冻融下钢筋混凝土粘结性能的试验研究.pdf

郭靳时等 ： 冻融下 钢筋混凝 土粘 结性能的试验研究 5l DO I ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 6 0 2 0 1 8 冻 融下钢筋混凝土粘 结性 能的试验研究 郭靳 时， 邰爽 ( 吉林建筑大学 ， 长春1 3 0 0 0 0) 【 摘要】 混凝土冻融损伤破坏是我国东北部寒冷地区建筑物老化危害的主要问题之一 ， 冻融循环作用导 致混凝土内部产生损伤， 并且随着冻融循环作用次数的增加混凝土质量损失增大， 抗压强度与劈裂抗拉强度下 降； 钢筋与混凝土之间的粘结强度将会随着冻融循环次数的增加而逐渐下降： 2 2 m m钢筋试件极限粘结强度由冻 融循环作用 0 次的8 6 8 M P a 降低到冻融循环作用 5 0次的2 5 7 M P a ， 1 8 m m钢筋试件极限粘结强度由冻融循环作 用 0次的 1 0 9 2 MP a 降低到冻融循环作用5 0次的4 2 3 MP a ， 1 4 m m钢筋试件极限粘结强度由冻融循环作用 0次的 1 2 8 0 M P a 降低到冻融循环作用 5 0次的 6 2 1 MP a ； 钢筋在混凝土内部的滑移量逐渐增大， 2 2 ram钢筋滑移量 由 0 4 0 2 m m增大到 1 2 0 5 m m， 1 8 mm钢筋滑移量由I 0 7 0 ra m增大到 1 8 2 3 m m， 1 4 ra m钢筋滑移量由 1 3 7 0 mm增大到 2 0 3 5 m m， 严重影响建筑物的长期使用和安全运行。 【 关键词】 钢筋； 混凝土； 粘结性能； 冻融循环 【 中图分类号】 T U 3 7 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 5 1 0 3 由于混凝土材料本身 的热惰性， 混凝土结构在温度变 化下会产生非线性 的温度场， 这种温度效应对建筑工程的 潜在威胁 ， 已经开始被越来越多的学者们所重视。混凝土 耐久性这一话题逐渐成为了人们的研究热点， 包括混凝 土 的碳化， 化学侵蚀 ， 冻融循环 ， 表面磨损等。混凝土结构在 冻融循环作用下的研究已经成为结构耐久性的一个重要研 究方向， 混凝土在冻融循环作用下将会产生损伤， 并将导致 钢筋与混凝土的粘结产生破坏。 1 试 验概 况 1 1 试验简介 试件尺寸采用 1 5 0 m mX1 5 0 m m1 5 0 mm， 钢筋的加载 端和自由端分别设置 了满足试验长度 的无粘结段 ， 在钢筋 中间部位设置 5倍钢筋直径长度的粘结段。为了实现钢筋 与混凝土之间的无粘结性 ， 采用 自由端和加载端的钢筋穿 入 P VC软管中并且钢筋与 P V C软管 中间作涂油处理的做 法。钢筋： 采用 混凝土结构设计规范 规定 的普通带肋钢 筋 H R B 4 0 0 ， 采用 2 2 、 l 8和 1 4 mm三种不同的直径 ， 钢筋的 物理力学性能指标见表 1 。混凝土水灰比：W C=0 4 9 ，经 测定混凝土 2 8 d的抗压强度为 3 4 2 7 MP a ， 冻融循环次数分 别 采用 0 ， 1 5 ， 3 0 ， 5 0四种情况 。 1 2试验 方法 试验方法为拔 出试验 ： 试验中采用的仪器为微机控制 电液伺服万能试验机( 型号 ： Y A R一2 0 0 0 ) ， 在试验过程中采 取每分钟匀速加载 0 2 m m的加载方式； 位移测定： 采用直线 位移传感器 L V D T ， 取两台同规格的 L V D T分别架设于钢筋 的加载端和 自由端， 分别测得钢筋加载端的变形及钢筋的 滑移量以及 自由端变形钢筋的滑移量。试验中选取 7个标 准试件为一组， 在每组试件的7个数据中去掉最大和最小数 据， 其余 5 个数据作为试验结果的有效数据。 并将 5 个有效 数据的平均值作为试验的最后结果。 基金项 目 住房和城乡建设部项 目( 2 0 0 9一k 25 ) 表 1 钢筋材料性能参数 2试验分析 2 1 试验 现象 从几组试件表面变化中可以看出， 在经过多次冻融循 环作用下 ， 试件表面混凝土逐渐出现鼓起、 开裂并逐渐演化 为剥落现象， 而且试件表面的剥落程度随着冻融循环次数 的增加越来越来越明显 ， 剥落程度也越来越严重； 冻融作用 初期， 试件表面混凝土剥落现象不是很清晰， 但当试件遭受 冻融循环作用超过 5 0次时， 试件 图 1冻融循环作用 5 0次， 冻融前 后混凝土试件表面混凝土剥落现象却变得尤为严 重， 试件由初期光滑 表面变化情况的平面逐渐的发展成凹 凸不平的现象 ， 如图 1 所示。 ( a ) 冻融前 ( b )冻融后 图 1 冻融循环作用 5 0次试件表面变化情况 中心拉拔粘结试验： 试验过程中在拉拔荷载的作用下 郭靳时等 ： 冻融下钢筋混凝土粘结性能的试验研 究 5 3 从 0次逐渐的递增到 5 0次时， 直径 2 2 m m和 1 8 mm钢筋与 混凝土之间的粘结强度均表现为逐渐减小， 其减小 的趋势 接近 于一 条平滑直线 ； 直径 1 4 m m的钢筋与混凝土之 间的极 限粘结强度， 在冻融循环作用3 0次之前下降的趋势较快， 当 冻融循环作用 3 O次后下降趋势变得较为平缓； 如图4 ( b ) ： 随着冻融循环作用次数的增加 ， 各钢筋 自由端的峰值滑移 量逐渐增大， 峰值滑移量的变化趋势较为平缓。从图4 ( a ) 、 4 ( b )得出： 试件在冻融循环作用下 ， 钢筋与混凝土的粘结 性能发生了严重退化 ， 自由端的滑移量变大。 霸 善 j j l 舞 醛 辎 目 品 熟 趔 警 冻融循环次数 ( a ) 极限粘结强度 冻融循 环次数 jv ( b)峰值 滑移 图 4 钢筋与混凝土极限粘结性能与 冻融循环作用次数的关系 曲线 ( 由下往上依次 代表钢筋直径 2 2 、 1 8 、 1 4 m m) 2 4 冻融损伤作用 冻融循环作用导致试件 内部产生损伤， 试件在发生劈 裂破坏前 ， 随着冻融循环作用次数的增加， 钢筋与混凝土之 间相互接触部位将会产生很大的变化。从 图 3也可以看 出： 在冻融循环作用试验初期， 由于钢筋与混凝土相互作 用， 二者之间具有较大的黏结力并且具有很强的咬合性， 在 逐渐加载拔出荷载时， 钢筋肋仍然与混凝土紧紧咬合在一 起并伴有较小的滑移量， 直到混凝土劈裂试件破坏， 这说明 了混凝土嵌入钢筋肋的咬合齿作用有力地阻滞了钢筋在试 件内部的滑动； 然而随着冻融循环作用次数的增加 ， 嵌入钢 筋肋的混凝土咬合齿被磨得越来越平， 这表明混凝土嵌入 钢筋肋的咬合齿对钢筋滑动的阻滞作用随着冻融作用次数 的增加而下降并且摩擦力降低， 钢筋在拔出试件破坏前钢 筋与混凝土之间产生了较大的滑移 ， 这与试验监测的数据 相一致。2 2 m m钢筋试件在冻融循环作用下 ， 随着冻融循环 作用次数的增加 ， 自由端最大滑移量由初期的 0 4 0 2 m m逐 渐增加到 1 2 0 5 m m。 由此数 据分析 得 出 ， 试 件在 遭受 冻融 作用达到 5 0次后钢筋自由端的峰值滑移量为冻融循环作用 前钢筋 自由端峰值滑移量的 2 9 5倍， 冻融前后峰值滑移量 增加了将近 1 9 5倍之多。 3结语 ( 1 ) 冻融循环作用导致混凝土内部损伤， 并且随着冻 融循环作用的增加混凝土质量损失增大， 抗压强度与劈裂 抗拉强度下降， 抗压峰值应变增加。 ( 2 ) 钢筋与混凝土 中心拔 出试 件的破坏形态 有两种 ： 拔出破坏和劈裂破坏。2 2 m m钢筋与混凝土的粘结破坏冻 融前后均为劈裂破坏， 1 4 m m钢筋与混凝土的粘结破坏均为 拔出破坏， 1 8 m m钢筋与混凝土的粘结破坏冻融后发生了变 化， 从拔出破坏变为劈裂破坏。 ( 3 ) 钢筋与混凝土的粘结强度均随着冻融循环作用 次数的增加而降低： 2 2 m m钢筋直径试件极限粘结强度由冻 融循环作用 0次的 8 6 8 M P a降低到冻融循环作用 5 0次的 2 5 7 MP a ， 1 8 ram钢筋直径试件极限粘结强度由冻融循环作 用0次的 1 0 9 2 M P a降低到冻融循环作用5 0次的4 2 3 MP a ， 1 4 mm钢筋直径试件极限粘结强度由冻融循环作用 0次的 1 2 8 0 MP a降低到冻融循环作用 5 0次的6 2 1 MP a 。 ( 4 ) 钢筋自由端的滑移量随着冻融循环作用次数的 增加而增大： 2 2 ra m钢筋直径 由0 402 m m增大到 1 2 0 5 mm， 1 8 m m钢筋直径由1 0 7 0 m m增大到 1 8 2 3 m m， 1 4 mm钢筋直 径 由 1 3 7 0 m m增大到 2 0 3 5 mm。 参考文献 1 李金玉 ， 曹 建 国 水工 混凝 土耐久 性 的研究 和应用 M 北 京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 4 2 贡金鑫 ， 何世钦 ， 盐环境 中冻融循环对钢筋与混凝土粘结性能 影 响 J 大连理工大学学报 ， 2 0 0 5 ， ( 3 ) ： 4 0 5 5 0 0 3 李金玉 ， 曹建 国， 混凝 土冻融破坏 机理的研究 J 水利学报 ， 1 9 9 9， ( 1 ) ： 4 1 4 9 4 于长江 ， 冻融环境 下普通混 凝土 的多轴破 坏准则 D 大连 ： 大连理工大学 ， 2 0 0 5 5 徐有邻 ， 变形钢筋 一混凝土粘结锚 固性能 的试 验研究 D 北 京 ： 清华大学 ， 1 9 9 0 6 冀晓东 ， 冻融后混凝土力学性能及钢筋混凝土粘结性能的研 究 D 大连： 大连理工大学， 2 0 0 7 收稿 日期 2 0 1 51 0 2 9 作者简介 郭靳 时( 1 9 6 3一) ， 女 ， 长春人 ， 硕士 ， 教授 ， 从事混 凝土结构基本理论 、 结构抗震设计方法与设计 理 论方 面的研究 。