再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究.pdf

第 3 8卷 第 1期 2 0 1 6年 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci 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 V o l _ 3 8 N o 1 Fe b2 016 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 6 0 1 0 0 7 再生混凝土与锈蚀钢筋问的粘结性能试验研究 王晨 霞 ， 王 宇 ， 李敬红 ， 宋波。 ， 曹芙波 ( 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 中国二 冶集团有 限公 司， 内蒙古 包头 0 1 4 0 3 0；3 包头市户外广告和牌 匾设置管理服 务处 内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0 ) 摘 要 ： 为 了探 究再 生 混凝土 结构 的耐 久性能 ， 对 5组不 同钢 筋锈 蚀 率( 0 9 ) 的再 生 混凝 土 梁式 试 件进行 加 载试验 。分析 不 同钢 筋锈 蚀 率对再 生混 凝土 梁式试件 的钢 筋应 变 、 局 部 粘 结应 力 、 粘 结 一 滑移和极限粘结应力的影响。结果表明： 钢筋锈蚀率大于 3 时试件底部开始有细微锈胀裂缝 出 现 ； 锈蚀 率越 大， 荷 载作 用 下钢 筋应 变 沿锚 固位 置 的 变化 曲线 越 平缓 ； 局 部 粘 结应 力 沿锚 固段 呈现 出双峰分布 ， 峰值主要集中在加载端和 自由端附近； 加栽端附近位置滑移现 象最先发 生， 远 离加载 端滑移现象延后 ； 随着钢筋锈蚀率的增大 ， 极限粘结强度先增加后降低 ， 极限荷载下的滑移值增大。 关键 词 ： 再 生混 凝土 ； 梁式试 件 ； 锈 蚀钢 筋 ； 粘结一 滑移 中 图分类 号 ： T U3 7 5 文献标 志码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 4 6 0 8 Ex pe r i me n t a l a n a l y s i s o n b o nd b e ha v i o r b e t we e n r e c y c l e d c o nc r e t e a n d c o r r o d e d s t e e l b a r s W a n g Ch e n x i a ， Wan g Y u ， Li d mg h o n g ， So n g Bo ，Cao F u b o (1 I nn e r Mo ng o l i a Unive r s i t y o f S c i e nc e a n d Te c h no l o gy I n s t i t u t e o f Ar c hi t e c t u r e a nd Ci v i l Eng i ne e r i n g，Ba o t ou 01 40 1 0， I n ne r Mo n g o l i a ，P RC h i n a ； 2 Ch i n a S e c o n d Me t a l l u r g y Gr o u p C o r p o r a t i o n Li mi t e d ，B a o t o u 0 1 4 0 3 0 ，I n n e r Mo n g o l i a ，P RCh i n a： 3 Ba o t ou ou t do or a d ve r t i s i n g a n d pl a qu e s e t t i ng ma na g e me nt s e r v i c e，Ba o t ou 01 40 1 0，I nne r M o ngo l i a ，P RCh i na) Ab s t r a c t ： W e c a r r i e d ou t l o a d t e s t s o n f i ve gr o up s o f r e c y c l e d c o nc r e t e b e a m s p e c i me ns of d i f f e r e nt c or r o s i on r a t e s t