钢筋粘结强度影响因素量化分析及混凝土配合比优化

程志寅

(浙江天达环保股份有限公司， 杭州　310006)



钢筋粘结强度影响因素量化分析及混凝土配合比优化

程志寅

(浙江天达环保股份有限公司， 杭州310006)

摘要：本文采用正交分析法，研究了4种掺合料、4种水胶比和4个养护龄期对钢筋/混凝土粘结强度的影响．分析结果表明，在影响钢筋/混凝土粘结强度的以上三大因素中，养护龄期对钢筋粘结强度的贡献率最大，为67%左右，其次是掺合料，为24%左右，最后是水胶比，仅9%．并以钢筋/混凝土粘结强度为指标，得到了混凝土的最佳配合比．

关键词：粘结性能；配合比优化；影响因素；定量分析

影响钢筋/混凝土粘结强度的因素有很多．其中，水胶比、掺合料和养护龄期是影响钢筋/混凝土粘结强度最主要的材料因素．在水泥强度相同的情况下，混凝土的强度主要决定于水胶比．水胶比越小，水泥的强度越高，与骨料的粘结力也越大，混凝土的强度就越高[1]．当提高混凝土的强度，它和钢筋的化学粘着力和机械咬合力随之增加[2]．结合关于混凝土强度与钢筋/混凝土粘结强度的关系，可以得知，养护龄期的增长将有助于提高钢筋/混凝土粘结强度的大小．

掺合料对钢筋/混凝土粘结强度影响的研究已有不少资料．周万良等人[3]研究了超细粉煤灰对于钢筋/混凝土粘结强度的影响，结果表明在水胶比不变的情况下高性能钢筋/混凝土的粘结强度随着粉煤灰掺量的增加而减少，当粉煤灰掺量在30%以内时，对高性能钢筋/混凝土粘结强度的影响很小，当粉煤灰掺量达到50%时，对粘结强度的影响很明显．所以本次试验设计粉煤灰掺量30%．根据彭华群等人研究表明[4]，矿粉的加入将使钢筋与混凝土之间的摩擦力减小，同时可以得出在水胶比一定的情况下，钢筋与混凝土的粘结应力随矿渣微粉掺量的增加而减小的结论．

聚合物改性砂浆/混凝土具有良好的粘结性和耐久性，主要用于混凝土结构的修补[5]．资料表明，掺入15%羧基丁苯乳液的混凝土无论是7 d和28 d的抗折强度都比没有掺加羧基丁苯乳液的普通混凝土有大幅度的提高．根据以上分析，本实验采用正交设计法，设计了4种水胶比、4种掺合料和4个养护龄期，以钢筋/混凝土粘结性能为指标，优化混凝土配合比．

1原材料及试验方案

1.1原材料

水泥为张家港海螺水泥有限公司生成的海螺牌52.5级Ⅰ型硅酸盐水泥，矿粉和粉煤灰由上海宝田新型建材有限公司提供，其需水量比是104%，含水率为0.28%， 渗透结晶材料(STJJ)和羧基丁苯乳液均为市售．

表1　原材料的化学组成

羧基丁苯乳液为BASF公司提供的SD623丁苯乳液，固含量为50%．其技术指标见表2．

表2　羧基丁苯乳液技术指标

1.2试验方案

混凝土试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，在试块中间插入直径为10 mm的光圆钢筋，钢筋伸出长度为20 mm，并在成型时于拉拔端加入50 mm长直径15 mm的塑料套管，每组3个试块．

2结果及讨论

2.1正交试验

试验选择掺合料、水胶比和养护龄期三因素，以确定混凝土配合比对钢筋/混凝土粘结强度的影响，正交设计见表3．

表3　正交试验的因素水平

表4　方差分析表

表5　L16(45)正交实验及钢筋/混凝土粘结强度

从正交试验结果可知，水胶比对钢筋/混凝土粘结强度的贡献率仅为9%；掺合料对钢筋/混凝土粘结强度的贡献率为24%左右；养护龄期对钢筋/混凝土粘结强度的贡献率最大，达67%左右．

根据正交试验结果，发现养护龄期为40 d，掺合料选择15%FA和40%矿粉，水胶比为0.4的混凝土配合比及养护制度最好．

2.2钢筋/混凝土粘结强度影响因素分析

设钢筋/混凝土粘结强度数据为因变量Y，掺合料种类X1、水胶比X2、养护龄期X3作为自变量进行多元线性回归，结果见表6～7．

表6　回归系数的检验及结果

从而得到线性回归方程：

(1)

3结论

在影响钢筋/混凝土粘结强度的材料因素中，养护龄期对粘结强度的贡献率最大，为67%左右，其次是掺合料，为24%左右，最后是水胶比，仅9%；在本文设计的混凝土配合比中，养护龄期选择40 d，掺合料选择15%FA和40%矿粉，水胶比为0.4的混凝土和钢筋的粘结强度最佳．

参考文献：

[1]林宗寿．无机非金属材料工学[M]．武汉：武汉理工大学出版社，2006：231．

[2]过镇海．钢筋混凝土原理[M]．北京：清华大学出版社，1993：145．

[3]周万良，周士琼，李益进，等．水胶比及超细粉煤灰掺量对高性能混凝土钢筋握裹力的影响[J]．混凝土，2002(11)：42-45．

[4]彭华群，夏军武，蒋龙，等．矿渣微粉混凝土与钢筋粘结性能研究[J]．混凝土与水泥制品，2006(5)：9-11．

[5]覃林涛，武世峰，但其宝．聚合物混凝土在水下修补过程中的应用[J]．西北水电，2012(3)：21-23．

[6]刘红庆．锈蚀对钢筋性能的影响[D]．武汉：华中科技大学，2006．

[7]Douglas C M．Design and Analsis of Experiments[M]． New York： Springer-Verlag Inc， 1999．

[责任编辑周文凯]

DOI：10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2016.03.011

收稿日期：2016-04-07

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51279100)

通信作者：程志寅(1974-)，男，工程师，主要研究方向为材料科学．E-mail：42477338@qq.com

中图分类号：TU528

文献标识码：A

文章编号：1672-948X(2016)03-0045-03

Bond Strength Optimization and Quantitative Analysis of Influence Factors

Cheng Zhiyin

(Zhejiang Tianda Environmental Protection Limited Company, Hangzhou 310006, China)

AbstractThe effects of four mineral mixtures, four water-binder ratios and four curing ages on bond strength between steel and concrete are analyzed quantitatively by using multiple linear regression. The results show that the contribution ratio of curing age of 67% is the most obvious among influence factors; the second is mineral mixture, of which the contribution ratio is about 24%; the last one is water-binder ratio, of which the contribution ratio is only 9%. The optimal proportion was obtained in terms of the bond strength between steel and concrete.

Keywordsbond strength；mix optimization；influence factors；quantitative analysis