钢筋与混凝土粘结本构关系的试验研究

【摘要】这篇文章首先对钢筋与混凝土粘结本构关系的研究的意义进行了阐述，然后对试验研究进行了阐述，最后对钢筋与混凝土粘结本构关系的的研究进行了剖析。

【关键词】钢筋与混凝土粘结本构关系，试验研究

中图分类号：TV331 文献标识码： A

一、前言

社会在发展，科学在进步钢筋与混凝土粘结本构关系试验的应用范围也越来越广，为了更好地完善施工质量，保证工程的质量，有必要对该施工技能进行深入研究讨论。

二、钢筋与混凝土粘结本构关系的研究的意义

近年来，结构加固已成为结构工程研究与应用领域中的一门新兴学科，结构加固技术的研究已成为国内外研究的热点。目前比较成熟的加固方法有增大截面加固法、外贴型钢加固法、置换混凝土加固法、外加预应力加固法，增设支点加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法等。这些方法各有千秋，且各自适应一定的条件。目前结构加固通常仅采用其中一种方法，实行“单兵作战”。然而工程实践表明，单纯采用一种方法对结构进行加固，往往收不到很好的效果。由于每种方法各有优劣，因此有必要考虑同时采用几种加固方法对结构进行综合加固，以达到优势互补、综合效果最优的目标。采用增大截面法和预应力加固法综合加固技术对原梁进行加固，可以较加大程度提高梁的承载力，暂称此法为增大截面有粘结预应力加固法。

三、试验研究

1、试件设计

按照混凝土结构试验方法的标准，设计试件尺寸为100mm×100mm×100mm，钢筋直径为14mm，浇筑于长方体的中心位置，钢筋设计粘结长度为50mm，钢筋无粘结部分均用环氧树脂涂层，在试件的一端位置，采取塑料套管包裹钢筋，试件的具体尺寸如图1所示，采用混凝土材料为42.5级普通硅酸盐水泥、天然中砂和粒径小于16mm的碎石，混凝土配合比为水泥：水：砂：石=1：0.42：1.58：2.18，并预留混凝土立方体试件，标准养护28天后，实测混凝土立方体平均抗压强度为51.5MPa，碳纤维布厚度为0.167mm，抗拉强度为4532MPa，弹性模量2.5×105MPa，伸长率为1.7%。

2、钢筋锈蚀

采用电化学加速锈蚀的方法进行钢筋锈蚀，钢筋的理论锈蚀率设定为0%，3%，6%，9%和15%，采用法拉第定律进行计算，如式（1）所示，钢筋在通电锈蚀前，将钢筋混凝土试件放入5%的氯化钠溶液中2天，使得氯化钠溶液能够渗透到钢筋表面，钢筋通电锈蚀过程中，每一组锈蚀率试件进行串联通电，保证相同钢筋锈蚀率，试件加载完成后，将钢筋从试件中取出，按照锈蚀前后钢筋的质量损失率计算钢筋的实际锈蚀率。

3、碳纤维布加固和加载

当钢筋锈蚀率达到设计值时，将试件取出并进行晾干，对每一组锈蚀率的其中一个试件进行碳纤维布加固，所有碳纤维布加固试件养护完成后，在万能试验机进行加载测试。

4、试验结果和分析

（四）、碳纤维布对粘结力的影响

对于无碳纤维布加固的试件，当钢筋锈蚀率低于2.6%时，钢筋与混凝土的粘结力稍微提高，其原因是钢筋的锈蚀填充了钢筋与混凝土的缝隙，增加了混凝土的对钢筋的摩擦力；而后，随着钢筋锈蚀的增加，粘结力急剧下降；在相近的钢筋锈蚀率下，碳纤维布加固的试件，其粘结力显著提高，主要因为碳纤维布约束了混凝土裂缝的开展，对混凝土周围产生挤压力，提高了其粘结力。

（二）、碳纤维布对破坏状态的影响

对于无碳纤维布加固的试件，试件发生混凝土劈裂破坏，主要原因是在钢筋拔出过程中，变形肋对周围混凝土产生斜向挤压力，斜向挤压力使得混凝土中产生环向拉力，当拉力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土保护层产生劈裂裂缝，其粘结力同样急剧降低。

对于碳纤维布加固的试件，试件发生钢筋拔出破坏，主要原因碳纤维布在钢筋拔出过程中，限制了混凝土的应变，约束了钢筋周围混凝土裂缝的开展和延伸，因此，钢筋从试件中拔出。

