不同锚固形式的钢筋在粉煤灰混凝土梁中的粘结性能研究

刘 戈

（江西理工大学 建筑与测绘工程学院， 江西 赣州 341000）

0 引言

粘结性能的研究在工程实践中非常重要，如钢筋的锚固、搭接和延伸等最主要的目的之一就是获得良好的粘结性能。对于钢筋与混凝土之间的粘结性能一直以来都是全世界研究的热点， 美国学者Menzel[1]对影响粘结性能的主要因素进行了研究，考虑的因素主要包括钢筋表面情况、埋长、变形肋的尺寸和位置、混凝土的密实性、混凝土保护层厚度等，，国内学者叶见曙[2]等也对粘结因素进行了研究，得出的结论与国外的研究结果基本一致。徐有邻等发现当钢筋的锚固长度因截面尺寸限制而无法满足时，可以在锚筋末端采用机械锚固的形式，利用局部混凝土的挤压力实现锚固受力。我国传统对HPB235级光面钢筋加弯钩的要求实际上就是机械锚固的一种形式。目前，关于钢筋锚固形式对钢筋与混凝土之间粘结性能的影响研究较少，在结合德国的建筑设计规范后，现提出两种新型的钢筋锚固形式进行研究。

粉煤灰混凝土在全世界的应用越来越广泛，虽然我国在1997年将掺粉煤灰的硅酸盐水泥正式列入国家标准，但是我国的粉煤灰在混凝土中的总体利用率不高，通常在5%～15%，与发达国家的20%相比还是有差距，因此对粉煤灰混凝土的性能进行深入的研究，有利于粉煤灰混凝土的广泛应用[3]。

由于梁式试验方法能更好的模拟混凝土梁构件在实际状态下的受力情况，本文通过钢筋和粉煤灰混凝土粘结试件的梁式试验，分析了2种不同锚固形式的钢筋在粉煤灰混凝土梁中的粘结性能。

1 试验概况

1.1 试验材料及性质

水泥采用普通硅酸盐32.5R早强水泥，粉煤灰为Ⅱ级灰，粗骨料粒径为2-8mm，密度为2640kg/m3；细骨料有两种，一种是粒径为0-2mm的天然河砂，密度为2570kg/m3，另一种是粒径为0.1-0.35的细砂；减水剂采用SFA型高效减水剂。试验所用粉煤灰混凝土材料见表1。

表1 粉煤灰混凝土材料组成 Table 1 Mix ratio of fly ash concrete

1.2 试件设计

本次试验总共浇筑了9根梁试件，根据其内部钢筋的锚固形式平均分为3组，试验所用梁尺寸均为700mm×150mm×150mm，保护层厚度均为20mm，在每组梁底部都配置两根长度为600mm，直径12mm的HPB235级钢筋，梁两端有效黏结长度相等且为60mm，未黏结部分通过PVC管套筒隔离。试件几何尺寸见图1。

图1 钢筋混凝土梁试件尺寸

图1是未对PVC套管中的钢筋进行任何锚固措施，将其设为对照组组A，图2和图3是分别对梁试件底部钢筋配置箍筋和以及在两根钢筋之间焊接横向钢筋，分别将其设为B组和C组钢筋形式见下图所示。

图2 焊接横向钢筋

图3 环状钢筋

1.3 试验梁加载

采用单点加载，试验梁两端简支在承台上，通过压力传感器控制加载力。在梁的跨中布置位移传感器(LVDT)，用于测定梁跨中挠度和此时梁所承受荷载，传感器每0.5秒收集一次数据，直至试件完全破坏。

图4 试验梁加载现场

2 试验结果与分析

2.1 试验现象及破坏形态

加载初期，混凝土梁挠度随荷载增大而缓慢增大，梁试件表面开始出现微小的横向裂缝，荷载持续增长，当钢筋与混凝土的粘结应力达到劈裂粘结应力时，梁体底面的混凝土表层开始脱落，继续加载，裂缝迅速发展，荷载急剧减小，钢筋丧失环向约束作用，混凝土梁试件发生劈裂破坏。详细的破坏模式图与裂纹见图5所示。

图5 试件破坏形态

2.2 试件破坏机理分析

在开始对试样施加应力之后，应力集中会部分破坏加载端钢筋与混凝土之间的化学粘附力。之后，随着载荷的继续，肋条压在混凝土上。先前产生的分离裂纹在载荷方向上延伸以产生倾斜裂纹。当部分粘结断开时，由于钢筋肋和混凝土的机械咬合以及钢的不平整表面的摩擦效应，梁可以继续承受载荷。当极限载荷作用下的载荷接近时，载荷端的裂纹迅速发展，同时发出裂纹声，最终使梁失去承载力。

3 黏结强度计算

钢筋与混凝土之间的黏结强度是表征钢筋与混凝土两种性能不同的材料之间粘结锚固作用的主要判断依据。其计算公式如下：

图7：梁计算简图

表3 各试件黏结强度值 Table 3 Bond strength value of each test specimen

4 结论

本文进行压载试验，研究了3组不同锚固形式钢筋在混凝土梁中的粘结锚固性能，现得到以下结论：

(1)从分析计算的数据来看，B组和C组相对于A组其极限粘结强度有很大的提高大约40%，这表明对钢筋进行锚固措施后增强了钢与混凝土之间的极限粘结应力，从而极大地提高了钢筋在现代混凝土中的粘结性能。

(2)对钢筋进行锚固措施后能显著提高混凝土梁的抗压与抗剪能力