高强钢筋与高性能混凝土黏结性能试验方法探讨

王爱兰

山东交通职业学院（261206）

0 前言

钢筋混凝土结构在工程建设行业占据主导地位,随着社会经济的发展和新材料、新规范的应用,人们对钢筋和混凝土材料的要求越来越高。钢筋混凝土结构整体承受荷载的前提是具有良好的黏结作用。文章介绍高强钢筋与高性能混凝土的相关背景，探究高强钢筋与高性能混凝土的黏结性能试验，并对高强钢筋与高性能混凝土的试验结果进行分析。

1 高强钢筋与高性能混凝土相关背景概述

钢筋混凝土结构的使用可以提高建筑工程的使用强度，提升建筑结构稳定性，为工程建设提供良好的建筑结构支撑，维护结构安全。低强度的钢筋混凝土建筑材料在长期使用过程中容易出现承载力失效或者变形等现象，导致建筑物的使用安全受到严重影响。利用低强度建筑材料时必须考虑到材料使用特性，设计与施工难度加大。相比较于高强度混凝土材料而言，普通混凝土也容易在使用中出现破碎、开裂等现象，不利于长期的建筑质量维护，降低了建筑物安全性和稳定性。所以对高强钢筋和高性能混凝土进行深入研究非常重要[1]。

高强度钢筋和高性能混凝土的黏结性能是承受荷载的主要影响因素，通过对高强钢筋及超高性能混凝土进行黏结性能试验，探究其结构应用性能，明确影响黏结强度的主要影响因素，指引建筑材料领域和建筑施工领域的发展，对促进工程建设行业进步，维护建筑材料节约事业的良好发展态势等具有积极意义。

2 高强钢筋与高性能混凝土黏结性能试验形式

2.1 拉拔试验

拉拔试验测量加荷端滑移和自由端滑移，当达到最大荷载时，黏结应力沿埋入长度方向基本相等，用黏结破坏时的最大平均黏结应力代表钢筋与混凝土的年结强度。这种试验的试件制作简单，试验设置方便，便于分析试验数据，但是忽略了黏结应力沿锚固长度的不均匀性[2]。

2.2 梁锚固试验

梁锚固试验模拟实际结构中钢筋在混凝土中的锚固类型和特点，构件除了承载拉力以外，和实际梁体一样，还受到剪力和弯矩的影响。但是这种试验试件制作烦琐，成本高，试验复杂，试验结果与锚固类型分析较困难。

2.3 钢筋内贴片试验

钢筋内贴片试验在钢筋内开槽，在不同位置布置电阻应变片，利用钢筋两端的相对滑移推算内滑移，建立位置函数，模拟黏结强度和滑移位移之间的关系，反映不同位置的黏结应力。但是钢筋内开槽复杂，试验耗时长[3]。

3 高强钢筋与高性能混凝土黏结性能试验过程

本次试验采用的高强钢筋型号为HRB500，直径16 mm，采用425 类型的普通硅酸盐水泥，强度达到C60 的等级。分两种混凝土类型进行比较，一种是普通混凝土，一种是掺入钢纤维的混凝土。粗骨料最大粒径15 mm，使用高效减水剂，砂率为52%，水灰比为0.32。

钢纤维混凝土制作成本高，施工难度较大，主要应用在重要的隧道、地铁、机场以及防震工程中。重点工程防震要求较高或施工环境比较恶劣时，使用钢纤维混凝土可以极大程度地保证工程建设的质量，延长工程的使用寿命，具有普通混凝土不能比拟的优点。掺入钢纤维可以显著地改善混凝土的力学性能。当掺量在许可范围之内，可提高混凝土抗拉强度30%～50%，抗弯强度一般可提高50%～100%，韧性可提高10～50 倍。钢纤维混凝土抗拉性能强，收缩力低，抗剪性能强，抗磨性能以及耐磨性强，为此，在工程建设中得到广泛地应用[4]。本试验制作钢纤维掺量0.6%、1.2%、2.0%的混凝土构件，通过试验分析不同钢纤维含量混凝土与螺纹钢筋的黏结性能，并与普通混凝土与钢筋黏结性进行比较。同时，关注锚筋对于钢筋和混凝土黏结性能的影响，搭配有、无箍筋的试验构件，通过试验分析锚固长度、锚筋强度等对钢筋和混凝土黏结性能的影响。

文章中采用不同的试验段进行单调拉拔测试，根据测试结果，明确不同试验环境、混凝土类型、锚筋种类及强度等相关数据等。

4 高强钢筋与高性能混凝土试验结果分析

试验中的试验段以锚筋的直径数值、混凝土类型、钢筋表面处理为划分依据。根据ZY-30 的锚杆拉力仪器，在不同试验段情况下的材料拉力数值被精确确定。在本次试验中，在试验段的不同位置放置了有效位移的检测点，能够准确测量出位移水平。

