冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结性能.pdf

第 3 7卷第 6期 2 O 1 5年 1 2月 土 木 建 筑 与 环 境 _7 -程 J o u r n a 1 o f C i v i l ， Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo 1 37 NO 6 De c 2 01 5 d o i ： 1 0 1 1 8 3 5 j i s s n 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 5 0 6 0 0 2 冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土 的粘结性能 牛建 刚 ， 郝 吉 ， 李伯 潇。 ( 1 内蒙古科技 大学 建筑与土木工程 学院， 内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0 ； 2 青 岛理 工大学琴 岛学院 土木工程 系， 山东 青 岛 2 6 6 1 0 6 ) 摘 要 ： 通 过 对 内贴应 变 片钢 筋的 直接 拔 出试 验 ， 分析 冻融作 用下粉 煤灰掺 量 对钢 筋与 粉 煤灰 混凝 土 间粘 结性 能的影 响 ， 得 出冻 融循环 作 用 对钢 筋与 粉 煤 灰混 凝 土 之 间 粘结 性 能 的影 响 规律 。试验 结果 表 明 ： 钢 筋与粉 煤 灰混 凝 土的 粘结 强 度 随粉 煤 灰掺 量 的增 加 而 降低 ； 当粉 煤 灰掺 量 一 定 时 ， 随 着冻融循环次数的增加 ， 混凝土强度有所下降， 钢筋与粉煤灰 混凝土 间极 限粘结强度 降低 ； 当粉煤 灰掺 量较 大 ， 达到 4 O 时 ， 随冻 融次数 的增 加 ， 钢 筋粉 煤灰 混 凝 土试 件极 限粘 结 强度 的 下 降 幅度 明 显 减缓 ， 极 限粘 结强 度对 应的 滑移 量增 大 。表 明掺 入 较 多粉 煤 灰 可使 试 件 的 冻 融损 伤 现 象得 到 缓 解 ， 冻 融环境 下钢 筋 混凝 土的 粘 结性能得 到提 高。 关键 词 ： 冻 融循环 ； 粉 煤灰 混凝 土 ； 直接拔 出试验 ； 粘 结强度 ； 粘 结应 力分 布 中 图分 类号 ： TU3 7 5 文献 标 志码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 0 7 0 8 Bo n di ng pr o pe r t i e s b e t we e n r e i nf o r c e me n t a n d f l y a s h c o n c r e t e u nd e r f r e e z e t h a w c y c l e Ni u d i a n g a n g ， Ha o J i ， Li Bo x i a o。 (1 S c h o o l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l En g i n e e r i n g，I n n e r M o n g o l i a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y， B a o t o u 0 1 4 0 1 0，PRC h i n a ； 2 De p a r t me n t o f Ci v i l E n g i n e e r i n g，Qi n g d a o Te c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y Qi n d a o Co l l e g e ，Qi n g d a o 2 6 6 1 0 6 ，P RCh i n a ) Ab s t r a c t ： Th e ef f e c t o f f r e e z e t h a w c yc l e t o t he bo nd i ng p e r f or ma nc e b e t we e n s t e e 1 b a r a nd f l y a s h c on c r e t e wa s a na l ys e d t hr o ugh pu l