再生混凝土与钢筋的粘结性能试验研究

杨雅新 张志飞 谷春涛 苏永章 张慧怡 刘明亮

1河南水利与环境职业学院（450011）2河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

再生混凝土与钢筋的粘结性能试验研究

杨雅新1张志飞2谷春涛2苏永章2张慧怡2刘明亮2

1河南水利与环境职业学院（450011）2河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

随着城市现代化建设不断加快，城市建筑更新速率提升明显，相应产生了大量的废弃混凝土。该部分建筑垃圾较难处理，且缺乏应用价值，通常会进行掩埋或堆放处理。再生集料混凝土为废弃混凝土垃圾的回收利用提供了方向，对促进现代建筑行业可持续性发展，具有重要的现实意义。但就再生混凝土技术的实际应用而言，仍需经历相关实验研究的考验，以确保再生混凝土具有其相应的使用性能。通过模拟混凝土试件，就再生混凝土与钢筋材料的粘结性，进行了相关实验研究，结果表明粗集料取代率不宜过高，需严格控制废弃混凝土的掺入量方能确保再生混凝土与钢筋的粘结性能。

再生混凝土；钢筋；粘结性能；试验研究

废弃混凝土是城市建筑更新产生的建筑垃圾的重要组成部分，数量众多且不便于处理，通常会使用掩埋或就地堆放的方式进行处理，不仅会造成大量的经济费用，还会对环境造成污染。再生混凝土是指将废弃混凝土回收粉碎，代替粗集料重新制作的混凝土材料，具有节约资源、保护环境、经济效益高等优点。目前该项技术仍处于试验研究阶段，本文通过模拟混凝土试件，围绕再生混凝土与钢筋材料的粘结性能，进行了如下实验。

1 试验过程概述

1.1 再生混凝土配料分析

本试验中再生混凝土配料，主要包含以下几部分配料:一，本试验所用水泥，为42.5级水泥；二，试验试件粗集料为混合粗集料，即天然粗集料混合再生粗集料组成，以再生粗集料掺入量为控制变量。再生粗集料主要由强度为C25的废弃混凝土粉碎、清洗获得，其粒径范围为5.0~10.0 mm，属于连续颗粒级配；天然粗集料粒径范围与再生粗集料相同，其表观密度为2.54 g/cm3；三，试件细集料以表观密度2.64 g/cm3河砂为主；四，试件选用Ⅰ级粉煤灰作为掺合料；五，试件混合所用水均为自来水。

1.2 再生混凝土配合比设计

再生混凝土孔隙率以及其它性能特征均受配合比影响决定，而孔隙率则直接关乎试件内部孔结构的形状和分布，上述因素变化均会导致试件对钢筋材料的握裹强度发生变化。

本组试验再生混凝土配合比相关设计中，通过控制减水剂、再生混凝土坍落度维持在一固定数值，分别设置10.0%、30.0%以及50.0%三组取代率，设计A、B、C三类混凝土试件，并借助可蒸发水含量法，以此测得A、B、C三类混凝土的孔隙率，具体数据如表1所示。

表1 三组再生混凝土孔隙率明细表

1.3 试件的设计和制作

1.3.1 试件设计

本组试验中,选用梁式粘结试件作为试验试件，这是由于此类试件，可较为真实的反映出混凝土梁中钢筋材料在弯矩-剪力耦合作用下的受力性能，尤其是梁中锚固区域。

为进一步增强试验效果，综合考虑再生粗集料划分相关内容，针对三组混凝土类型，在试件制作时，每组均制作了3个试件，分别使用序号1~3标记，以A组为例，包含A1、A2、A3三个试件。

出于试验经济性以及可操作性考虑，每个梁式粘结试件均分为a、b两个试验区域。其中，a区域是梁式粘结测试区域，具体规格尺寸为150.0 mm× 170.0 mm×260.0 mm，试件钢筋保护层厚度约为24.0 mm。b区域是三组别公共粘结测试区域，具体尺寸规格与a区域一致。

就a区域粘结试验试件而言，分别设置有无粘结区段、受拉钢筋支座端和加载端，区段长度70.0 mm，中间转接区段长度120.0 mm。本组试验中所用受拉钢筋，均选用B12螺纹钢筋，其极限抗拉强度约为612.0 MPa，屈服抗拉强度约为450.0 MPa，材料伸长率约为26.4%，弹性模量2.01×105 MPa。

正式试验前，a区域受拉刚劲通过螺纹连接与b区域固定，同时，利用转动铰连接完成a、b区域上部的固定，最终连接形式如图1所示。

图1 试验试件连接方式示意图

1.3.2 试件制作

试验试件在正式浇筑前，需在受拉钢筋粘结位置表面试验设计处进行开槽处理并完成箔基点式应变片的预埋工作，使用测试线导出应变片导线，同时还需进行相应的应变片防水覆盖处理，以及相应的荷载-应变关系率测定工作。此外，需利用石蜡完全涂抹钢筋脱粘结位置表面，完成涂抹后，利用PVC（管径略大于钢筋）套住，最后使用石蜡完成PVC管两端的密封工作，避免浇筑操作过程中，PVC管中进入混凝土浆。

