鋼筋與混凝土黏結(jié)性能的影響因素遼寧工程技術(shù)大學(xué)建筑工程學(xué)院建工12-1成建強(qiáng)摘要：鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)錨固設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。黏結(jié)力是作用在鋼筋與混凝土界面上的剪應(yīng)力，因此受鋼筋、混凝土及鋼筋混凝土界面性能的影響。根據(jù)現(xiàn)有研究，對混凝土原材料、強(qiáng)度、保護(hù)層厚度、鋼筋外形特征、鋼筋類型、試驗(yàn)方法等因素對鋼筋與混凝土之間黏結(jié)性能包括破壞形式、黏結(jié)強(qiáng)度、滑移值等的影響進(jìn)行了歸納總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出了提高鋼筋與混凝土間黏結(jié)性能的方法。關(guān)鍵詞：鋼筋；混凝土；黏結(jié)；黏結(jié)強(qiáng)度；滑移；錨固Abstract:Bondpropertiesbetweenreinforcementandconcreteisanimportantbasisofreinforcedconcretebondingdesign.Bondingforceisactingontheshearstressonthesteelrebarandconcrete,sotheperformanceofsteel,concreteandreinforcedconcreteinterfacehaveeffectonit.Accordingtotheexistingresearch，bondpropertiesincludingfailuremode，bondstrengthandslippageinfluencedbyconcreterawmaterials，strength，concretecover，externalphysicalcharacteristicandtypeofreinforcement，bondinglength，testingmethod，andsoonwassummarized.Onthisbasis，waybondingenhancementwasproposed.Keywords:reinforced;concrete;bond;bondingstrength;Slip;anchorage0引言鋼筋混凝土是現(xiàn)今使用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料，利用鋼筋和混凝土兩者優(yōu)點(diǎn)使結(jié)構(gòu)能夠很好地承受各種荷載工況的作用。鋼筋和混凝土能夠共同工作的一個(gè)重要原因是二者之間具有很好的黏結(jié)作用，能夠協(xié)調(diào)變形，共同受力。黏結(jié)力是作用在鋼筋與混凝土界面上的剪應(yīng)力，因此受鋼筋、混凝土及鋼筋混凝土界面性能的影響。本研究在國內(nèi)外對鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能的研究基礎(chǔ)上從混凝土性能、鋼筋性能及試驗(yàn)方法等方面對黏結(jié)性能的影響因素進(jìn)行了總結(jié)歸納，為實(shí)際工程中鋼筋的錨固設(shè)計(jì)提供參考。1混凝土參數(shù)1.1混凝土的組成成分1.1.1水泥與骨料混凝土由膠凝材料、水、骨料、外加劑等配制形成，高性能混凝土還添加了纖維、礦物摻合料等其他組分。混凝土原材料、水灰比等配合比因素會(huì)影響其基本性能，相應(yīng)地，混凝土與鋼筋之間的黏結(jié)性能也會(huì)受到影響。混凝土中水泥用量過多時(shí)，會(huì)顯著降低其與鋼筋之間的黏結(jié)強(qiáng)度。骨料組分對黏結(jié)強(qiáng)度也有明顯影響。當(dāng)骨料中含砂率為30%，水泥砂漿含量為40%~50%時(shí)，對黏結(jié)強(qiáng)度最有利[1]。1.1.2礦物摻合料礦物摻合料是在混凝土配制過程中用于替代水泥的膠凝材料。礦物摻合料摻入后能夠與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化，相應(yīng)地提高混凝土的性能，因此目前礦物摻合料已經(jīng)成為配制混凝土的重要原材料。礦物摻合料摻入后影響混凝土的性能，相應(yīng)的對混凝土與鋼筋之間的黏結(jié)性能也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。研究結(jié)果顯示，超細(xì)粉煤灰和礦渣微粉摻入后會(huì)降低高強(qiáng)混凝土與鋼筋之間的黏結(jié)強(qiáng)度，而稻殼灰和硅灰的摻入可增強(qiáng)混凝土與鋼筋的黏結(jié)[2]，其對黏結(jié)強(qiáng)度的增強(qiáng)作用已遠(yuǎn)超過對混凝土抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)作用，因此稻殼灰和硅灰也是影響鋼筋與混凝土間黏結(jié)性能的獨(dú)立因素。文獻(xiàn)[3]用粉煤灰完全替代水泥配制混凝土并通過拔出試驗(yàn)對其與直徑13mm鋼筋的黏結(jié)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，與水泥混凝土相比，粉煤灰混凝土的抗拉強(qiáng)度低，相應(yīng)地其黏結(jié)強(qiáng)度也比水泥混凝土小。