l o ut t e s t t o s t e e l ba r s a t t a c h e d s t r a i n g a g e s i ns i de Th e r e s ul t s o f pul l ou t t e s t u nde r di f f e r e nt nu m be r o f f r e e z e t h a w c y c l e s ho w t ha t t he bo nd i ng s t r e n gt h b e t we e n s t e e l b a r a nd c on c r e t e d e c r e a s e a s t he c o nt e nt o f f l y a s h i n c r e a s i n g；whe n t he c o nt e nt of f l y a s h s t a y t he s a m e，wi t h t h e nu mbe r o f f r e e z e t ha w c yc l e i n c r e a s i n g，t he c o nc r e t e c omp r e s s i v e s t r e ng t h d e c l i ne，a n d t h e b on di n g s t r e n gt h de c r e a s e； a s t he f l y a s h r e pl a c e me n t r a t e s t a y 4 O ，wi t h t h e numb e r o f f r e e z e t ha w c y c l e i nc r e a s i ng， t he u l t i m a t e bo nd i n g s t r e ng t h d e c r e a s e d s pe e d r e du c e ， a nd t he f r e e e nd di s pl a c e me n t c o r r e s p o nd i ng t o t h e ul t i m a t e bo nd i ng s t r e n gt h i nc r e a s e，whi c h s ho ws t ha t m i x e d wi t h a l a r ge numbe r o f f l y a s h c a n r e m i t t he f r e e z e t h a w d a m a ge p he n ome n on， t h e bo ndi ng p e r f o r m a nc e of r e i nf or c e d c on c r e t e s p e c i m e ns u nd e r f r e e z e t h a w e n vi r on m e n t i S i m p r ov e d 收 稿 日期 ： 2 O 1 5 一 O 7 3 O 基金项 目： 国家 自然科学基金 项 目( 5 1 3 6 8 0 4 2 ) 作者简 介 ： 牛建刚 ( 1 9 7 6 ) ， 男 ， 教 授 ， 博 士 ， 主要 从 事混 凝 土 耐 久性 及 建筑 可 靠 度研 究 ， ( E ma i l )n i u j i a n g a n g i mu s t e du c n。 Re c e i v e d： 201 5 - 07 30 Fo un da t i o n i t e m ： Na t i o na l Na t u r a l Sc i e nc e Fo und a t i o n o f Chi n a( No 5 13 68 0 42) Au t h o r b r i e f ： Ni u J i a n g a n g ( 1 9 7 6 一 ) ，p r o f e s s o r ，Ph D，ma i n r e s e a r c h i n t e r e s t ： d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e& b u i l d i n g r e l i a b i l i t y， ( E ma i l )n i u j i a n g a n g i mu s t e d u e