预埋件锚固钢筋与混凝土粘结性能的研究综述*

王磊，顾云凡，季雨航，侍好，沐成建

（南京工程学院 建筑工程学院 江苏南京 211167）

0 引言

近几年来，在装配式建筑和钢混结构迅猛发展的背景下，钢混凝土结构的主要节点——预埋件渐渐有了更大运用范围。目前，钢筋混凝土粘结性能方面的研究仅仅局限于钢筋混凝土的粘结机理、影响粘结性能的因素以及钢筋内部应力分布状况的检测这几个方面[1]。随着研究的深入，钢混结构粘结本构关系渐渐被研究出来。随着有限元分析法的出现和广泛运用，人们也加快了钢混结构粘结理论的研究，人们对钢混结构基本的粘结机理也逐渐熟悉。

1 粘结性能影响因素

1.1 混凝土强度

预埋锚筋与混凝土之间通过粘结力，让预埋锚筋所受的力在混凝土中相互传递。而混凝土也会受到各个方向的力，或者同一方向的重复荷载，让混凝土的粘结性能不断降低。因此，如果想要在实际工程中，混凝土不容易发生内裂等破坏而导致其对预埋锚筋的握裹力减弱，可以采用提高混凝土强度的方法。

1.2 钢筋位置受力方向浇筑方向

平位浇筑会使钢混的粘结性能下降，而变形钢筋，即当钢筋受力方向与混凝土硬化时的下沉方向不同时，粘结性能变大[2]。当锚固钢筋水平放置，与混凝土浇筑方向相互垂直时，混凝土凝结硬化时与锚筋粘结的不紧密，导致粘结性能变低。当锚筋预埋件受到拉拔力时，通常需在锚筋端部增加弯钩，增大粘结性能，使相对滑动减小。

1.3 钢筋的表面形状

钢筋的表面形状对钢混的粘结性能有着很大的影响，变形钢筋与混凝土的粘结性能高于光滑钢筋与混凝土的粘结性能[3]。如果将光滑钢筋加肋，则在变形的部分，混凝土会与其增加各种方向的相互作用力，这使它在混凝土中可以产生更大的粘结力。

1.4 钢筋周围存在的约束条件

混凝土保护层的厚度越大，钢筋能产生更多的粘结力，相反，纵筋间距过小会减弱其粘结力。由于这些因素在设计和施工中的调整，钢筋所受剪力或摩擦力等力发生了改变，使受力情况产生变化，从而改变了钢混的粘结性能。

2 火灾（高温）对钢筋与混凝土粘结性能的研究

混凝土在经过炽热烘烤后，其本身的特性诸如抗压力、抗拉力、剪应力等的力学性能会发生有差异性的削弱，进而使钢筋与混凝土粘结性能与烘烤前的粘结性能发生异变。

火灾作用下钢筋与混凝土粘结性能退化机理：

（1）高温烘烤后的混凝土吸水会产生膨胀，进而破坏了混凝土结构的稳定性，混凝土强度的降低以及钢筋的收缩使钢筋与混凝土之间的咬合力下降，最终影响钢筋与混凝土粘结性能，使得钢筋与混凝土极限滑移量要高于常温时候的极限滑移量。

（2） 钢筋与混凝土粘结性能随周围环境温度的升高发生显著变化，20～300℃时，粘结性能损失10%～25%；300-500℃℃时，损失 40%～60%；500～750℃时，损失80%～90%；而大于500℃时，混凝土内部结构变化，强度锐减，粘结性能骤降[4]。

随着钢筋保护层、保护层厚度与钢筋直径比值的变低，混凝土与钢筋粘结应力也变低，且变低程度与温度成正比。

当温度升高到500℃附近时，混凝土中存在的内部结晶水将会脱水收缩，使混凝土的劈裂应力增加，同时混凝土强度的降低使得混凝土过早开裂，钢筋与混凝土粘结性能同时也会明显降低。

3 锈蚀对钢筋和混凝土粘结性能的研究

到目前为止，全球混凝土遭到破坏的最主要原因就是钢筋的腐蚀，而钢筋遭到锈蚀的原因更是纷繁复杂。锚筋预埋件锚固钢筋在混凝土中被锈蚀，一般的原因是钢筋外层的混凝土层被破坏。例如，寻常的混凝土的PH值＞12，呈现出碱性，它会在混凝土与钢筋相互接触的部位反应，凝结出一层由铁的氧化物和各种其他物质所组成的保护膜，阻隔一些会与钢筋发生锈蚀反应的物质，但随着混凝土中的Ca（OH）2不断的和空气中的CO2发生反应，混凝土逐渐碳化，PH值不断降低，严重削弱了钝化膜的保护作用，导致出现了钢筋锈蚀的现象。

当锈蚀率小于0.5%时，由于锈蚀部分的体积变大，钢筋与混凝土之间产生更强的相互作用力，反而使他们之间的粘结力增大。但当锈蚀率超过5%时，钢筋表面的锈层体积过大，混凝土开始纵向内裂，并且，产生的裂缝又将加快钢筋的锈蚀，使情况更加严峻，钢筋与混凝土的粘结力急速下跌。

4 盐冻作用对钢筋与混凝土粘结性能的研究

混凝土冻融损伤属于物理变化，会降低混凝土力学性能，冻融和盐类化合物都会对混凝土结构产生巨大的影响，这两者的共同作用叫做盐冻，会产生严重的破坏，改变混凝土的内部结构，严重影响了钢筋与混凝土的粘结性能。冻结造成的损害是由于水的冻结造成的，静水压力和冰水汽压差是由于体积膨胀造成的。冻融循环作用令钢筋与混凝土的粘结作用产生了巨大的损失，每次循环都会令混凝土受到一定的损伤，混凝土不断累积损伤。

盐冻作用下粘结性能退化机理：

（1）钢筋混凝土结构表面部分骨料脱落，钢筋与混凝土的界面剪切裂缝扩展，钢筋外露，不断变化，同时出现新的裂缝。

（2） 由于冻融循环的作用，钢筋受力变形，多次冻融循环后，由水泥凝胶体产生于钢筋表面的胶着粘结力就会产生大面积损失，局部产生滑移，混凝土与钢筋界面的化学粘结受到破坏。

（3） 混凝土变得疏松，增大了横向拉伸变形，降低了钢筋所受混凝土包裹的摩擦阻力，钢筋表面粗糙不平，同时由于发生变形，与混凝土之间存在机械咬合作用，受其影响而减小，钢筋产生滑移[5]。

5 小结

（1）在火灾或者高温情况下，混凝土特性诸如抗压力、剪应力等的力学性能会发生有差异性的削弱，进而使钢筋与混凝土粘结性能与烘烤前的粘结性能发生异变。

（2）当钢筋遭到锈蚀，平均锈蚀率大于5%时粘结性能退化程度较之明显。

（3） 在盐环境中，混凝土不断的经受冻融，其中的水分不断的凝固成冰和融化成水，导致内部结构被破坏，最终混凝土保护层被损坏。

锚筋预埋件锚固钢筋与混凝土的粘结性能受到各种因素的影响，需要学者更加深入地研究和探讨。