o e x p l o r e t h e r e c y c l e d c o n c r e t e s t r u c t u r e d u r a b i l i t y， a n d a n a l y z e d t h e i n f l u e n c e O f d i f f e r e n t c o r r o s i o n r a t e s on s t e e l ba r s t r a i n， l o c a l bo nd s t r e s s，l o a d s l i p a n d t he ul t i m a t e b o nd s t r e s s o f r e c yc 1 e c o nc r e t e be a m s p e c i me n s Th e r e s u l t s s h o w t h a t l i g h t l y c o r r o s i v e c r a c k s a p p e a r e d i n t h e b o t t o m o f t h e b e a m wh e n r e b a r c o r r o s i on r a t e wa s g r e a t e r t ha n 3 The s t r a i n c ur v e wa s f l a t whe n t h e c or r o s i on r a t e o f r e i nf o r c i n g s t e e l ba r wa s g r e a t e r wi t h t he a nc ho r p o s i t i o n u nd e r t he br e a ki n g l oa d The d i s t r i bu t i o n of l o c a l bo nd s t r e s s a l on g t he a nc h or s e c t i o n wa s bi m o d a l d i s t r i bu t i o n，a nd pe a k m a i nl y c on c e nt r a t e d ne a r t he l o a d i ng e n d a nd 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 7 3 0 基金项 目： 内蒙古 自然科学基金( 2 0 1 4 MS O 5 5 1 、 2 0 1 5 MS 0 5 5 2 ) ； 内蒙 古 自治区高等学校科 学研究项 目( N J Z Y1 5 9 ) ； 包 市科 技计划项 目( 2 O 1 4 X L O O 9 ) 作者简介 ： 王晨霞 ( 1 9 7 7 一 ) ， 女 ， 博 士 ， 主要从事再生混凝土耐久性研究 ， ( E - ma i l ) w a n g c h e n x i a 7 7 1 3 9 com 曹芙波 ( 通信作 者) ， 男 ， 副教授 ， ( E - ma i l ) c a o f u h o 1 3 9 c o rn。 Re c e i v e d： 2 01 5 - 07 30 F o u n d a t i o n i t e m ： Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f I n n e r M o n g o l i a( No 2 0 1 4 M S 0 5 5 1 ， 2 0 1 5 M S 0 5 5 2 )； S c i e n t i f i c Re s e a r c h P r o j e c t f o r Hi g h e r Un i v e r s i t y o f I n n e r Mo n g o l i a Au t o n o mo u s Re g i o n( No NJ ZY1 5 9) ； S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y P l a n P r o j e c t s o f Ba o t o u ( No 2 0 1 4 X1 0 0 9 ) Au t h o r b r i e f ： W a n g C h e n x i a ( 1 9 7 7 一 ) ，P h D c a n d i d a t e ，ma i n r e s