n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 7 卷 Ke y wo r ds ： f r e e z e t ha w c y c l e；f l y a s h c o nc r e t e；pu l l o ut t e s t ；bo nd i ng s t r e ng t h；b o ndi ng s t r e s s d i s t r i bu t i n g 粉煤灰作为混凝土材料中最为常用的一种矿物 掺合料 ， 既可 以减少水泥用量， 降低混凝 土的成本 ， 又可以改善混凝土部分工作性能、 力学性能和耐久 性 _ 1 ， 能 够更好地 满 足实 际工程 的需求 。 在寒冷环境下 的混凝土结构会受 到冻融侵蚀 ， 冻融作用会使混凝土劣化 ， 劣化后的混凝 土与钢 筋 间 的粘结 性 能 将 受 到 影 响 。在 影 响混 凝 土结 构破坏的因素中， 冻融侵蚀对于混凝土结构的破坏 程度较大， 冻融损伤严重时会导致结构失效口 。钢 筋与混凝土问的粘结性能是影响混凝土构件正常使 用 性 能的重 要 因素 之 一 1 “ ， 在 混 凝 土 工 程 中 合理 利用粉煤灰是否能够发挥其在冻融环境 中改善钢筋 与混凝土之 间的粘结性 能尚不 明确。Ar e z o u ma n d i 等l l1 研究了粉煤灰掺量大于 5 0 的混凝土试 件与 钢筋的粘结性能 ， C o s t e l 等口 对高温养护 的粉煤灰 ? 昆 凝 土试 件 的 粘 结 性 能 开 展 了试 验 分 析 。胡 晓 鹏 等I 1 分析了粉煤灰掺量对直接拔 出试件与梁式试 件中钢筋与粉煤灰混凝土粘结性能 的影响， 冀晓东 等_ 】 。 。 研究了冻融循环作用后钢筋与混凝土的粘结 性能， 而关于冻融环境 下钢筋与粉煤灰混凝土间粘 结性能方面可供参考 的试验与分析并不多， 冻融作 用与粉煤灰掺量对钢筋混凝土间粘结性能的影 响有 待 深入研 究 。 通过 对钢筋 粉煤 灰 昆 凝 土试 件 的快 速冻 融试 验 和钢筋直接拔 出试验， 得出冻融环境下钢筋与粉煤 灰混凝土间的粘结规律 ， 分析冻融循环作用对钢筋 与粉煤灰混凝土 的粘结性能的影响， 以便为钢筋混 凝土结构工程的可靠度分析 和耐久性设计提供参 考 ， 并为以后钢筋与粉煤灰混凝土之间粘结性能分 析 提供 参考 。 1 试验概况 1 1试验 材料 取混凝 土 结 构 中使 用 较 多 的 C 3 O到 C 4 O的混 凝土进行试验 ， 对实际工程有一定参考价值 。直接 拔 出试 验考 虑冻 融循 环次数 以及 粉煤 灰掺 量对 粘 结 性能 的影 响 ， 粉 煤 灰 掺 量 分 别 为 0 、 1 0 、 2 O 、 3 0 和 4 0 ， 其 中 ， 对 粉 煤 灰 掺 量 为 0 、 2 0 及 4 0 的 3组 试 件进 行冻 融循 环 作用 ， 冻 融次 数 为 0 、 2 5、 5 0 、 7 5 、 1 0 0次 。 水泥采用包钢综合企业( 集团) 公司水泥厂生产 的“ 草原牌” P O 4 2 5普通硅酸盐水泥 ； 粉煤灰选用鄂 尔多斯 市达旗 电厂 生产 的 级 粉煤 灰 ， 细度 、 需 水量 比、 烧失量分别 为 0 2 6 、 9 3 3 、 0 1 3 ； 细骨料选用 普 通河砂 ， 其粒 径小 于 5 mm， 含泥 量小 于 2 ， 细度 模数、 级配等各项性能指标均合格 ； 普通粗骨料 ： 碎 石粒径 不大 于 2 0 mi l l , ， 含 泥量 、 细度 模 数 、 级 配 等各 项性能指标合格 ； 拌和用水采用城市普通 自来水 ， 外 加剂采 用 萘 系 B 3减 水 剂 ， 以及 AH一 1型引 气 剂 。 试验 中粉煤 灰混凝 土 的基 本参 数如 表 1 。 表 1粉煤灰混凝土的基本参数 Ta b l e 1 Th e b a s i c p ar a me t e r o f f l y a s h c o nc r e t e 1 2 试件 设计 试件 截 面 尺 寸 均 为 1 5 0 mm 的 立 方 体 ， 配 置 1 根 HRB 4 0 0级钢筋 ， 长 4 0 0 i n m， 钢筋有效粘结 长度 为 7 0 mm， 无粘 结段 钢 筋 通过 P VC套 筒 隔离 ， 在 自 由端及加载端分别预 留 1 0 、 2 4 0 mm长的钢筋 以固 定 千分 表和施 加荷 载 ， 试 件 简 图如 图 1 ( a ) 所 示 。