而采用粉煤灰部分替代水泥時(shí)，可提高黏結(jié)強(qiáng)度[4]。由于粉煤灰水化較慢，因此對后期黏結(jié)強(qiáng)度影響較大。1.2混凝土的性能1.2.1強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度是影響?zhàn)そY(jié)性能的一個(gè)重要因素，對于變形鋼筋，黏結(jié)破壞過程中鋼筋凸出的肋會(huì)使得周圍混凝土環(huán)向受拉，因此劈裂黏結(jié)強(qiáng)度由混凝土的受抗拉強(qiáng)度決定，而混凝土的抗拉強(qiáng)度與其抗壓強(qiáng)度有一定的關(guān)系，因此混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度是影響?zhàn)そY(jié)性能的重要因素。徐有鄰等人對鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能進(jìn)行了全面的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度的提高而增大，但并不成正比，約與混凝土的抗拉強(qiáng)度成正比，各黏結(jié)錨固特征值都可用混凝土的抗拉強(qiáng)度表示[5]。王冰[6]在研究浮石混凝土與鋼筋黏結(jié)性能時(shí)引入了相對彈性模量Ec/ft的概念（Ec為混凝土彈性模量，ft為其抗拉強(qiáng)度），指出：相對彈性模量Ec/ft越小，錨固試件混凝土縱向變形越大，錨固傳遞就越快，黏結(jié)應(yīng)力分布就越均勻，總體錨固能力較高。2鋼筋參數(shù)2.1鋼筋外形因素鋼筋與混凝土之間黏結(jié)力的主要來源有：膠結(jié)力、摩阻力及機(jī)械咬合力[7]。黏結(jié)力與鋼筋的外形和表面狀態(tài)有很大的關(guān)系。光圓鋼筋表面平滑無凸出肋，其黏結(jié)力主要由膠結(jié)力和摩阻力組成，無機(jī)械咬合力，而機(jī)械咬合力是黏結(jié)力的一個(gè)重要組成部分，因此光圓鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度要遠(yuǎn)小于變形鋼筋。光圓鋼筋試件多發(fā)生鋼筋拔出破壞，變形鋼筋試件發(fā)生鋼筋拉斷破壞和混凝土劈裂破壞。由于光圓鋼筋與混凝土間黏結(jié)性能較差，目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對于主要受力部分的構(gòu)件需避免使用光圓鋼筋。變形鋼筋根據(jù)肋形狀不同有月牙紋鋼筋、螺紋鋼筋、人字紋鋼筋等，由于鋼筋肋形狀、尺寸等不同，與混凝土之間的黏結(jié)性能也略有差異。鋼筋橫肋對稱與非對稱鋼筋肋面積比、齒肋比、肋圓周角相同，因此其黏結(jié)強(qiáng)度、破壞形式及黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線無明顯差別[8]。而月牙紋鋼筋和螺紋鋼筋與混凝土之間黏結(jié)性能的研究結(jié)果顯示，月牙紋鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度小于螺紋鋼筋，降低幅度與相對保護(hù)層厚度c/d有關(guān)。月牙紋鋼筋橫截面為軸對稱形，因此發(fā)生劈裂破壞時(shí)，裂縫多集中在縱肋方向，而螺紋鋼筋的劈裂裂縫多呈輻射狀[9]。2.2鋼筋類型鋼筋在使用過程中有易銹蝕的隱患，因此一些無銹蝕危害的高模量纖維塑料筋開始應(yīng)用于工程中。為此，學(xué)者們對其與混凝土之間的黏結(jié)性能進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[38]采用拔出試驗(yàn)和梁式試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法研究了AFRP筋與C25~C65不同強(qiáng)度混凝土的黏結(jié)性能，考慮了包括直徑、埋長、配箍率等多個(gè)因素。研究指出，AFRP筋表面肋的剪切強(qiáng)度和剛度對黏結(jié)破壞模式有重要的影響。FRP筋的彈性模量低于鋼筋的彈性模量，因此FRP筋在受力過程中的變形明顯大于鋼筋的受力變形，導(dǎo)致混凝土開裂較鋼筋混凝土嚴(yán)重，降低了結(jié)構(gòu)的使用性，破壞時(shí)以筋材表面肋被銷弱或受剪破壞為主[10]，因此應(yīng)對FRP筋表面加工質(zhì)量行改善來提高黏結(jié)強(qiáng)度。當(dāng)混凝土強(qiáng)度大于30MPa時(shí)，強(qiáng)度對破壞形式影響不大，當(dāng)混凝土強(qiáng)度為15MPa左右時(shí)，混凝土強(qiáng)度會(huì)直接影響其黏結(jié)性能。3.其他因素鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在服役期間會(huì)受到外界環(huán)境的影響，如堿-骨料反應(yīng)、凍融循環(huán)、溫度變化等。外界環(huán)境會(huì)引起混凝土性能的變化，進(jìn)而影響到其與鋼筋之間的黏結(jié)性能。C40混凝土經(jīng)歷過500次凍融循環(huán)后，其與鋼筋之間的黏結(jié)強(qiáng)度可降低50%以上[11]；溫度升高到500℃時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度會(huì)減小60%。堿-骨料反應(yīng)可使黏結(jié)強(qiáng)度降低24%，試件破壞時(shí)，自由端滑移較大。