钢筋直径对锚杆钢筋—砂浆界面粘结性能研究

2021-02-03戚旭东陈忠磊卜旻明张炜俊

四川水泥 2021年2期

常伟戚旭东陈忠磊卜旻明张炜俊

（江苏省中成建设工程总公司，江苏南京 210041）

0 引言

粘结力作为钢筋与砂浆两种材料共同作用的前提和基础，对于锚杆的使用性能有着重要影响。荣冠等人[1]分别对螺纹钢筋和光圆钢筋锚杆进行对比试验，研究了钢筋外形对粘结作用的影响。侯利军等人[2]通过梁式黏结试验，着重研究了水泥基复合材料对界面粘结作用的影响。然而，上述的研究成果多是在钢筋—混凝土的试验结果上得到的，钢筋与混凝土界面的研究结论是否适用于锚杆结构钢筋—砂浆界面还需进一步探索。

鉴于此，笔者采用MTS疲劳试验机对不同钢筋直径的钢筋砂浆试件进行中心拉拔，得到荷载—滑移曲线，以此为基础研究钢筋直径对界面粘结力的影响。

1 试验内容

1.1 试件设计

中心拉拔试验的试件尺寸小、试验过程简单便携，并且与锚杆的实际受力状态更为接近。因此，本文设计了如图1所示的拉拔试件。钢筋长度设定为35cm，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，各试件的参数列于表1。

为避免加载端发生局部破坏以及控制钢筋锚固段的长度，在拔出钢筋两端的加载端和自由端各设置一段PVC管作为拉拔试件的无粘结段。

图1 拉拔试件示意图

表1 试件列表

1.2 试件制作

考虑不同钢筋直径对界面粘结性能的影响，试验采用直径分别为14mm、16mm、20mm三种规格的带肋钢筋，钢筋等级均为HRB400。材料测试试验采用100t电液伺服万能试验机，性能测得钢筋的力学性能如表1所示。

制备砂浆的等级为M30，水泥、砂、水配合比分别1:1.38:0.43。其中水泥采用海螺牌42.5号硅酸盐水泥，砂子采用ISO标准中砂，试验用水采用洁净的自来水，配比砂浆时掺入聚羧酸系高性能减水剂。养护28d后试件的抗压强度为31.2MPa。

试验过程中PVC管的内径略大于钢筋直径，为了防止浇筑时砂浆灌入到PVC试管内，先用四氟乙烯胶带缠绕在钢筋上，再套上套管，以达到密封效果。最后将钢筋放入到模具中进行浇筑。试件的制作过程如图2所示。

图2 试件制作

1.3 试件加载

加载仪器为MTS疲劳试验机，其最大加载量1000kN。采用定制的钢架作为本试验的加载装置。钢架的上、下各由一块厚度为50mm的铁板做成，四角用四支直径为40mm的地锚杆固定，底部铁板的中心设置直径为40mm的孔径可以使钢筋通过。将试件放置于该钢架底部，加载端钢筋穿过下侧铁板的孔洞，并用试验机自带的平头夹板夹住，同时试验机上的夹具夹住钢架上方的铁柱，此时钢筋被夹具固定，而试件随铁架向上运动，钢筋会被逐渐拔出。试验加载速率设定为2mm/min，连续加载至试件破坏。试件拉拔和布置分别如图3和图4所示。

图3 试件拉拔示意图

图4 试件拉拔布置图

2 试验结果

图5分别列出三个拉拔试件对应的拉拔力—滑移关系曲线。试件的界面粘结强度按式（1）进行计算：

其中，Pu为极限抗拔力；La为钢筋锚固长度。各试件的极限荷载及平均粘结应力如表2所示。

图5 不同钢筋直径下的荷载—滑移曲线

表2 不同钢筋直径试件组的试验结果

从表中可以看出，在其他条件相同的情况下，试件的极限荷载随着钢筋直径的增加而增加，但是其平均粘结应力却相应减小。主要原因是由于钢筋直径的增加，钢筋的相对肋高降低（肋高与直径的比值），而相对肋距增大（肋距与直径的比值），进而导致大直径钢筋与砂浆间的机械咬合力未能充分发挥，因而平均到单位粘结面积上粘结力有所下降。