钢 筋 预先 开槽 处理 ， 锚 固长度 范 围钢 筋 槽 内粘 结 5个 应 变 片 ， 应变 片将锚 固长度划 分为 4个 区段 ， 每 个 区 段 长 为 1 7 5 mm， 测 点编 号如 图 1 ( b ) 。 因试 验 主 要 研究钢筋与粉煤灰混凝土间粘结性能在冻融循环作 用下 的变化 规律 ， 故 不 考 虑 钢筋 直 径 等 对 粘 结 性 能 的影 响 ， 试 验统一 使用 直径 为 1 4 mm 的 钢筋 。根 据 实验 室 的实 际 情况 ， 自行 设 计 加 载装 置 ， 符合 混 凝 土结构试 验方法 标准 ( G B T 5 0 1 5 2 -2 0 1 2 ) 的规 定 ， 千分表 安装 在 试件 的 自由端 用 以 测定 钢 筋 滑 移 量 ， 如图 2 。冻融试验使用 KD R V冻融试验机， 符 合 混凝 土 抗 冻 试 验 设 备 ( J G T 2 4 3 ) 的 规 定 。冻 融 温度控 制在 ( 一1 7 4 - 2 ) ( 8 4 - 2 ) ， 每 次冻 融循 环 在 3 4 h内完成 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 7 卷 根 据式 ( 1 ) 计 算 结果 绘 制 不 同粉 煤灰 掺 量下 试 件的粘结强度一 滑移曲线 ， 如图 4所示 ， 各组粉煤灰 混 凝 土试 件 的粘 结 强度一 滑 移 曲线 变化 趋 势 基本 相 同 ， 均 由微 滑 阶段 、 滑 移 阶 段 、 劈 裂 阶 段 、 下 降 阶段 和残余 阶段组成 。与未掺粉煤灰试件相 比， 当粉煤 灰的掺量增加时 ， 钢筋与粉煤灰混凝土问的极限粘 结强度降幅增大 。粉煤灰掺量为 1 0 9 6 和 2 0 的试 件其极 限粘结强度分别 降低 2 6 2 和 3 8 2 ； 而 粉煤灰 掺 量 为 3 0 时 ， 试 件 极 限 粘 结 强度 下 降 1 4 1 2 ； 掺 量 为4 0 时 ， 极 限 粘 结 强 度 下 降 2 0 5 1 。 自由端滑移 ram 注 ： 一= O 一0 3 = 1 O 一= 2 0 一 = 3 0 = 4 o 图 4 不 同粉煤灰掺量试件粘结强度一 滑移曲线 Fi g 4 Cu r v e o f bo n di ng s t r e ng t h - s l i p wi t h d i f f e r e nt c o nt e nt o f f l y a s h 加载初期， 钢筋与混凝 土问的粘结力主要是 由 化学胶着力提供 ， 自由端位移较小 ， 几乎为 0 ， 处于 微滑阶段。化学胶着力破坏后 ， 随着荷载向 自由端 发展 ， 钢筋 与混凝 土发 生相对 位移 ， 由于混 凝 土强 度 会随掺入粉煤灰的掺入有一定程度 的降低， 使混凝 土对钢筋的握裹力减小 ， 试件破坏时其极限粘结强 度 降低 。 钢筋粉煤灰混凝土的极限粘结强度对应的 自由 端滑移量基本相同， 均 比未掺粉煤灰试件 的 自由端 滑 移量小 。粉 煤灰 掺量为 0 、 1 0 、 2 0 和 3 O 的 试件在 曲线滑 移阶段 较为接 近， 而粉煤 灰掺 量为 4 O 9 6 的试 件 的粘结 刚度 稍 有 减 小 ， 与文 献 1 7 未 冻 融条件粉煤灰混凝土与钢筋的粘结规律相近。粉煤 灰掺入量为 1 0 和 2 0 时， 粘结强度在下降段的下 降速度较快 ， 在试件 承载力达到极 限后就会 发生破 坏 ， 进 入残余 阶段 ， 原 因在于 少量掺 入 粉煤 灰起 到 改 善混凝 土 内部结 构 的作 用有 限 ， 且会 降低 混 凝 土 基 体强度， 试件的粘结力在荷载 向自由端发展 时会产 生应 力集 中， 钢 筋应 变增加 ， 钢筋 与混 凝 土 间的相 对 位移 增加 ， 应力 集 中区段 的粘结作 用 减弱 ， 钢 筋 与混 凝土在锚固段内粘结能力下降速度加快 ， 提前残余 阶段 ； 当粉 煤 灰掺 量 为 3 O 和 4 O 时 ， 粘 结强 度 在 下降段和残余段 的下降趋势与未掺粉煤灰试 件相 似 ， 在试件承载能力达到极 限后仍能有较高 的承载 力 ， 破 坏后 粘结 锚 固能 力较 好 ， 不 至 于 出 现脆 性 破坏 。 3 1 2粉煤灰 掺 量对钢 筋与粉 煤灰 混凝 土 的 粘结一 锚 固位 置的影 响 由试件 中钢筋 各点 应 变差 绘 制钢 筋 粉煤 灰混 凝 土 的粘结一 锚 固位 置关 系 曲线 ， 如 图 5 所示。