橫向鋼筋在黏結(jié)性能中起著重要的作用。在構(gòu)件設(shè)計(jì)中，通常設(shè)置最小配箍率來滿足剪力和扭轉(zhuǎn)所需的最小配筋率。配置箍筋可以防止混凝土發(fā)生劈裂破壞從而提高劈裂黏結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而提高極限黏結(jié)強(qiáng)度，并使試件的破壞形式由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@的塑性破壞[12]。4.結(jié)論鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)性能與鋼筋及混凝土的性能息息相關(guān)，混凝土配制過程中膠凝材料、骨料、水灰比，混凝土的性能包括強(qiáng)度、保護(hù)層厚度，鋼筋外形特征、鋼筋類型、直徑黏結(jié)長度等都會(huì)影響?zhàn)そY(jié)性能。此外黏結(jié)試驗(yàn)方法、試件形式、加載方式、混凝土養(yǎng)護(hù)方法、耐久性及箍筋等也會(huì)對黏結(jié)性能造成影響。黏結(jié)性能復(fù)雜，影響因素眾多，對于不同混凝土基體及鋼筋不能簡單套用。同時(shí)由于黏結(jié)的復(fù)雜性，有關(guān)黏結(jié)理論的分析也未夠成熟，需要進(jìn)一步的研究分析。參考文獻(xiàn)：[1]王傳志，滕智明.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1985.[2]歐陽東.稻殼灰對高強(qiáng)超高強(qiáng)混凝土鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度的影響[J].工業(yè)建筑，2003，33（11）：46-48.[3]DOUGC，JERRYS，JASONV.Structuralapplicationof100percentflyashconcrete[A].2005worldofCoalAsh，April11-15，2005，Lexington，KentuckyUSA：1-19.[4]MAHDIA，WOLFEMH，VOLZJS.Acomparativestudyofthebondstrengthofreinforcingsteelinhigh-volumeflyashconcreteandconventionalconcrete[J].ConstructionandBuildingMaterials，2013，40：919-924.[5]徐有鄰.變形鋼筋-混凝土黏結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究[D].北京：清華大學(xué)，1990.[6]王冰，李學(xué)章，計(jì)學(xué)閏.浮石混凝土與變形鋼筋黏結(jié)錨固性能的研究[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，31（6）：30-37[7]趙曉麗，陳穎，陳其安，等.橫肋對稱與橫肋非對稱鋼筋黏結(jié)錨固性能的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2008，38（6）：67-70.[8]徐有鄰，沈文都.鋼筋外形對黏結(jié)性能的影響[J].工業(yè)建筑，1987（3）：26-30.[9]何榮炳，江世永，熊曄.AFRP筋混凝土黏結(jié)強(qiáng)度和錨固長度的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2008，38（7）：71-74.[10]郭恒寧，張繼文.FRP筋與混凝土黏結(jié)滑移性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2006（8）：1-4.[11]RAMIHH，KARIMSN.Effectofalkali-silicareactionandfreezingandthawingactiononconcrete-steelbond[J].ConstructionandBuildingMaterials，2007，21（2）：428-435.[12]HAMADBS，MACHAKAMF.Effectoftransversereinforcementonbondstrengthofreinforcingbarsinsilicafumeconcrete[J].MaterialsandStructures，1999（32）：468-476.現(xiàn)代混凝土新技術(shù)班級：建工12-1姓名：成建強(qiáng)學(xué)號：1223040101日期：2015.05.10基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用單片機(jī)在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機(jī)的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計(jì)基于MSP430單片機(jī)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與回放功能的嵌入式電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)控制的電磁振動(dòng)式播種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)的WDR-01