新型高强钢筋与混凝土粘结锚固性能试验

新型高强钢筋与混凝土粘结锚固性能试验

蒲明杨

身份证号码： 45032819900421****

摘要：近年来，随着科技的迅速发展，房建项目的规模也在逐渐的增多，钢筋混凝土的等级和标号也随着社会的进程而发生着改变，如今，高强度的钢筋和混凝土在国内国外发展非常迅速，也是建筑行业未来所发展的方向。目前国内较为新型的高强钢筋为HTB650，该类型有着非常良好的应用前景，其屈服强度达到了惊人的700MPa以上。本篇文章，通过对新型高强度钢筋和混凝土粘结锚固性能的试验来体现出新型材料的特点，给相关建设人员以依据。

关键词：高强钢筋；高强混凝土；粘结锚固；试验；

1. 引言

钢筋之所以可以与混凝土协同作用，主要是因为这两中材料可以进行粘结锚固，且有相同的线膨胀系数，另一方面，混凝土受压能力较强，但是受拉能力较差，而钢筋有着交往的抗拉性，故而，在混凝土中放入钢筋，使得结构更加的稳定，且有较好的承载力。通过粘结锚固的作用，钢筋与混凝土可以实现荷载的相互传递，可以协同承担受力。从上个世纪九十年代开始，就有很多相关研究人员及学者对高强度的钢筋和混凝土进行研究拓展，对两种材料之间的粘结锚固进行了一系列的研究。近些年，国内也有不少学者对500MPa的钢筋进行研究，结果发现，因为混凝土强度较低，对高强钢筋和高强混凝土粘结锚固的研究还非常少，而且《混凝土结构设计规范》 (GB 50010--2010） 纠规定在计算锚固长度时， C60以上的混凝土按C60取值。 伴随着高强度材料的应用推广， 如何减小锚固长度， 优化现有锚固理论、 开展针对高强材料锚固理论的研究日益重要。

2. 钢筋与混凝土的黏结锚固的基本问题

1、钢筋与混凝土的黏结锚固机理

钢筋与混凝土之间的黏结作用主要以下有三部分组成：

1. 混凝土和钢筋之间存在一定的胶结力。这种内力的产生主要是因为混凝土在浇筑的时候，其水泥浆渗透入钢筋表面，使得钢筋表面产生氧化作用，形成的氧化层与水泥晶体反应所产生的的硬化所导致的。

2. 钢筋和混凝土之间存在摩擦阻力

主要成因在于混凝土在凝固的时候会发生收缩反应，使得钢筋与混凝土之间存在压应力，两者相接触时，便产生了摩擦阻力。

3. 二者之间存在机械咬合力

光圆钢筋的咬合力主要是由于钢筋表面本身的粗糙和不平产生的，而对于变形钢筋，则主要是钢筋的肋对混凝土有挤压。

综上所述，钢筋混凝土之间的作用机理便是以上三类，根据不同的钢筋类别，其作用机理不尽相同，但是对于试验人员而言，了解作用机理是试验的前提和保证。

2. 黏结锚固的试验研究方法

钢筋与混凝土之间的黏结问题年代久远，其应用的方法众多，常见的包括试验研究和分析研究。 具体到试验方法主要有两种：

（1）直接拉拔试验,该类方法最大的特点就是简便易行，而且可以很好的模拟钢筋与混凝土之间的黏结。 但是拉拔试验只能模拟直接受拉， 而不能很好地模拟复杂受力情况下的黏结。

（2）弯曲拔出试验， 包括半梁氏试验和梁氏试验。 该试验方式可以更加准确的模拟实际情况， 但是试验过程比较复杂。

3、黏结强度的影响因素

对于影响钢筋与混凝土之间的黏结性能的因素很多，常见的因素包括混凝土的强度、混凝土的保护层厚度、锚固长度、配筋率。现阶段而言，许多研究成果指出，混凝土强度越高，其粘结程度越高；混凝土保护层厚度越大，钢筋间距越大，混凝土对于钢筋的约束作用越强，可以有效防止混凝土的劈裂破坏，黏结强度越大。 对于支座处的混凝土来说，支座对钢筋混凝土锚固区提供了侧向压力， 使得钢筋与混凝土之间的摩擦阻力变大， 从而可以提高黏结强度。