根据高强钢筋与高性能混凝土黏结性能试验的试验结果，整个试验过程出现三种现象，分别为混凝土开裂试验结果、混凝土锚筋拔出试验结果和混凝土锚筋屈服试验结果。

4.1 钢筋不同方式对黏结强度的影响分析

在加载初期，钢筋对混凝土的斜向挤压力形成了滑动阻力，从而使钢筋肋根部的混凝土出现局部挤压变形，黏结刚度较大，黏结强度与加荷端滑移之间形成的黏结- 滑移曲线接近直线。随着荷载逐渐增大，沿钢筋纵向产生内部斜裂缝，混凝土环向同时受拉力，产生径向裂缝。当径向裂缝逐渐增大直至到达试件表面时，相应的应力为测得的劈裂黏结应力。试验结果表明，黏结试验中试件的破坏是钢筋拔出的剪切破坏，黏结应力τ 很大程度上取决于钢筋的表面情况，表面越凹凸不平，则τ 越高[5]。光圆钢筋的滑移大，强度最低，带肋钢筋表面的凹凸不平与混凝土之间产生机械咬合力，提高了黏结强度。

4.2 钢纤维含量对黏结强度的影响分析

试验结果表明，与普通混凝土相比，钢纤维混凝土与钢筋间的黏结强度提高，钢纤维掺量0.6%、1.2%、2.0%的混凝土构件黏结强度分别提高了8.95%、13.91%、11.47%。这说明，适当掺入钢纤维可以提高与混凝土间的黏结强度，但是钢纤维含量增加对黏结强度的增加没有明显变化规律。

同时，试件在拉拔试验中，荷载产生的拉应力超过混凝土的实际抗拉强度而产生混凝土开裂。在裂缝出现的截面，开裂的混凝土退出抗拉工作，原来由混凝土承担的拉力转移到钢筋承担，裂缝截面处的钢筋应力突然增加。相比较于普通混凝土，高强度混凝土抗拉强度更高，脆性更大，同时本身水泥用量大，早期强度来的快，前期水化热高，水灰比小，早期失水快，很容易因为温差而开裂。在黏结试件损坏时，所得的黏结- 滑移曲线分为上升段、稳定段、下降段。试验中掺入钢纤维的混凝土表面没有明显的变化，裂缝很小，拉拔过程有明显的钢纤维撕裂的声音，黏结曲线相比普通混凝土更加平缓[6]。

4.3 钢筋锚固对黏结强度的影响分析

在混凝土开裂试验中，试验段中的锚固处于整个混凝土材料的中心位置。当锚固的长度较短时，锚筋周围的混凝土保护结构的外部力量较为均匀，整个保护结构的层级较为薄弱，对锚筋的保护力量有限。此时，材料会因为内部的裂痕问题而将裂缝状态均匀传导到表面，进而引发开裂。拉拔测试时，锚筋受力不均匀，造成锚筋的运动轨迹向保护层更加薄弱的区域偏移，进而引发材料开裂，导致材料表面出现不规则的裂痕。

当锚固的长度数值超过一定限度时，则试验段之中的锚筋就出现外部承载力过度的现象，进而导致锚筋因为过度疲劳而出现损坏，锚筋的屈服损坏现象因而产生。在混凝土因为裂缝而产生整体结构的被破坏之前，锚筋就已经失去正常使用的可能性。同时锚筋和其外部的混凝土材料之间也不会出现空间位置上的移动，裂缝的产生只是小范围现象。

所以，保证钢筋的基本锚固长度对黏结性影响较大。以受拉钢筋应力达到屈服强度时，不发生黏结锚固损坏，此时的最小埋入长度为基本锚固长度。

4.4 混凝土锚筋拔出试验结果分析

在设置箍筋的混凝土试验段中，由于箍筋的存在，该段混凝土容易出现先表面开裂、后锚筋拔出现象。有箍筋的试验段，混凝土表面裂痕数量更多，裂痕间的空间关系呈现更加复杂的形态。没有箍筋的混凝土裂痕之间呈现较为明显的纵向平衡关系，有箍筋的混凝土裂痕在分布上呈现交叉关系。由于箍筋的受力性较强，能够遏制混凝土表面材料的持续扩张。当作用力继续加强，而混凝土裂缝由于箍筋而无法扩张时，锚筋的受力受到较大挑战，最终因为超出紧固力数据极限而被带出混凝土材料。锚筋此时脱离原本建筑结构，钢筋混凝土材料的整体完整性受到破坏。

5 结语

高强钢筋与高性能混凝土的黏结性能试验中，不同的锚固长度、混凝土的类型、钢筋的类型都对黏结性有显著影响。当锚固长度小于一定数值时，锚筋因受力而被拔出。当锚固长度超出一定数值时，锚筋因紧固能力等原因出现屈服现象。当屈服限制较高时，钢筋与混凝土之间的黏结能力更强，反之更弱。锚筋的锚固长度和锚筋屈服强度指标作为黏结性的重要影响因素。钢纤维掺入混凝土能显著地改善混凝土的力学性能，提高混凝土抗拉强度，增加韧性，减小混凝土的收缩，从而减小混凝土裂缝，对混凝土和钢筋的黏结性有明显的提高。

改善高强钢筋与高性能混凝土之间的相关数值，可提高高强钢筋与高性能混凝土材料的应用性能，从而推动我国建筑材料行业的发展和工程建设行业的进步。