超高强混凝土钢筋粘结强度研究

■陈 涛 ■临海市建设工程检测中心检测服务部，浙江 临海 317000

混凝土钢筋是一种应用十分广泛的结构，其将混凝土和钢筋有机地组合在了一起，使其在性能上得到了大幅提升。这是因为混凝土和钢筋之间具有十分相似的膨胀系数，而且可以实现良好的粘结，在施工中具有广阔的运用前景。

1 超高强混凝土

超高强混凝土主要是指强度等级在C100 以上的混凝土，其是水泥、砂石、外加剂等一系列物质组合而成的。超高强混凝土具有很高的抗压强度，其密度大、孔隙率低、抗形变能力强，在大型建筑工程施工中使用十分广泛。

超高强混凝土的抗压强度是普通混凝土的6 倍以上，可以在满足强度条件的情况下有小降低相关构件的截面尺寸，在以有效简化大型建筑的结构。通过相关实验表明，在配箍率和轴压比一定的情况下，超高强混凝土具有极好的抗震性能，能够大幅提升建筑质量和安全。

超高强混凝土的优点十分明显，首先，混凝土强度越高，施工材料的用量也就越小。一般情况下，混凝土强度等级从C30 提升到C60，受压构件的混凝土用料可以减少30%左右，受弯构件的混凝土用料可以减少15%左右。在混凝土强度从C60 上升到C100 时，这两类构建的用料可以进一步降低。

其次，超高强混凝土的成本相对较高。由于用料减少，相关构建的自重降低，对于承载为自重的建筑具有十分积极的意义。此外，由于构件的截面尺寸有所缩减，因此可以优化相关构建结构，使其更加美观，提升建筑内部的可用空间。比如，贤成大厦的混凝土从C40 提升到C60 以后，增加了超过1000 平米的可用空间。

再次，超高强混凝土具有良好的密实性，进而确保其具有客观的抗冻性、抗渗性等基本特性，大幅超过了普通混凝土的基本性能，可以使建筑物具有更加优良的基本性能。超高强混凝土不仅在大型建筑中得以使用，在一些海洋工程、大跨度工程中均具有广泛应用，并且有效保证了这些工程项目的质量与寿命。

最后，超高强混凝土形变很小，相应构建的刚度很高，具有良好的抗变形能力。使建筑物在受到外力作用时，可以有效抵御外力带来的扰动，确保建筑物能够保持原本的形状。

2 影响超高强混凝土钢筋粘结强度的因素

2.1 混凝土基体强度

混凝土基体强度是影响超高强混凝土钢筋粘结强度的首要原因，对于一般的普通混凝土来说，混凝土基体自身的抗压强度增大，会带动混凝土钢筋粘结强度一起增大。通过对这一理论进行验证试验，可以得出混凝土抗压强度和混凝土钢筋粘结强度之间的曲线关系，混凝土基体抗压强度和混凝土钢筋粘结强度之间的关系曲线基本上呈一条直线。由此可见，超高强混凝土基体强度，对超高强混凝土钢筋的粘结强度具有直接影响。根据相关理论表明，混凝土基体强度和粘结强度之间存在正比关系，并且可以通过实际经验推导出一定的经验公式，用以计算混凝土基体强度和混凝土钢筋粘结强度之间的关系。在光面钢筋不加入硅灰或稻壳灰的情况下，其粘结强度最高为3.5MPa，但是，在加入硅灰或稻壳灰之后，其粘结强度达到了8MPa 以上，由此可见，混凝土基体强度对混凝土钢筋粘结强度的影响是十分明显的。

2.2 硅灰和稻壳灰

硅灰和稻壳灰是影响混凝土钢筋粘结强度的一个重要因素，其不受混凝土抗压强度的限制，可以独立地对混凝土钢筋粘结强度形成影响。粘结强度和混凝土的其他力学性能不一样，其不仅和混凝土的抗压强度具有关系，还和硅灰及稻壳灰的掺杂量具有直接联系。根据相关实验资料显示，在同一抗压强度下，掺杂了硅灰或稻壳灰的混凝土钢筋的粘结强度，要明显高于没有掺杂硅灰或稻壳灰的混凝土钢筋。

超高强混凝土的基本力学性能和抗压强度具有重要的关联，存在于材料中的影响因素只会从抗压强度和抗拉强度间接体现。根据相关实验结果显示，硅灰及稻壳灰的掺杂量在15%左右是最适宜的，此时混凝土钢筋的粘结强度能够增加40%左右。在超过15%的掺杂量之后，混凝土钢筋的粘结强度不再出现明显上升。通过该实验可以看出，硅灰和稻壳灰对超高强混凝土钢筋的粘结强度具有十分显著的强化作用，比抗压强度对粘结强度的影响高出许多。

