植筋法新老混凝土结合面剪切性能研究综述

夏铭禹

【摘 要】就影响新老混凝土粘结性能的主要因素，新老混凝土结合面处理方法，修补材料的选择和应用，粘结剂的种类，植筋拉拔机理和计算，植筋影响因素五个方面的问题进行了论述。得出对既有结构植筋加固的重要性。

【关键词】新老混凝土 结合面处理方法 粘结性能 植筋

0 引言

近年来，混凝土修补已成了结构工程的一个分支，新老混凝土粘结性能研究受到了广大工程界的关注。

国外关于新老混凝土粘结性研究较成熟，不仅制定相关规范和标准，并侧重不同深度、介质钢筋上或混凝土内氧化物等环境对植筋腐蚀及钢筋强度的影响，而且研究植筋尺寸和梁尺寸效应的影响。美国E.Walte和 P.Meier[1]最早提出新老混凝土结合使用机械连接方法。继而F.Seible和C.T.Latham将机械连接件用于桥梁面板全深混凝土结构铺装修补，试验结果表明可以有效提高修补桥梁的抗剪性能和使用寿命。此外，《瑞典混凝土结构工程》（Swedish Regulation for Concrete Structures）规定要增加钢筋连接用以提高叠合构件抗剪性能。欧洲和美国混凝土规范也规定，在剪力比较大情况下必须要依靠钢筋连接件加强保证结合面的抗剪能力。

国内关于设置钢筋连接件新老混凝土的研究相对较少，大多为验证性试验，很少能提出具体的植筋规范规程。最早大连理工赵志方[3]教授通过改善新老混凝土界面粘结来提高界面粘结强度。郑州大学张雷顺教授对不同植筋率、不同界面处理方式的新老混凝土界面进行试验研究，并将研究成果应用于实际钢筋混凝土桥面板加固整修中，实践结果表明设置钢筋连接件可以有效提高修补桥面使用寿命。

1植筋技术理论依据

新老混凝土界面粘结力主要来自范德华力，机械咬合力，化学力和表面张力。新老混凝土结合面是薄弱部位，新老混凝土在结合面上发生的破坏主要是由于垂直于结合面的拉应力过大产生的结合面张拉破坏，以及平行于结合面的剪应力过大产生的沿结合面滑动剪切破坏，或二者兼而有之[2]。因此结合面粘结剪切强度是衡量结合面力学性能的重要指标。而采用机械连接方法可以抵抗较大的剪力和拉力，提高结合面的粘结强度。

2影响新老混凝土粘结性因素

2.1由新老混凝土粘结力的来源可知，影响粘结性的因素归纳为如下

2.1.1结合面处理方法

新老混凝土结合面处理的目的在于增大新老混凝土之间机械连接力，从而提高粘结性能。具体方法如下：

1）人工打毛法

2）喷丸（砂）法

3）高压水射法

4）钢刷刷净法

2.1.2混凝土强度影响

修补混凝土的一般步骤是1）表面处理；2）浇粘结层或涂粘结剂；3）浇筑新混凝土；4）养护。表面处理是要清除老混凝土结合面上所有损坏的，松动的和附着骨料、砂浆及杂质杂物。然后浇筑新混凝土层。对于未设置钢筋连接件的新老混凝土，混凝土强度主要指的是抗拉强度。

2.1.3粘结剂的选择和使用

新老混凝土粘结界面是个薄弱层，提高新老混凝土层的完全粘结是保证结构修补成功的关键。

2.2新老混凝土植筋抗拔研究

2.2.1 植筋工艺

设置锚固钢筋又称植筋，是在原有混凝土构件上用专用工具钻孔，然后在孔中关注结构胶并把钢筋植入已有结构物中，带粘结材料固化后，通过粘结锚固使钢筋能作为构造或受力筋使用的一种钢筋锚固技术[4]。植筋的的主要步骤为1）定位；2）钻孔；3）清孔；4）把即将植筋的接触面凿粗糙；5）结构胶；6）植筋。

2.2.2 粘结机理

钢筋和混凝土之间的粘结力由三部分组成：

1）混凝土中的水泥交替在钢筋表面产生的化学粘着力和吸附力，其抗剪极限值取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度，当钢筋受力后有较大变形、发生局部滑移后，粘着力就丧失了。

2）周围混凝土对钢筋的摩阻力，当混凝土的粘着力破坏后发挥作用。他取决于混凝土发生收缩或者荷载和反力等对钢筋的径向压应力，以及二者间的摩擦系数。

3）钢筋表面粗糙不平，或变形钢筋凸肋和混凝土之间的机械咬合作用，即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力。其极限值受混凝土的抗剪强度控制。

影响植入钢筋的主要因素如下：

2.2.3植筋破坏形式

研究表明[5]，不同植入深度的钢筋，在拉拔试验中表现为不同的破坏形式主要有1）混凝土锥面破坏；2）钢筋拔出破坏；3）钢筋颈缩后断裂

3 植筋的影响因素

植筋的粘结性能相对于普通钢筋混凝土中的钢筋与混凝土的粘结要复杂得多，影响其粘结性能的因素很多。如老混凝土的强度、粘结剂的性能、钻孔清孔情况、锚固长度、孔径、环境温湿度、老混凝土受约束情况等。

3.1混凝土强度

试验表明，在其他条件相同的情况下，平均粘结强度随混凝土强度提高而提高。主要是因为随着混凝土强度提高，混凝土和植筋胶之间的化学吸附力及机械咬合力提高，使得胶体与混凝土间的粘结力增大；同时，由于混凝土强度提高，其抗拉强度随之增大，延迟了混凝土内部裂缝的产生，限制了裂缝的发展，从而提高了极限粘结强度。

3.2植筋深度

随着植筋深度的增加，粘结强度也随之增大，粘结应力的分布也趋于均匀，极限荷载也相应增大。但平均粘结应力随着深度的增加而降低。

3.3植筋胶液的性能

由于植筋胶生产厂家较多，性能不一，不同的植筋胶试验结果不同，因此，植筋胶的性能（包括抗壓、抗剪、抗拉等）对粘结强度有较大的影响。

3.4施工温度

植筋的施工温度直接影响植筋胶的固化时间。一般情况下，植筋所用植筋胶的固化时间随温度的升高而缩短；植筋的环境湿度直接影响胶液的固化时间和力学性能的发挥，故应确保环境温度不致过高。

4、有待进一步研究的问题

4.1应进行大量的试验工作以便得到较好的界面粘结剂及修补材料；

4.2进行微观试验分析以进一步揭示新老混凝土粘结机理；

4.3对新老混凝土粘结区的初应力进行分析和研究。

5 结论

以上论述了，影响新老混凝土粘结性能和植筋系统的影响因素，在新老混凝土结合面设置钢筋连接件不仅可以提高粘结强度而且可以改变结构的破坏形式，使结构破坏具有延性，具有十分重要的工程意义。

参考文献：

[1] E.Walter and P.Meier.The use of mechanical dowels as bond elements between new and old concrete.Adherence of young on old concrete，edited by Folker H.Wittmann，AEDIFICATIO，Verlag，Unterengstingen，1994

[2] 高作平，甘良绪，刘小明.新老混凝土界面连接技术[J].水利水运科学研究，1998.03

[3] 赵志方.新老混凝土粘结机理和测试方法[D].大连理工大学博士学位论文，1998

[4] 伏亮明，张海波，陈明祥.混凝土植筋锚固试验研究[D].水力发电，2002

[5] 周新刚.混凝土植筋锚固性能分析.岩石力学与工程学报，2003，22（7）：1169-1173.