实施浇筑操作前，施工人员需确认钢饺以及受拉钢筋位置正确且固定完好、牢靠，随后进行再生混凝土相关浇筑操作。所有试验试件在注模操作后，需及时利用塑料薄膜覆盖，并开始相应的养护工作。试件拆模需在养护24 h后进行，试件拆模后需转移至相应的养护室备用。

1.3.3 试验方法概述

本组试验主要由液压伺服控制试验机完成，加载方式分为3 kN、6 kN、9 kN三种。应变片相关数据，由相应的静态应变测试仪自动采集完成。正式试验过程中，钢筋材料自由端以及加载端分别安设有电测位移计（高精度），以测量钢筋实际位移情况，并且该数据会连接到应变测试仪，从而完成对自由端相对位移的测量。如试件内部钢筋材料发生粘结滑移破坏，则判定改构件被损坏。

2 试验结果分析

2.1 粘结应力分析

受拉钢筋实际锚固长度被5片应变片分为四个区域，在不同的载荷作用下，四个区段中单一区段的平均粘结应力值，可由该区段两侧应变片的实际测量值计算获得，计算公式如下

上述公式中，τi,i+1表示第i至i+1区段内具有的平均粘结应力，单位为MPa；△i,i+1表示第i至i+1区段实际长度，单位mm；ds表示锚固钢筋的实际直径，单位mm。

试验过程中，根据在不同荷载条件下，沿钢筋锚固长度实际测量得到的应变值数据，代入计算公式，即可得出第i至i+1区段内具有的平均粘结应力的具体数值。建立自由端位移距离和粘结应力坐标系，分别连接计算各点，得出平滑的曲线，即为粘结应力在锚固长度上的分布特性曲线。

通过对比三组试件的特征曲线，可得以下结论:如钢筋外部载荷一致，则随着再生混凝土取代率的上升，其粘结应力峰值，从钢筋加载端至自由端逐渐移动。造成这一现象的原因主要是，当再生混凝土取代率上升时，其内部各组分的强度分布越来越均匀，从而促使钢筋握裹强度均匀变化。

试验还表明，当粗集料取代率由10.0%上升至50.0%时，其总孔隙率相应提高了1.6%。并且当粗集料取代率上升，再生混凝土与钢筋材料的粘结性能出现下降的趋势。

2.2 荷载与钢筋滑移的关系分析

结合试验实测数据,即可相同得到A、B、C三组试件的荷载-滑移特征曲线，如图2所示。

图2 三组试验试件荷载-滑移曲线图

由上图分析可得，三组试件在试验中均发生了滑移。在荷载相同的条件下，从A至C试件，钢筋自由端的滑移量逐渐增大。这种现象说明，就再生混凝土而言，如再生集料取代率提高，则其总孔隙率上升，从而导致混凝土劈裂强度和抗压强度不断下降，最终导致再生混凝土材料与钢筋材料间的机械咬合能力不断下降。

3 试验总结

综合以上试验，做出如下总结:一，再生粗集料取代率上升，将导致混凝土材料与钢筋材料粘结性能下降；二，外部荷载相同条件下，粘结应力会依据取代率的升高,而由钢筋加载端逐渐向自由端转移；三，如取代率由10.0%升高至50.0%，则总孔隙率上涨1.6%。

4 结语

综上所述，现代城市不断加快，导致废弃混凝土材料数量不断增加，如放任其不管，则会造成巨大的资源浪费且污染环境。再生混凝土通过对废弃混凝土的粉碎、清理，将其作为粗集料再次利用，完成的废弃混凝土的循环利用。本组试验验证了不同粗集料取代率条件下，混凝土材料与钢筋材料的粘结性关系，并通过计算，得出相应的结论。再生混凝土在实际使用中，需严格控制粗集料取代率，以确保施工质量。

[1]安新正,易成,刘燕,等.再生混凝土与钢筋的粘结性能试验研究[J].河北工程大学学报（自然科学版）,2010,27(3): 28-32.

[2]王晨霞,王宇,李敬红,等.再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究[J].土木建筑与环境工程,2016(1):13-14.

[3]蒋大园.再生混凝土与钢筋粘结性能试验研究[D].内蒙古科技大学,2012.

[4]肖建庄,雷斌.锈蚀钢筋与再生混凝土间粘结性能试验研究[J].建筑结构学报,2011,32(1):7-8.

[5]李雪良.再生混凝土与钢筋间粘结滑移性能试验研究[D].广西大学,2011.