在各级荷载作用下， 试件的加载端和 自由端 的粘 结应 力均 为 0 。 在未掺粉煤灰 的试件 中， 如图 5 ( a ) ， 其局部粘 结应力主要分布在锚固段 中部 ， 其粘结应力集 中位 置 并没有 随着 粘 结 应力 的增 大 而 改 变位 置 ， 说 明对 于此试件来说 ， 5 d的锚 固长度满足锚 固要求 ； 在粉 煤灰掺入量为 1 o 的试件 中， 如图 5 ( b ) ， 由于掺入 少量粉煤灰起到能够使混凝土内部结构变得致密均 匀的作用有限， 且使基体强度下降， 粘结刚度降低 ， 粘结应力峰值位置 向自由端移动到区段 4内， 并且 拉拔荷 载越 大 ， 粘 结应力 分布 越不 均匀 ； 粘 结 应力 集 中区域随着粉煤灰掺量的增加逐渐 由自由端向加载 端移动 ， 当粉煤灰掺量为 2 0 3 O 时， 如 图 5 ( c ) 、 ( d ) ， 粘结应力在锚 固长度 内均匀分布 ， 主要分布于 区段 2 、 3内， 即粉煤灰 的适量掺入有利 于拉拔荷载 在锚 固段 内均匀 传递 以及混凝 土 与钢 筋 问粘 结应 力 的均 匀分 布 ， 对 试 件 的 内部 均 匀 受力 起 到一 定 的增 强作 用 ； 当粉煤 灰掺 人量 为 4 0 时 ， 如 图 5 ( e ) ， 应 力 分布曲线波峰前移到区段 1 ， 粘结应力在区段 2 、 3 、 4 内缓慢下 降 ， 且 保持较 高 的粘结 强度 ， 为 钢筋 与混 凝 土问的粘结 强度达到极 限后提供一定 粘结强度储 备 ， 在极 限 粘 结 强 度 破 坏 后 能 够 继 续 承 担 一 定 的 荷 载 。 适量掺入粉煤灰对钢筋混凝土间粘结一 锚 固的 影 响 作用 较 为 明显 ， 由于 掺 入粉 煤 灰 的 昆凝 土试 件 内部 变得 均 匀 密 实 ， 且 随 着 粉 煤 灰 掺 量 的 增 大 ， 试 件强度逐渐降低 ， 钢筋混凝土 问粘结 刚度减小 ， 即 荷载相同时 ， 自由端滑移量增大 ， 使得荷载在锚 固 段 内能 够 比较 均 匀地 传 递 到 自由端 ， 且 能够 使 钢 筋 的粘结 应 力 均匀 分 布 ， 有利 于 钢筋 混 凝 土 间 的粘 结 性 能 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 7 卷 由图 6 ( c ) 可以看到 ， 粉煤灰掺量为 4 0 的 昆 凝 土试件 ， 在经历不 同冻融循环之后 ， 粘结一 滑移 曲线 在下 降段 的变 化趋 势更 为平缓 ， 且粘 结 强度一 滑 移 曲 线变化趋势接近于未冻融试件的曲线 ， 在试件破坏 后仍然能保持较高的承载能力 ， 粘结强度下降缓慢 ， 不 会在 试件达 到 极 限 粘结 强 度 之 后 出现 脆 性 破 坏 。 残余阶段 的残余 粘 结 强度 较普 通 混凝 土 试件 和 2 O 掺量的粉煤灰混凝土试件更高。冻融 5 0次时 ， 粉煤灰混凝土整体的冻融损伤较小 ， 而局部区域 ( 粘 结界面附近) 的混凝土受冻融影响较大 ， 试件受拔 出 荷载时 ， 混凝土保护层的变形协调能力差 ， 在试件达 到极 限粘结 强度 后 ， 粘 结 界 面 附近 的 混 凝 土 与粘 结 界面较 远处 的混 凝 土 易产 生 相 对 滑 动 ， 试 件 的粘 结 强度在曲线下降段迅速下降。冻融 7 5 、 I O O次时， 粉 煤 灰混凝 土基 体受 到的冻 融损 伤与粘 结 界 面附 近混 凝 土受 到 的冻 融 损 伤 都 比较 大 ， 混 凝 土 保 护层 表 现 出较好 的变形协调能力， 在试件达到极限粘结强度 后， 混凝土保护层不会出现相对滑动现象， 试件保持 较高的粘结强度 ， 在曲线下降段平缓降低。 综合上述结果可以得 出， 掺入 4 o 粉煤灰对于 混凝 土试件 在冻 融环境 下 的粘 结性 能有 一 定 的增 强 作用 ， 在试件破坏后能保持较好的粘结性能。 3 2 2 冻融循 环 对钢 筋与 粉 煤 灰 混凝 土 间 的粘 结 性能的影响 对冻融后的钢筋粉煤灰混凝土试件直 接拔出试验所得试验数据进行整理 ， 绘制不 同粉煤 灰掺量混凝土试件的混凝土立方体抗压强度、 试件 的极限粘结强度和极限粘结强度对应滑移量在冻融 环境 中的变化 曲线 。 由图 7 可 知 ， 混凝 土 抗 压 强 度 随着 冻 融 次 数 增 多逐渐下降。