e a r c h i n t e r e s t ： r e c y c l e d c o n c r e t e d u r a b i l i t y r e s e a r c h ，( E ma i l ) wa n g c h e n x i a 7 7 1 3 9 c o m Ca o Fu b o ( c 0 r r e s p o n d i n g a u t h o r ) ， a s s o c i a t e p r o f e s s o r ，( E ma i l ) c a o f u b o 1 3 9 com 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 王晨 霞， 等 ： 再 生混凝 土 与锈 蚀 钢 筋 问的粘 结性 能试验研 究 4 7 t he f r e e e n d The s l i pp a ge p he n ome n on ha p pe ne d f i r s t o n t h e po s i t i o n ne a r t he l o a d i ng e nd，a nd d e l a y e d a wa y f r om t he l oa d i n g e n dW i t h t h e i n c r e a s e o f r e b a r c o r r os i o n r a t e ，u l t i ma t e b o nd s t r e n gt h i n c r e a s e d f i r s t a nd t he n r e du c e d a nd s l i p va l u e i nc r e a s e d un de r t he ul t i ma t e l o a d Ke y wo r ds ： r e c yc l e d c o nc r e t e；be a m s p e c i m e ns；c o r r od e d s t e e l ba r s ；l o a d s l i p 近 5 O年以来 ， 人们对再生混凝土的认识 己经从 陌生逐渐发展到熟悉 ， 尤其是在发达 国家 ， 再生混凝 土 的研 究 已经 从 非 结 构 构 件 层 面 转 向 结 构 构 件 层 面 l_ 1 ， 再 生混 凝 土 已经 慢 慢 扩 大 了 在 实 际 工 程 中的 应用 2 。同时也将 面临着 耐久性 问题 ， 其 中， 由于 氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀 问题是导致结构粘结耐久 性破 坏 的一 个 主要 因素 。 中国对再生混凝土 的研究 比发达 国家起 步晚。 目前 ， 主要 针 对再 生粗 骨料 的物理 力 学性 能 、 再 生混 凝 土材料 的耐久性 能进行 了研究 ， 而关 于再生混凝 土结构耐久性 的研究 比较少。由于再生粗 骨料在形 状 、 材料性能等方面不同于天然粗骨料 以及再生混 凝土特殊的界 面结 构 ， 使得我们不能完全按 照普 通混凝土技术进行设计 、 施工。学者们 已有不少关 于再生混凝 土与钢筋 间的粘结 性能 的研究 5 。 ， 而 锈蚀钢筋 与再生混 凝土 的粘结 性能 的研究 则不 多 见_ 】 H 。已有 的研究多采用简单的中心拔 出试验进 行宏观 的研究 ， 拉拔粘结试验中， 没有剪力和弯矩 的 作用 ， 与实 际工程 中结构构件 的受 力状态不 相符。 考 虑 到实 际工 程 中受 弯 构 件 的受 力 特 点 ， 本 文 采 用 半 梁式 粘结 试 验 ， 同 时 ， 通 过 对 钢 筋 进 行 开 槽 处 理 、 内贴应变片的方法得出锚固区内各点的钢筋应变进 而分析得出锈蚀钢筋与再生混凝土粘结滑移性能 ， 可为今后钢筋再生混凝土结构在工程设计、 施工 以 及结构耐久性等研究提供参考依据 。 1 实验方案 1 1 材料 性 能 水泥为 P 04 2 5普通硅酸盐水泥； 砂为天然河 砂 ， 属中砂 ； 水为 自来水 ； 减水剂为聚羧酸减水剂 ； 再 生粗骨料由包头某储煤场地坪拆除后的废弃混凝土 块 经过 人工 、 机 械破 碎并 严格 按 照 混凝 土 用 再生 粗 骨料 ( GB T 2 5 1 7 7 2 O 1 O ) 要求筛分成粒径为 5 3 1 5 mm 的再生粗骨料 。再生粗骨料性能 指标见 表 1 ， 再 生混 凝土 的配合 比及 实测 强 度见 表 2 。