钢筋网高性能复合砂浆中植筋锚固性能试验研究分析

2022-09-27马玉宝

工程与试验 2022年3期

马玉宝

(银川能源学院，宁夏银川 750100)

1 引言

在建筑施工中，大致有两种情况需进行植筋锚固：一是相邻结构构件在施工中分不同时段进行混凝土浇筑，后期施工结构构件要进行与其他结构部位通过植筋锚固连接；二是由于工程已完成，成品结构破坏，对其破坏部位进行加固。此外，还有钢筋外漏和钢筋位置偏移等情况。对于以上情况，后期锚固部位为施工的薄弱环节，其抗拉强度堪忧。考虑到其部分作用机理是通过钢筋与复合砂浆共同作用[1]，然后复合砂浆通过特制界面剂与混凝土发生作用，进行HRB400级直径为6.5mm、8mm的钢筋在高性能复合砂浆中的植筋拉拔试验，探讨其粘结锚固性能。

2 试验研究过程

2.1 试块制作

本次试验主要采用预留孔植筋方式进行，按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2019)进行植筋拉拔试验。试验采用复合砂浆基材以及钢筋网片，根据设计复合砂浆强度等级制作3个基材复合砂浆试件，制作工艺流程为：试块尺寸确定→绑扎钢筋网片→支模板→浇筑混凝土→测定强度→植筋→拉拔试验→试验分析→得出结论。

本次试验的3组试块尺寸为长度1500mm、宽度1000mm、厚度300mm，试块强度设计为M30、M40、M50。采用材料为HRB400级螺纹钢筋，有直径为6.5mm和8mm两种类型。锚固采用无机植筋胶，其主要性能：初凝时间为15～20min，终凝时间为30～40min，耐高温；在4MPa水压下不渗水[2]。

试块中植筋孔深度预留设置为5d、10d、15d、20d(d为钢筋直径)等4种类型。每个试块凿孔20个，详细布置见图1、表1。预留孔混凝土试块制作时，首先选取与植筋孔相同大的PVC实心管按照布置图进行固定，然后浇筑混凝土。在浇筑混凝土时切勿振动，以免使PVC实心管移位。当混凝土初凝后(约1h左右)拔出PVC实心管并对孔内壁进行凿毛处理，24h后进行拆模编号，放入养护室进行28天标准养护。

表1 植筋数量一览表

图1 植筋孔布置示意图

植筋孔布置原则：在试块强度为M30、M40、M50的3种试块植筋中，每组钢筋植入深度5d类为2根，10d类为3根，15d类为3根，20d类为2根。影响植筋极限承载力的因素：钢筋直径、锚固深度和钢筋网高性能水泥复合砂浆强度。

2.2 加载装置

植筋钻孔按照要求布置，一个试块上钻孔20个，直径6.5mm、8mm的孔各10个。试验采用的拉拔仪器为高精度数字压力表DY-10T型锚杆拉拔仪，其测量精度为0.1kN，适用于各种锚杆、钢筋、膨胀螺栓等构件的拉拔检测，拉拔过程中保持均匀加荷，自动复位。当试件破坏时观察仪表读数，读取极限拉拔力F[3]。试验加载示意图如图2所示。

图2 试验加载示意图

3 试验分析

3.1 植筋拉拔破坏分析

此次试验共植筋60根，每种类型植筋根数为10根，植筋深度为5d的2根，植筋深度为10d和15d的各3根，植筋深度为20d的2根。对植筋进行试验，破坏形式大概分为3种：植筋拉拔锥形破坏、钢筋脱落破坏、钢筋拉断破坏。

(1)植筋拉拔锥形破坏。在加载过程中，极限粘结力随着拉力增大匀速升高。当加载到一定力值时，周围钢筋与植筋胶相对位置未移位，但发现钢筋周围高性能水泥复合砂浆出现环状裂缝、起皮并鼓起，伴有轻微的开裂声音。这是由于在钢筋与胶之间粘结力作用下，钢筋对混凝土的拉应力超过混凝土抗拉强度，使之出现环状裂缝，继而发生锥体破坏。

当钢筋植入深度相同时，随钢筋直径的增大，植筋拉拔力随之增大，说明复合砂浆与钢筋接触面积变大，使之约束能力增强，植筋胶传递的力不足使混凝土出现裂缝[4]。随着拉拔力继续增大，植筋胶与钢筋之间的粘结应力不断加大，钢筋网高性能水泥复合砂浆承受的拉力小于拉拔力，最后导致钢筋与植筋胶粘结破坏，植筋拉拔锥形破坏如图3所示。

图3 植筋拉拔锥形破坏

(2)钢筋脱落破坏。由于植筋胶的原因，拉拔力大于植筋胶的粘结力，使钢筋脱落。或者是在施工过程中对植入钢筋没有进行除锈和清洗或植筋孔清灰不彻底，降低了与钢筋的粘结力。在本次试验中，有3根出现此种现象，钢筋脱落破坏如图4所示。

图4 钢筋脱落破坏的两种情况

(3)钢筋拉断破坏。当植筋胶粘结力和钢筋网高性能水泥复合砂浆承受的拉力足够大且锚固长度足够大时，发生钢筋拉断破坏(如图5所示)，这种破坏形态在试验中多次出现。

图5 钢筋拉断破坏

3.2 钢筋拉拔试验结果分析

3.2.1 植筋深度、钢筋直径对植筋极限拉拔力的影响分析

试验测得的极限拉拔力平均值见表2，通过试验数据绘制出不同砂浆、不同直径钢筋的植筋深度对极限拉拔力的影响曲线，如图6所示。

表2 植筋极限拉力值/kN

图6 不同砂浆、不同直径钢筋的植筋深度对极限拉拔力的影响

从图中可分析得出：

(1)随着试块植筋深度的增加，钢筋的极限拉拔力随之增大，但曲线斜率减小直到趋于0，说明拉拔力增加变缓。拉拔力增加幅度最大的区段是在5d～10d之间，增加幅度最小的区段是在15d～20d之间。

(2)试验中存在临界植筋深度。当植筋深度超过15d时，增大植筋深度，拉拔力几乎不再增大，这个植筋深度称为临界深度或极限锚固深度。

(3)当钢筋的直径相同时，通过增加复合砂浆的强度来提高钢筋拉拔力，拉拔力提高的幅度相对较小。当植筋深度达到15d时，通过提高复合砂浆的强度增加的极限拉拔力非常小；当植筋深度到20d时，3个点的拉拔力几乎不变，说明通过提高复合砂浆强度几乎无法提高极限拉拔力。因此，植筋深度在一定范围，提高复合砂浆的强度才能增大拉拔力，只增大植筋深度对提高极限拉拔力不适用[5]。

(4)随着钢筋直径增大，极限拉拔力随之增大，直径为6.5mm与8mm相比，直径为8mm的钢筋拉拔力最小大约能提高6kN，在5d～20d区间，增加值几乎稳定。

3.2.2 应用单因素方差分析法进行分析

利用单因素方差分析法，以不同强度的复合砂浆作为植筋锚固基体，研究对植入钢筋极限拉拔力的影响。在3种不同强度的砂浆中，以直径6.5mm的植入钢筋和植筋深度为10d的试件为例进行分析。表3为不同复合砂浆强度等级下的极限拉拔力，利用单因素方差分析的计算结果如表4所示。