再生混凝土—钢筋粘结性能研究

李 飞 张晓奇 杨 曦 李 雪

（1. 工程结构和新材料北京市工程技术研究中心，北京建筑大学，北京 100044；2. 北京建工混凝土构件有限公司，北京 102600）

概述

混凝土与钢筋之间的粘结性能提供了两者共同工作的基础，因此再生混凝土与钢筋之间的粘结特性对于再生混凝土能否作为结构混凝土至关重要。近年来，随着再生混凝土技术研究的逐步深入，工程设计和施工等方面都迫切需要了解再生混凝土与钢筋之间的粘结性能[1]。目前对再生混凝土的研究多集中在再生凝土基本力学性能上，而对再生混凝土与钢筋粘结性能的研究较少[2,3]。此外，粉煤灰作为一种掺合料在混凝土中的应用越来越普遍，但是对粉煤灰混凝土与钢筋粘结性能的研究却很少，尤其是粉煤灰对再生混凝土与钢筋的粘结的影响，因此研究粉煤灰对再生混凝土与钢筋之间的粘结性能有重要的理论意义和实际意义。

1 试验方法与原材料

水泥使用金隅P.O.42.5普通硅酸盐水泥；再生粗骨料由北京元泰达环保建材科技有限公司提供；钢材为HRB335（螺纹）和HPB235（光圆）两种。参照《混凝土结构试验方法标准（GB 50152-92）》，本试验采用100mm×100mm×100mm的混凝土立方体试件，并且钢筋放置在立方体的中轴线上，粘结长度均为100mm。

试验中采用0.35，0.44，0.52三个水胶比，分别在对照组的基础上以50%、100%再生骨料取代粗骨料，通过掺加适量减水剂调整坍落度为50mm～70mm。在此基础上，改变水胶比0.44组粉煤灰掺量（分别为25%、50%）对比粘结强度的相应变化。表1为混凝土配合比设计。

实验结果与分析

1.1 再生骨料对再生混凝土粘结强度的影响

随着再生骨料掺量的增加，各组混凝土粘结强度不断降低（如图1）。这是因为，再生骨料的颗粒棱角多，表面粗糙，组成中包含着相当数量的硬化水泥砂浆，其本身孔隙率较大，且在破碎过程中内部往往会产生大量具有一定尺寸的裂纹。资料显示[4]，再生粗集料取代率从10%增大到30%和50%时，再生混凝土的总孔隙率分别增长了1.1%和1.6%，从而造成了再生混凝土与钢筋之间机械咬合力的逐渐减小。

一般情况下，再生骨料混凝土的抗压强度低于基体混凝土或相同配比的普通混凝土的抗压强度，而再生混凝土与钢筋的粘结强度随其抗压强度的提高而提高[5]。这与试验结果是相符的，并且水胶比越低，粘结强度越高。对于12mm光圆钢筋，其立方体抗压强度与粘结强度之间存在比较良好的线性关系（如图2）。M.Etxeberria[6]等人认为再生骨料掺量为50%或100%时采用低水胶比可以改善再生骨料本身的多孔性。

表1 配合比设计（kg/m 3）

表2 再生骨料不同掺量各钢筋粘结强度τ（MPa）

图1 12m m螺纹钢28天粘结强度随再生骨料掺量变化

图2 12mm光圆钢的fcu与τ的线性关系

1.2 钢筋对再生混凝土粘结强度的影响

如图3所示，不同再生骨料掺量12mm螺纹钢粘结强度均比12mm光圆钢和20mm螺纹钢高。肖建庄[1]等利用拔出试验，发现无论是普通混凝土还是再生混凝土，其与HRB335钢筋的粘结强度均高于与HPB235钢筋之间的粘结强度，提高约100%，这主要是钢筋外形对粘结强度的贡献。另外，变形钢筋的外形参数不随直径成比例变化，因此对于直径较大的变形钢筋，可能由于肋的相对受力面积减小，而导致粘结强度有所减小。