试 验 用钢筋性能指标见表 3 。挑选废 旧混凝土块经人工 切 割 出 6 个 1 0 0 mm1 0 0 mm1 0 0 mm 的立 方 体 试 块 ， 实测 废 旧混凝 土 抗压 强度 为 4 5 5 MP a 。再 生 混凝土 2 8 d立方体抗压强度平均值为 3 5 5 MP a 。 表 1 再生粗骨料性能指标 Ta bl e 1 Pe r f o r m a n c e of r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g at e 表 2 再 生 混 凝 土 配 合 比 及 强 度 Ta bl e 2 Pr o p o r t i o n a nd s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o nc r e t e 钢筋类型 直径 抗拉强 屈服强 弹性模量 度 MP a 度 MP a ( 1 0 MP a ) 1 2 试 件 的设计 和制 作 试验制作了 5组共 1 5根再生粗集料 取代率 为 1 0 0 的再 生 混 凝 土 半 梁 试 件 ( 编 号 RC B 2 0 0( 0 9 ) ) 。采用电化学加速锈蚀方法 ， 控制钢筋锈蚀率分 别为 0 、 1 9 6 、 3 、 6 、 9 。梁 式试 件 尺 寸 为 1 2 0 mm2 0 0 mm8 2 0 mm， 保 护 层 厚 度 为 2 0 mm， 其 底部 主 筋 为 2 0 mm 的 HR B 4 0 0级 钢 筋 ， 锚 固长 度 1 0 d ( d为钢筋直径) ， 箍筋布置为 8 6 O ， 满足适筋 梁配筋要求。梁尺寸及配筋如图 1 所示 ， 梁 A、 B两 肢用 钢性 铰连 接 ， 保 证 受 力 时不 发 生 扭 转 变 形 。测 试钢 筋经 铣床 沿 纵 轴 剖 切成 两半 ， 并 沿轴 心进 行 纵 向开槽 ， 凹槽宽度为 4 mm， 深度为 2 mm， 钢筋合拢 后 ， 开槽 剖面 尺寸 为 4 mm4 mm， 开槽形 式及 槽 内 应变 片粘 贴如 图 2所示 。在 贴应 变 片之 前用 细 砂纸 将槽 底 打磨光 滑 并 用 棉 棒沾 取 丙 酮 擦 净 ， 粘贴 应 变 片 时将接 触 面气泡 赶净 使其 与钢 筋 充分 接触 。每个 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 第 1 期 王晨 霞 ， 等 ： 再 生混 凝 土与锈 蚀钢 筋 间的 粘结性 能试 验研 究4 9 1 4试 件加 载及 数 据 采集 加载实验在内蒙古科技大学建筑结构实验室进 行 ， 加载设备如图 4所示 ， 通过手压油泵将荷载 由液 压千斤顶作用到分配梁顶 ， 并将集 中力传递 到试验 梁 ， 两 集 中力 作用 点一 端 为 固定 铰 支座 ， 另 一 端 滑动 铰支座 。采用荷载逐级加载， 依据 混凝土结构试验 方法标准 ( GB T 5 0 1 5 2 -2 0 1 2 ) 每级 荷载取 1 k N， 当测试 钢 筋 自由端 有 明显 滑移 时加 载 结束 。钢 筋应 变 片 接 TD S - 5 3 0高 速 静态 数 据 采集 仪 ， 自动 采集 数 据 。钢筋的加载端和 自由端分别安装 一套位移计 ， 用 于测 量加 载 端 和 自由端位 移 ， 加 载端 、 自由端 的位 置 如 图 1 所 示 。 一 _ ( a ) 试验加载装置 ( b ) T D S 一 5 3 0 静态数据采集装置 图 4 加载 设备 Fi g 4 Lo a d e q ui pm e n t 2 试验 结果分析 2 1测 试钢 筋应 变分 布规 律 试件破 坏时 的极 限荷载 P U ， 分别选取 0 1 P 、 0 3 P u 、 0 5 P u 、 0 7 P u 、 0 8 P u 、 0 9 P u的荷载强度下试件 ( 破 坏一肢 ) 粘结区段钢 筋应变数值变化 ， 如 图 5 所示 。 