3. 试验现象

试验之初，拉拔力较小的时候，所参与试验的构件表面未出现明显的变化，其自由端也未见滑动和平移现象。随着随着荷载的不断增大，自由端滑移开始增长；当临近极限荷载时，先在加载端出现裂缝，随之滑移量迅速增大，裂缝向自由端发展，最终发生破坏。根据每次试验所记录的参数不同，试件主要的破坏类型分为三种模式，分别为混凝土劈裂破坏、 钢筋拔出破坏和钢筋颈缩破坏。如下进行详细的分析：

（1）混凝土劈裂破坏。

对于没有进行箍筋配置的试件而言，当相对锚固的长度和保护层厚度较为小时，试验构件一般会发生劈裂破坏。当钢筋的直径较为小的时候，钢筋的屈服荷载较小，部分试件在劈裂破坏前钢筋已经屈服，但是并没有发生颈缩现象。当钢筋放置在试件的中心的时候，试件发生了破坏；若偏心放置钢筋时，保护层厚度较为薄弱的一侧会优先发生裂痕，当继续作用时，该一侧发生了主劈裂缝。综上所述，与普通等级的混凝土相比较，高强度混凝土的破坏更加的迅速和突然，脆性破坏更加的明显，在达到极限拉拔力之后会迅速的劈裂开，没有缓冲。

（2）钢筋拔出破坏。当在所示构件中配置箍筋的时候，因为有箍筋的约束，使得纵向的裂缝不在继续发展下去，发展受限，但是试件的开裂后并未立马发生破坏，而是逐渐向破坏现象延伸，当达到了极限的承载力之后，试件并未发生破坏断裂，而是将内部的钢筋缓慢的拔除，表现出了较好的延展性。

（3）钢筋颈缩破坏。对于相对锚固长度较大或者保护层厚度较大以及横向钢筋配箍率较大的情况下，随着荷载的逐渐增大，钢筋逐渐发生屈服，继续加重荷载，钢筋进一步出现屈服，屈服更加明显，随着荷载的递增，钢筋最终发生颈缩破坏， 试件也没有出现劈裂贯通裂缝。

4. 验结果及分析

1. 混凝土强度的影响

混凝土的抗拉强度Z越高， 则伸入钢筋横肋间的混凝土咬合齿越强，握裹层混凝土的劈裂就越不容易发生，故粘结作用越强。试验结果表明，随着混凝土抗拉强度Z的增大， 粘结锚固强度下，增大。

2. 护层厚度的影响

相对保护层厚度c／ d较小时， 混凝土对钢筋的横向约束较小； 随着保护层厚度c／ d的增大， 约束作用变大， 握裹层混凝土越难发生劈裂， 粘结锚固强度越大； 当保护层厚度增大到一定值时， 因发生无劈裂的拔出破坏， 粘结锚固强度不再提高。

3. 钢筋直径的影响

从受力机理上看， 直径越大的钢筋， 由于相对粘结面积的减小， 极限粘结锚固强度降低。从钢筋的外形上看， 当钢筋的直径增大时，相对肋面积增加不多， 但横肋的相对高度却会不断减小，在生产较粗钢筋时虽以加密肋间距来弥补由此引起的咬合力不足，但是其粘结锚固强度仍旧减小。

试验结论：（1）高强钢筋与高强混凝土粘结锚固试验的试件破坏模式随着试件参数不同主要分3类：混凝土劈裂破坏、钢筋拔出破坏和钢筋颈缩破坏。使得高强混凝土和高强钢筋试件的破坏作用变成脆性破坏，突然性的破坏，在构件达到极限的拉应力之后，构件便出现瞬间的破坏，其延性较差，因而，实际操作时，应当配制一定量的箍筋，以此方法来改善构件的延展性。

（2）试验情况与一般的普通强度的钢筋和混凝土较为相似，高强度混凝土和高强度钢筋的粘结锚固强度随着混凝土抗拉强度的提高而提高。对于保护层厚度和横向配箍率来说，其值越大，构件之间的粘结锚固强度越大，相反的，钢筋直径增大的时候，反而导致粘结锚固强度减小。

（3）在设计院人员进行设计时，需注意，设计锚固长度时，当强度大于等于C80时，混凝土轴心抗拉强度设计值上按C80取值时，相关规范中的计算公式仍适用。

而当混凝土强度等级高于C60时，不同强度等级的混凝土所需的锚固长度是一般不尽相同。而对于强度高于C60的高强度混凝土时，在进行施工之前，应当进行大量的试验来对其进行可行性分析和可靠度分析，提出专门针对高强混凝土的锚固长度计算公式，而不应该简单地按C60取值。

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