图3 钢筋类型及直径对粘结强度的影响

表3 C 30粉煤灰不同掺量各钢筋粘结强度τ（M Pa）

图4 12m m光圆钢与混凝土粘结强度随粉煤灰掺量变化

1.3 粉煤灰对再生混凝土粘结强度的影响

掺入粉煤灰后，粘结强度随再生骨料掺量增加而降低的趋势没有明显变化。但是,不掺再生骨料时，各钢筋与混凝土的粘结强度都是随着粉煤灰掺量的增加先增后降；掺入再生骨料后，12mm螺纹钢保持相同的趋势，而12mm光圆钢与20mm螺纹钢则不断下降（如图4、图5）。

对0%、10%、20%、30%、40%五种不同粉煤灰掺量再生骨料混凝土的孔隙率进行研究,发现随粉煤灰掺量的增加,再生骨料混凝土的孔隙率总体上逐渐呈下降趋势[7]。12mm螺纹钢和20mm螺纹钢在粉煤灰掺量为25%时的差异可能是由于直径越大的钢筋，相对粘结面积越小,因此变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结应力和极限粘结强度随着钢筋直径的增加而减小，从而抵消由于粉煤灰填充作用带来的粘结强度的提高。高春[8]的试验研究发现单掺粉煤灰时，再生混凝土的粘结强度随着粉煤灰掺入量的增大而减小。粉煤灰取代率为20%时，粘结强度降低幅度均超过了10%，在取代率为40%时，降低幅度均达到了25%左右，幅度较大。并且掺合料在早期只起到填充作用，活性还没有充分激发出来，不能提供光圆钢筋与再生混凝土粘结所需要的化学胶着力。

图5 12m m螺纹钢与混凝土粘结强度随粉煤灰掺量变化

图6 12m m螺纹钢随再生骨料掺量相对粘结强度变化

图7 12m m螺纹钢粘结强度与抗压强度平方根的关系

如图6所示，通过掺加粉煤灰可提高再生混凝土的相对粘结强度,并且12mm螺纹钢与再生混凝土的粘结强度和混凝土抗压强度的平方根呈线性关系（如图7）。表明，在相同立方体抗压强度条件下可以通过掺加粉煤灰提高钢筋与混凝土的粘结强度来满足工程需求。Valeria Corinaldesi[9]认为再生混凝土通过掺加粉煤灰改善了孔结构，尤其是大孔的体积减小。所以抗压强度相同时，通过掺加粉煤灰可提高再生混凝土与钢筋的粘结强度。

结论

（1）随着再生骨料掺量的增加，各组混凝土粘结强度不断降低，并且水胶比越低，粘结强度越高。同时，对于12mm光圆钢筋，其立方体抗压强度与粘结强度之间存在比较良好的线性关系。

（2）变形钢筋相对光圆钢筋提高了与混凝土的粘结强度，并且直径较大，粘结强度有所减小。

（3）掺入粉煤灰后，粘结强度随再生骨料掺量增加而降低，但是提高了再生混凝土与钢筋的相对粘结强度。表明在相同立方体抗压强度条件下可以通过掺加粉煤灰提高钢筋与混凝土的粘结强度来满足工程需求。

[1] 肖建庄。再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能，同济大学学报，2006.1。

[2] 胡琼。再生混凝土粘结性能试验研究，哈尔滨工业大学学报，2010.12。

[3] 李旭平。再生混凝土基本力学性能研究，建筑材料学报，2007.12。

[4] 安新正。再生混凝土与钢筋的粘结性能试验研究，河北工程大学学报，2010.9。

[5] 肖建庄。再生混凝土技术研究最新进展与评述，混凝土，2003.10。

[6] M. Etxeberria. M icrostructure analysis of hardened recycled aggregate concrete. Magazine of Concrete Research . 2006.12.

[7] 张剑波。再生骨料混凝土孔隙结构的试验研究.硅酸盐通报，2011.2。

[8] 高春。活性掺合料对再生混凝土与钢筋粘结性能的影响.工程技术，2009（13）。

[9] Valeria Corinaldesi. Influence of mineral additions on the performance of 100% recycled . Construction and Building Materials . 2009（23）.