当冻融循环超过 5 O次时 ， 下降幅度明 显 增 大 ， 粉 煤 灰 掺 量 为 0 的 混 凝 土 试 块 从 冻 融 5 0 1 0 0 次 ， 其抗压强度下 降了 3 7 6 6 ， 而粉煤灰 掺量为 4 0 的混凝 土试块 的抗压强度则下 降幅度 较为平缓 ， 降低了 2 6 1 6 ， 大量掺入粉煤灰使得混 凝土抗压强度的下降幅度得到一定缓解， 且在经历 冻融循环之后， 粉煤灰掺量为 4 O 的混凝 土立方体 抗压强度要 比粉煤灰 掺量 为 2 O 的混凝 土试块的 强度高。冻融次数为 1 0 0次 时， 粉煤灰 掺量为 4 0 的粉煤灰混凝土试块的抗压强度与未掺粉煤灰的混 凝土试块相差不大 ， 均接近于 2 5 MP a 。 由图 8 ( a ) 可见 ， 随着冻融循 环次数 的增多， 试 件破坏时的极 限粘结强度逐渐减小， 未掺粉煤灰 的 试件冻 融循 环 1 0 0次 时 ， 试 件 的极 限粘 结 强 度 比未 冻融次数 注：一粉煤炭掺量为O 一粉煤炭掺量为2 0 一粉煤炭掺量为4 0 图 7冻融环 境下粉煤灰混凝土抗压 强度 Fi g 7 Co mpr e s s i v e s t r e ng t h o f f l y a s h c o n c r e t e a f t e r f r e e z e - t ha w 冻融试件 降低 8 2 9 MP a ， 降幅达 4 7 2 4 ， 粉煤灰 掺量为 2 0 的试件的极 限粘结强度下降趋势与普 通 混凝 土较 为接 近 ， 下 降幅 度 达 到 4 9 1 3 ； 而 粉煤 灰 掺量 4 O 的试 件 ， 冻 融 循 环 1 0 0次 时 ， 试 件 破 坏 时其极 限粘结 强度 与未冻 融 的试 件相 比， 仅下 降 3 4 6 MP a ， 降幅为 2 4 8 0 。经历冻融试验后 ， 粉煤 灰掺量为 4 O 的试件其极限粘结强度要 比普通混 凝土 和 粉 煤 灰 掺 量 为 2 0 的试 件 的强 度 高 ， 冻 融 1 0 0次 时 ， 粉煤 灰 掺 量 为 4 0 的试 件 比普 通 混 凝 土 试件 的极 限 粘 结 强 度 高 1 2 3 MP a ， 且 在 冻 融 环 境 下 ， 其极限粘结强度下降趋 势最为平缓。混凝土 中 冻融循环次数 ( a ) 冻融环境下钢筋混凝土 极限粘结强度 冻融循环次数 ( b ) 冻融环境下极限粘结强度 对应 自由端滑移量 注： 一= O +m= 2 0 一： 4 0 图 8冻融循环作用下钢筋粉煤灰混凝土间粘结性能 曲线 Fi g 8 The c ur v e o f b on di ng p e r f or ma nc e b e t we e n s t e e l an d f l y a s h c o nc r e t e a f t e r f r e e z e - t ha w c y c l e 2 0 8 6 4 2 0 8 6 4 2 2 1 l 1 1 1 O 0 0 g目 、 血 1 磐丑皿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 牛建 刚 ， 等 ： 冻融环境 下钢 筋与粉 煤灰 混凝 土的 粘 结性能 1 3 掺入 4 0 粉煤 灰可 以起 到 密实 混 凝 土 、 改善 内部 孔 结构 ， 减小基体中 自由水的渗透的作用 ， 从而提高试 件的抗冻性 ， 有利于提高试件在冻融环境下 的粘结 性 能 。 图 8 ( b ) 为冻融循环作用 下试 件的极 限粘结强 度对应 的钢筋 自由端滑 移量。对 于粉煤灰 掺量 为 0 和 2 0 的试 件 ， 滑 移 量 随 冻 融 次 数 的增 大 而 减 小 ， 分 别 减 小 了 1 1 3 、 0 6 2 I T I m； 当 粉 煤 灰 掺 量 为 4 0 时， 试件最大拉拔荷载对应的滑移量则是随冻 融损伤 的加剧而增大的 ， 且增加 幅度较大 。冻融次 数为 1 0 0次时， 不掺粉煤灰的滑移量 较未冻融试 件 下 降 了 6 5 3 2 ， 粉 煤 灰 掺量 为 2 O 时， 下 降 了 爵 2 5 室z o 髫 s 羹 - 。 s 一 5 5 3 6 ， 而 粉 煤 灰 掺 量 为 4 O 9 6 的 试 件 反 而 上 升 了 7 3 1 1 。 