童 距锚固端距离， m 注 ： 9 k N 2 6 k N 一 4 3 k N 6 O k N 一 6 9 k N 7 7 k N 一 8 6 k N ( a ) R C B 2 0 0 0 A 肢 距锚固端距离 r a m 注 ： 一 1 2 k N一 3 5 k N 一 5 8 k N 8 1 k N 一9 3 k N m 1 0 5 k Nl 1 6 k N ( b ) R C B 2 0 0 1 A 肢 距锚固端距离 ra m 注：一 9 k N 2 8 k N一 4 6 k N 6 5 k N 一7 4 k N 8 3 k N一 9 2 k N ( c ) R C B 2 0 0 3 A 肢 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 00 距锚固端距离 mm 注 ：一 8 k N 2 5 k N一 4 l k N 5 7 k N 一6 6 k N 7 4 k N _ 8 2 k N ( d ) R C B 2 0 0 6 B 肢 0 5 O 1 0 0 1 5 0 2 0 0 距锚固端距离 ra m 注 ：一 8 k N 2 3 k N一 3 9 k N 5 5 k N 一6 3 k N 7 0 k N 一7 8 k N ( e ) RC B 2 0 0 9 A肢 图 5钢 筋 应 变 随 锚 固位 置 变 化 曲线 Fi g 5 St e e l s t r a i n c ha ng e wi t h a nc h o r a g e p os i t i o n 1 ) 锈蚀 钢筋 应 变值 由靠 近加 载 端位 置 向 自由端 方向逐渐降低 ， 总体呈现下 凹趋势 ： 荷 载较小时 ， 粘 结区内钢筋应变数值均有所增加 ， 靠近加载端位置 应变值增加 明显， 远离加载端位置变化不大 ； 随荷载 强度增加时， 粘结 区内加载端附近钢筋应变与靠近 自由端 位 置钢 筋应 变 均有 明显 增大 。 2 ) 相 同荷 载下 ， 锈 蚀率越 小 ， 钢 筋应 变 随 锚 固位 置变化 曲线越陡峭 ； 锈蚀率越大 ， 钢筋应变随锚固位 置 变化 曲线 越 平缓 ， 即钢筋应 力 传递 较缓 慢 。 2 2局部 粘 结应 力的 研 究 2 2 1 局部粘 结应力的计 算方法 局部粘结应力 公认的理论为 ： 再生混凝土与钢筋间 的粘结作用可 等效为一种剪切力作用 ， 并非均匀分布 ， 随锚 固位置 变化而不同。如若直接在再生混凝土与钢筋粘结界 面贴应变片测量应变 ， 应变片保护难度加 大且试验 结果极易产生误差 ， 同时必然会破坏此测 点附近再 生混 凝 土与钢 筋 的粘结 作用 。现 阶段 无 法直 接 量测 再生混凝土与钢筋界面间的剪切应力 ， 只能通过钢 筋开槽内贴应变片 的方法量测钢筋应变 ， 利用钢筋 微段 平衡 条件 计算 局部 粘结 应力 。 截取 钢 筋 微 段 为 隔 离体 ， 如 图 6所 示 。假定 钢 筋微段问粘结应力均匀分布， 微段等效粘 结应力大 小为 曲 ， 微 段 实 际应 力 为 曲 ， 微 段 长度 为 d x， 锈 蚀 后钢筋换算直径为 d - 1 6 ， 考虑钢筋开槽和锈蚀对直 径造 成 的损耗 ， 假 定钢 筋沿 粘结 区均 匀锈 蚀 ， 可 以表 示成 ： 一 ( ) 一 ( ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 7 卷 式 中 ： m。为 两 半 钢 筋 锈 前 实测 质 量 ， g ； Z为 钢 筋 长 度； V 为凹槽所 占体积 ； z 为钢筋与混凝土锚 固段 长度 ， mm； 为钢筋 锈后 实测质 量 为 钢 筋密 度 ， 取 7 8 1 0 。 k g m 。 。由钢筋 微段平 衡可 得 n d d xd r d 。7 c 4 ( 2 ) 微段 粘结 应力 与实测 钢筋 应变关 系 为 ： d r 一 譬 一 二 ! ： 4 Z 式 中 ： d r 为 钢 筋 与 混 凝 土 界 面 微 段 局 部 粘 结 应 力 ， MP a + 、 为相邻钢筋测点应力 ， MP a ； E 。 为钢筋 弹性模 量 ， MP a + 、 为相邻 钢 筋测 点应 变值 ， mm； z 为 i 测 点与 i +1测点 间距 ， mlT l 。 + d d T 图 6钢筋微 段受力示意图 Fi g 6 St r e s s o f t he s t e e l b a r mi c r o s e g me nt 将每级荷载作用下计算所得的局部粘结应力乘 以相应 区段的换算面积并进行数值累加 ， 该值与加 载端位 置 钢筋拉 力值 P 相 等 。 P 一 ： ， 7 c z ( 4 ) 式( 4 ) 两边 出现不等 ， 则其差值依据各微段长度进行 微调 。局 部粘 结应力 是再 生混凝 土 与锈 蚀 钢筋 微段 界 面粘结 性能 最直 接反 映 。锈蚀 钢 筋 与再 生混 凝 土 局 部粘 结应力 分布 规律 可 由锚 固区段 实测 钢筋 应 变 按照式( 3 ) 计算获得 ， 并由式( 4 ) 进行修正 。 