由于混凝土制备中使用了骨料，其会存在一定的性能和力学弱点。在加入硅灰和稻壳灰之后，可以有效弥补这一弱点，全面提升超强混凝土基本性能。对于光面钢筋而言，硅灰和稻壳灰对粘结强度的提升作用就更加明显了。

比如，如果通过提升混凝土基体抗压强度来提升混凝土钢筋的粘结强度，需要提升10MPa 的混凝土基体抗压强度，才能实现混凝土钢筋粘结强度提升1MPa。如果使用硅灰和稻壳灰，只需在混凝土中加入10%左右的硅灰或稻壳灰，就能提升2MPa 的超高强混凝土钢筋粘结强度。根据这一结果来看，利用掺杂硅灰或稻壳灰的方式来提升超高强混凝土钢筋的粘结强度是一种十分有效的方法，在实际工程中可以进行深入利用。

3 硅灰、稻壳灰增强超高强混凝土钢筋粘结强度的基本原理

3.1 稻壳灰强化粘结强度的基本原理

硅灰或稻壳灰可以有效提升超高强混凝土钢筋的粘结强度，比其他提升粘结强度的方式要有效、便利很多，因此需要在实际工程建设中加强硅灰和稻壳灰的使用，用以强化超高强混凝土钢筋的粘结强度。硅灰和稻壳灰能够对粘结强度起到如此显著的提升作用，其根本原因就是稻壳灰具有超高化学活性以及特殊显微结构。

对稻壳灰进行电镜扫描可以发现，其主要是由纳米级别的二氧化硅分子松散粘聚形成的。这些二氧化硅分子在粘聚过程中，形成了大量的蜂窝孔，这些纳米级别的蜂窝孔具有良好的力学性能。除此之外，这些二氧化硅分子还能够形成纳米级别的缝隙。这些纳米级别的蜂窝和缝隙，使稻壳灰具备了很大的表面积，还具备了强大的氢氧化钙吸附能力，可以牢牢地吸附住氢氧化钙分子。在超高强混凝土中掺杂稻壳灰，可以实现超高强混凝土性能在两个方面有效改善。第一个方面，稻壳灰具有很大的表面积，而且具有数量庞大的孔缝。在混凝土中掺杂稻壳灰之后，能够有效改善混凝土离析泌水的现象。尤其是可以在底部实现聚水，促使孔缝减少，大幅压缩氢氧化钙晶体的成长空间，降低氢氧化钙生长取向性和晶粒尺寸。第二个方面，稻壳灰的主要成分是具有极高活性的火山质，其可以和氢氧化钙进行反应，从而减少氢氧化钙的晶体数量，生成具备极高胶凝性的水化硅酸钙，有效增强混凝土钢筋的胶结能力。

3.2 优化粘结强度的基本结论

(1)超高强混凝土钢筋的粘结强度依然会受到混凝土基体抗压强度的影响，并保持一定的正比关系，而且仍然具有一定的提升空间。硅灰或稻壳灰掺杂后混凝土的抗压强度能够达到100MPa 以上。(2)硅灰和稻壳灰对超高强混凝土钢筋粘结强度的强化作用十分明显，其远远超出混凝土基体抗压强度对粘结强度的影响。(3)硅灰和稻壳灰是不受混凝土强度限制的，其对混凝土钢筋粘结强度的影响主要受制与实际掺杂量，一般在15%左右对粘结强度的提升效果最为明显。(4)稻壳灰强化混凝土钢筋粘结强度的机理使其自身结构具有纳米级别的孔缝以及很大的表面积，就可以降低氢氧化钙含量，也可以削弱氢氧化钙结晶取向。

4 结束语

超高强混凝土在大型建筑工程项目中具有十分广泛的应用前景，需要对混凝土钢筋粘结强度的影响因素形成全面的认识，并深入了解其中的基本原理，以促进相关工作。

［1］谢剑，韩超等.高强钢筋与高强混凝土粘结锚固性能试验研究［J］.建筑科学，2015，05.

［2］牛向阳，王全凤，等.高温后HRB 高强钢筋粘结锚固性能的试验研究［J］.工业建筑，2010，09.

［3］胡玲.细晶高强钢筋粘结锚固性能的试验研究［D］.华侨大学，2010.