3 2 3 冻融循 环 对粉 煤灰 混凝 土 的粘 结一 锚 固位 置 的影 响 由试 验 结 果 可 知 ， 尽 管 在混 凝 土试 件 中掺 入粉煤灰会 降低混凝 土基体 的抗压 强度和粘结强 度 ， 但掺人大量的粉煤灰能够使基体内部变得致 密 均匀 ， 钢筋与 昆 凝土间的粘结刚度降低 ， 使混凝土试 块内部均匀受力 ， 有利于粘结应力的传递 。在冻融 环境 中， 粉煤灰掺量为 4 O 9 6 时， 钢筋 与混凝 土问粘 结性 能较好 ， 因此 ， 选用粉煤灰掺量为 4 O 的钢筋 混凝 土试件进行冻融循环作用后钢筋粘结应力一 锚 固位置 分析 。 2 5 2 0 譬 l 5 j 1 0 粲 5 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 距加载端距离 ra m 注 ： 一 1 5 k N + 2 0 k N 十 2 5 k N* 3 0 k N 十3 5 k N +4 0 k N +4 4 k N ( b ) 冻融循环5 O 次 稍 2 5 室 。 巷 篓m 5 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 距加载端距离 r a m 注 ： 1 5 k N+2 O k N十2 5 k N * 3 0 k N * 3 5 k N +4 0 k N ( d ) 冻融循环1 0 0 次 图 9冻融环境 下粉煤灰混凝土试件钢筋应变一 锚 固关 系 Fi g 9 The c u r v e of s t e e l b a r s t r a i n - a nc ho r i ng a f t e r f r e e z e - t h a w 未 冻融 的试 件 ， 如 图 5 ( e ) ， 其 粘 结 应 力 曲线 的 峰 值位 于 区段 1内 ； 当冻 融 次数 较 少 时 ， 如 图 9 ( a ) 、 ( b ) ， 钢筋锚固长度内的粘结应力分布较为均匀 ， 说 明试件受冻融循环作用后 ， 混凝土内部 受到冻融损 伤 ， 混凝 土 与钢 筋粘 结 刚度稍 有减 小 ， 有 利 于钢 筋 粘 结应力 向自由端传递 ， 使粘结应力在锚 固段 内均匀 分 布 ； 随着 冻融 次 数 的增 加 ， 如 图 9 ( c ) 、 ( d ) ， 粘 结 应 力 的 峰值逐 渐 且 缓慢 的 向加 载 端 区段 1内移 动 ， 且 拉 拔荷 载越 大 ， 粘结 应力 分布 不均 匀 现象 越 明显 ， 原 因在于冻融循环使混凝土孔隙结构损伤加剧 ， 试件 所能承受的粘结强度降低 ， 当荷载增加时， 加载端钢 筋与粉煤灰混凝土的粘结作用易破坏 ， 而在区段 2 、 3 、 4内仍能保持较高 的粘结强度 ， 所以， 在加载端钢 筋 的应 变 差 较 大 ， 在 加 载 端 出 现 了粘 结 应 力 峰 值 。 由此 可 以推 断 ， 当 钢 筋粉 煤 灰 混 凝 土 试 件 由于 冻 融 循环而产生粘结 强度破坏时 ， 锚 固段 自由端可 以继 续 提供 一定 的粘 结强 度 。 4 结 论 通过对钢筋粉煤灰混凝土试件在冻融循环作用 后的直接拔出试验， 得出冻融作用和粉煤灰掺量对钢 筋与 粉 煤 灰 混 凝 土 间 粘 结 性 能 的 影 响 ， 主 要 结 论 如下 ： 1 ) 掺入适量粉煤灰能够降低钢筋与混凝土间的 粘结刚度， 有利于粘结应力在钢筋锚固段均匀传递 ； 试件 中 粉 煤 灰 掺 量 越 大 ， 粘 结 强 度 粘 结 应 力 峰 值 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 7 卷 越 小 。 2 ) 冻融循 环作 用 次 数 越 多 ， 混 凝 土立 方 体 抗 压 强 度 、 粘 结应力 峰 值 越 小 ， 但 随 粉煤 灰 掺 量 的 增 加 ， 试件粘结性能 的冻融损伤有所缓解 ， 相较 于普通混 凝 土试件 表现 出一定 的抗 冻性 。 3 ) 冻融环境下 ， 大量掺人粉煤灰 ， 钢筋混凝土问 极限粘结强度下降趋于平缓 ， 且降幅减小， 有利于钢 筋与混凝土间的粘结性能， 且随着冻融循环 次数 的 增加 ， 钢筋混凝土间极限粘结强度对应的钢筋 自由 端位滑移量逐渐增大， 在试件破坏之后表现 出比普 通 混凝 土更好 的粘 结性 能 。 