2 2 2 不同荷 载强度 下局 部 粘结应 力 随锚 固位 置 变 化关 系 试件 ( 破 坏一 肢 ) 锚 固 区段 内再 生混 凝 土 与 锈蚀 钢 筋 的 局 部 粘 结 应 力 分 布 如 图 7所 示 ， 可 以 得 出： 1 ) 加载初期 ， 加载端 附近局部 粘结应 力增 加趋 势 明显 ， 自由端 附 近局 部粘 结 应力 增 长缓 慢 ； 荷 载 达 到 一 定程度后， 锚固区段内粘结应力均有增加。如图 7 ( a ) 所示 ： 加载试验初期， 靠近加载端位置局部粘结应 力峰值为 8 5 MP a ， 靠近 自由端位置局部粘结应力值 为 2 3 MP a 。主要原 因在 于加 载过程 中 ， 加 载端 附近 粘结 应力首 先承 受应 力 作用 ， 并逐 渐 向 自由端 传递 。 宏观表现为初 期加 载 过程 中加载 端 附近 钢筋 应 变值 增长快， 而 自由端位置应变值变化较小。 2 ) 局部粘结应力沿锚固段分布呈双峰分布， 峰值 主要集 中在 加 载端 和 自由端 附近 ， 随着 锈蚀 率 增 大 ， 局部粘结应力由加载端向 自由端集中。区别在于： 对 于未锈蚀试件和锈蚀率较小的试件， 加载端附近局部 粘结应力峰值大于 自由端附近局部粘结应力； 对于锈 蚀率达到 9 的试件 ， 靠近 自由端位置局部粘结应力 峰值大于加载端附近位置局部粘 结应力 ； 锈蚀率为 6 试件 ， 局部 粘结应力在 加载 端与 自由端 峰值 相 近 ， 局部粘结应力在整个锚 固段分布较均匀。 3 o 2 0 2 5 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 距锚固端距离I mm 注 ： 9 k N 。2 6 k N 一 4 3 k N 6 0 k N 一6 9 k N 7 7 k N一 8 6 k N ( a ) R C B 2 0 0 0 0 5 O 1 0 0 1 S 0 2 0 0 距锚固端距离 m m 注：一 1 2 k N 一3 5 k N 一 5 8 k N 一8 1 k N 一9 3 k N1 0 5 k N一1 1 6 k N ( b ) RC B 2 0 0 1 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 距锚固端距离 mm 注 ：一 9 k N 2 8 k N一 4 6 k N 6 5 k N 一7 4 k N + 8 3 k N一9 2 k N ( c ) R C B 2 0 0 3 莲15 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 o 距锚固端距离 mm 注 ：一 8 k N 一 2 5 k N一 4 1 k N 一5 7 k N 一6 6 k N 7 4 k N +七2 k N ( d ) R CB 2 0 0 6 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 距锚固端距离 ra m 注 ：一 8 k N 2 3 k N一 3 9 k N 5 5 k N 一6 2 k N + 7 0 k N 一7 8 k N ( e ) R CB 2 0 0 9 图 7局部粘结应力随锚固位置变化 规律 Fi g 7 Lo c a l bo n d s t r e s s a l o ng wi t h t h e a n c ho r po s i t i o n 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 王 晨 霞 ， 等 ： 再 生混凝 土 与锈蚀 钢 筋 间的粘 结性 能试验 研 究 5 1 2 2 3 局部 粘 结应 力 随锈 蚀 率 的 变化规 律 破 坏 荷载下 ， 局部粘 结应力随锈蚀率变化关 系曲线如 图 8所 示 。 由图 8可 以看 出 ： 1 ) 局 部粘 结 应力 分布 在整 个锚 固 区段 。应 力 峰 值 出现在 加载 端 和 自由端 端部 位置 。加 载端 附 近应 力分布受锈蚀率影 响大 ， 自由端 附近应力分 布受锈 蚀率影响较小 。 2 ) 锈蚀率较小组试件， 粘结应力 主要集 中在加 载端附近 ； 锈蚀率较大组试件 ， 局部粘结应力 向自由 端 发 展 ， 粘结 应 力 峰 值 集 中在 自 由端 附 近 。 