四、钢筋与混凝土粘结本构关系的的研究

1、新老混凝土粘接性能

影响粘接性能最重要的因素就是老混凝土表面的粗糙度。对于处理老混凝土表面而言，比没有处理表面的结合面粘接强度要高。对处理粗糙度的方法可分为化学处理、机械处理、喷射处理三类。经常使用的化学处理方法有化学酸腐蚀法。常使用的机械处理方法有汽锤凿毛法、机械刻痕法、钢刷划毛法、人工凿毛法。常用的喷射处理方法有：喷蒸气法、喷烧法、真空喷砂法、喷砂法、高压水射法。老混凝土的粗糙度过大的话会降低粘结性能，大大减弱对粘接面力学性能。所以，预测和评价新老混凝土粘结性能的关键就在于对老混凝土表面粗糙度的评定。在日常的方法中被广泛使用并操作简单的方法是灌砂法。新老混凝土结合面粘结性能试验主要有新老混凝土断裂性能试验、新老混凝土粘结的双轴拉压强度试验、新老混凝土粘结的斜剪、拉压剪、压剪、拉剪、直剪试验、新老混凝土粘结的单拉劈裂抗拉试验、新老混凝土粘结的抗折性能试验等。在越来越多的新技术、新材料被应用于结构的加固维修时，植筋技术已经在桥梁的加固、维修中广泛应用了。与普通混凝土的钢筋相比较，植筋在已经硬化的混凝土上成孔后，将钢筋植入其中，植筋与混凝土的粘结强度与先置入钢筋再浇筑混凝土的普通钢筋混凝土所使用的钢筋不同。植筋粘结强度比正常锚固在混凝土中的钢筋的粘结强度要大。

2、新老混凝土粘结在桥梁加固中的应用

研究桥梁的维修加固方法，要根据桥台基础地质情况、评估报告、检测结果等考虑对该桥进行加固后的使用特性。加固的方法一般通过增加拱圈截面面积来提升桥的承载能力，进而达到拓宽桥梁、加固桥梁的目的。对于桥结构的修补和加固可采用如下方法：根据评估报告，对桥梁的腹拱、拱波等部位裂缝进行修补。裂缝的宽度较小时，为了使其成为一体受力，可以采用毕可法压注液态环氧树脂类的化学胶液方法进行处理。为了增强桥梁的整体刚度、提高桥梁的承载能力、增大拱圈截面的面积，可以采用钢筋混凝土对拱波空心内腔部分进行填筑。在拱肋上使用植筋的技术且加挂钢筋网来保证施工的质量，采用自密实微膨胀混凝土既大大降低了施工的难度，又达到了加固的效果。例如：在对某地区大型立交桥进行加固维修时，工程采用了对原桥面进行凿除后增加新铺装来进行加固的设计方案。其处理方式采用表面刻槽的界面处理方式，刻槽的净距为四十厘米，宽度为四十厘米，深度为两厘米。钢筋的间距为四十厘米，其植入的深度为十厘米。为了减轻因混凝土的自重而对承载力的不良影响，新桥面的铺装可以采用厚度为十六厘米或八厘米的聚丙烯纤维混凝土，并将PVC管设置在简支梁厚度为十六厘米的桥面铺装混凝土中。由此我们可以看出，对于结构整体的承载力而言，大箱梁上八厘米桥面铺装没有起到关键作用，相反，还同时扩大了结构的计算裂缝。应在实际设计和施工中严格控制新老混凝土的尺寸比例，不能只是控制大箱梁桥面铺装的植筋质量、桥面粗糙程度等。在实际的施工中，施工人员应对新老混凝土的粘结作用以及其注意事项充分地认识与掌握，才不会在施工质量方面导致缺陷。尤其是对大型桥梁而言，更要注重施工工序的合理性。

五、结束语

随着社会的不断发展，对钢筋与混凝土粘结本构研究需求也越来越高，这就需求建筑施工单位必须加强对钢筋与混凝土粘结本构关系的研讨，并努力提高施工技能水平，为建筑工程的质量打下坚实的基础。

参考文献

[1]万墨林，等.混凝土结构加固技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2010

[2]孙宝俊，李延和，李秉男.混凝土综合加固技术及其应用[J].工业建筑，2011

[3]林同炎，NEDH.BURNS.预应力混凝土结构设计[M].北京：中国铁道出版社，2010