参考 文献 ： 1 汪潇 ，王宇斌 ， 杨 留栓 ， 等高性 能大掺量粉煤 灰混凝 土研究 E J 硅酸盐通报 ，2 0 1 3 ， 3 2 ( 3 ) ： 5 2 3 5 2 7 W a n g X， W a ng Y B， ra n g L S， e t a 1 Hi gh p e r f o r ma n c e h i g h v o l u me f l y a s h c o n c r e t e j- J B u l l e t i n o f t h e Ch i n e s e Ce r a mi c S o c i e t y ，2 0 1 3 ，3 2 ( 3 ) ：5 2 3 - 5 2 7 ( i n Ch i n e s e ) 2 李伯潇 ，牛建刚 ， 冉祥富钢筋与粉煤 灰混凝土 的粘结 性能研 究F J 广西 大学学报 2 0 1 4 ， 3 9 ( 4 ) ： 7 2 4 7 3 1 L i B X， Ni u J G， Ra n X F Re s e a r c h o n b o n d i n g p r o p e r t i e s o f f l y a s h r e i n f o r c e d c o n c r e t e E J J o u r n a l o f Gu a n g x i Un i v e r s i t y ， 2 0 1 4， 3 9 (4)： 7 2 4 7 3 1 ( i n Ch i n e s e ) r 3 S a r k e r P K， Mc b e a t h S F i r e e n d u r a n c e o f s t e e l r e i n f o r c e d f l y a s h g e o p o l y me r c o n c r e t e e l e me n t s J Co n s t r u c t i o n a n d Bu i l d i n g M a t e r i a l s ，2 0 1 5 ，9 0 ：9 1 9 8 4Di n a k a r P，B a b u K G，S a n t h a n a m M D u r a b i l i t y p r o p e r t i e s o f hi g h v o l u me f l y a s h s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ，2 0 0 8 ， 3 0 ( 1 0 ) ：8 8 0 8 8 6 5赵羽习钢筋混凝土粘结性能和耐久性 的研究E D 杭 州 ： 浙江大学 ， 2 0 0 1 6 王玉 田， 姜福香 ，赵铁军 ，等冻融循环 下 C F RP一 高 性能混凝 土 的粘 结 性 能 E J 土 木 建筑 与环 境 工 程 ， 2 01 5，3 7( 2)：8 5 - 91 Wa n g Y T， J i a n g F X， Z h a o T J， e t a 1 B o n d p r o pe r t i e s of CFRP hi gh pe r f o r ma nc e c on c r e t e s u b j e c t e d t o f r e e z e t h a w c y c l e s E J J o u r n a l o f C i v i l ， Ar c h i t e c t u r a l& E n v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g，2 0 1 5，3 7 ( 2 )：8 5 9 1 ( i n Ch i n e s e ) 7徐港 ， 李运攀，潘琪 ，等盐冻 环境下钢筋混凝 土梁抗 弯性能试 验研究 E J 土木建 筑与环 境工 程 ， 2 0 1 4 ，3 6 ( 3 )：86 - 91 Xu G，Li Y P，P a n Q，e t a 1 Ex p e r i me n t a l a n a l y s i s o n f l e x u r a l p e r f o r ma n c e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m i n s a l t - f r o s t e n v i r o n me n t J J o u r n a l o f C i v i l ， Ar c h i t e c t u r a l& E n v i r o n m