主要 是 因为 ： 锈蚀 率较 小 时 ， 再 生 混凝 土与 钢 筋 的胶 着 力虽 然 由于锈蚀产物 的出现被破坏 ， 但相互之 间的摩擦 力 及 机械 咬合 力 却 得 到 了明 显 的 增 强 ， 导 致 再 生 混 凝 土 梁式试 件 在 承 受 跨 中附 近 两 点 加 载 时 ， 下 部 测 试钢筋与再生混凝土的粘结应力主要集中在加载端 附近 ， 应力并未 向自由端快速传递 ， 仅随荷载强度的 增加 ， 向自由端发展 ； 当锈蚀 率较大时， 再生混凝土 与锈蚀钢筋的粘结性能发生退化 ， 应力快速 向 自由 端传递 ， 造成加 载端 附近粘结应力峰值下降 明显且 向 自由端集 中。 3 ) 锈蚀率 为 6 时 ， 局 部粘结应力 在整个锚 固 段呈现较为均匀 的分布 ， 应力分 布 牲 j 线平缓 。原 因 在 于 ： 6 的锈 蚀 量 时 ， 锚 固 区 段 内锈 蚀 钢 筋 与 再 生 混凝土粘结应力被削弱 ， 试件承受荷载作用 ， 应力较 快向 自由端方向传递， 加载端附近应力峰值有较大 程度 下 降 ， 自由端应 力峰 值有 一定 程 度 的提 高 ， 沿 锚 固段 分 布较 为 均匀 。 距锚固端距离 m m 注 ： 一未锈蚀 o- 锈蚀率1 一锈蚀率3 锈蚀率6 一锈蚀率9 图 8局部粘 结应力随锈蚀率变化规律 Fi g 8 Lo c a l bo n d s t r e s s a l o ng wi t h t he c o r r os i on r a t e 2 2 4 局 部 粘结 应 力一 相 对滑移 曲线 锚 固区段 内 各 处钢 筋 与混 凝 土 的位 移 差 值 为 两 者 的 相 对 滑 移 ， 为了准确计算相对滑移值 ， 试验采取钢筋开槽 内贴 应变片及在试件两侧混凝土外表面与钢筋应变片对 应 位置粘 贴混 凝 土应 变片 的手段 。 依据试件微段平衡方程可以得到 A + “ A 一 0 ( 5 ) 式中： 为测点混凝土横截 面上 的平 均应力 ； A 为 混凝 土横 截 面面积 。 为 i 测 点钢 筋应 力 ； A 为 钢筋 截 面面 积 。 把混凝土横截面 的应力分 布简化为如 图 9所 示。根据应力等效 的原则 ， 用图 9中的梯形应力分 布 图形来 代 替 曲线 应 力 分 布 图形 ， 为 替代 后 界 面 处混 凝 土 的应 力 ， e 。 为 相应 的应 变 ， 。 、 e l。 为 混 凝 土 试件外表面的应力 、 应变 ， 由混凝土应变片测得 ， 则 d i 一 2 o d d Io ( 6 ) 。- l - 实际应力分布 T T 图 9 混 凝 土 等 效 应 力 分 布 示 意 图 Fi g 9 Co n c r e t e e qui v a l e nt s t r e s s d i s t r i b ut i o n d i a g r a m 锚 固区段 内 各 处 钢 筋 与混 凝 土 的相 对 滑 移 可 用 式 ( 7 ) 计算。 s 一 s f + 一 1 ( 。 一 ) ( 7 ) 式 中 ： s 钢筋 自由端 位 移 ； A l 一堑二 业z ， A l 一 厶 堕二 业z ， e E c 2 分别为各测点钢筋 、 混凝 土应变 值 ； A l A l 分别为各微段长度及微段钢筋 、 混凝土 变 形 。 图 1 0为局部 粘结应力一 相对滑移关系 曲线 ( X 为锚 固段 内测 点距加载端距 离) 。由图 1 0可 以看 出： 加载端附近位置， 滑移现象最先发生， 远离加载 端处 滑 移现象 延 后 ， 自由端 附 近 测 点 最 晚 出 现 滑移 现象 。随荷载强度不断增加 ， 应力 由跨 中位 置向 自 由端传递， 钢筋与再生混凝土间粘结作 用逐 步被破 坏 ， 滑移现象开始 向 自由端方 向逐渐发生。随着钢 筋锈蚀率的增大 ， 极限荷载下的滑移值增大。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 7卷 相对滑移 mm 相对滑移， m m ( d)R C B 2 0 0 6 ( e )R C B 2 0 0 9 注 ：一 X = 0 一X= 4 0一 X= 8 0 一 X = I 2 0 一 X = 1 6 0 X = 2 0 0 图 1 0 局部粘 结应 力一 相对滑移 曲线 Fi g 1 0 Lo c a l bo n d s t r e s s a nd s l i p c u r v e 3极限粘结应力结果分析 由极 限粘结 应 力计 算 式 ( 8 ) 可 以得 出各 组 试 件 的极限粘结应力 ， 计算结果见表 5 。 一 式 中 ： P 为 极 限 粘 结 力 ， k N； r 为 极 限 粘 结 应 力 ， MP a 。 表 5 各 组 试 件 粘 结 力 特 征 值 Tab l e 5 Bo n d e i g e nv a l u e s o f e ac h s p e c i m e n 由表 5 可 以看 出 ： 极 限粘 结 应 力 随 锈蚀 率 的增 加 ， 呈现 出先增加 后 降低 的变化 趋势 。锈蚀 率 为 1 时 ， 极 限粘结应 力 达 到最 大 ， 锈蚀 率 超 过 1 ， 粘 结 应力 开始 降低 。钢筋 锈蚀 削弱 了钢筋 与 再生 混凝 土之间的极限粘结应力， 但极限粘结应力削弱幅度 随锈蚀率的增加而减小 。原 因在于 ： 钢筋发生微锈 蚀 ， 再生混凝 土与钢筋在粘结界面生成一层锈化产 物 ， 其 相互 间存 在 的化 学胶 着力 虽被破 坏 ， 但 锈蚀 产 物的出现增加了钢筋表面的粗糙度 ， 锈蚀产 物体积 微膨 胀 ， 使 得混 凝 土 对 锈 后 钢筋 的 约束 增 强 。 随着 锈蚀 程度 增加 ， 钢筋 锈蚀产 物积 累增 多 体积 膨 胀 ， 混 凝土保护层出现锈 胀裂缝 ， 混凝土对钢筋的约束作 用降低 ； 同时 ， 锈蚀产物质地较疏松， 造成锈蚀钢筋 与再 生混 凝土 界 面 的摩 擦 系 数 减 小 ， 进 而 导 致 锈 后 钢筋与再生混凝土间的摩擦力减小 ； 锈蚀钢筋横 向 肋发生锈蚀 ， 破坏钢筋与再生混凝 土间的机械咬合 力 ， 导致 钢筋 与再 生混凝 土 间的粘结 性 能发生 衰退 。 4 结 论 1 ) 锈后钢筋应变值由靠近加载端位置向 自由端 方向逐渐降低 ， 总体 呈现下 凹趋势 ； 相 同荷载下 ， 锈 蚀率越大 ， 钢筋应变随锚固位置变化曲线越平缓 。 2 ) 引入锈蚀 钢 筋 换 算 直 径 ， 截 取 钢 筋微 段 进行 局 部粘结 应力 分 析得 出 ： 局 部 粘 结 应 力 沿 锚 固 段 分 布 呈双 峰分布 ， 峰值 主 要 集 中在 靠 近 加 载 端 和 靠 近 自由端 ； 随锈蚀 率增 大 ， 局 部粘 结应 力 由加 载端 向 自 由端集 中 。加载端 附近 ， 滑移 现象 最先 发 生 ， 远离 加 载端处 滑移 现象延 后 。 3 ) 随着钢筋锈蚀率的增大 ， 极 限粘结强度先增 大后减 小 ， 极 限荷 载下 的滑移 值逐 渐增 大 。 4 ) 梁式试验所得结论与已有的中心拔出试验结 果基 本一致 。 参 考文献 ： 1 C h o i W C，Yu n H D C o mp r e s s i v e b e h a v i o r o f 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 王晨 霞 ， 等 ： 再 生混 凝 土与锈 蚀钢 筋 问的 粘结性 能试 验研 究 5 3 r e i nf o r c e d c o nc r e t e c o l u mn u n d e r u n i a x i a l l o a d i n g J 201 2， 41： 285 29 3 wi t h r e c yc l e d a gg r e g a t e Engi ne e r i ng St r u c t ur e s， 2Mo r i T An a p p l i c a t i o n o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e c o n c r e t e t o s t r u c t u r e s J C o n c r e t e J o u r n a l ， 2 0 0 0 ， 3 8 ( 6) 3 T o p c u I B P h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e p r o d u c e d wi t h w a s t e 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 Re s e a r c h， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 1 2 ) ： 1 8 1 7 - 1 8 2 3 4陈云刚 ， 孙 振平 ， 肖建 庄 再生 混凝 土界 面结 构 特点 及 其改善措施E