玻化微珠保温混凝土与变形钢筋粘结锚固强度的试验研究.pdf

杆 癯 建巍 粉 中 国 科 技 核 心 期 刊 玻化徼珠保温混凝士与变形钢筋 粘结镭固强度的试验研究 马钢， 李珠， 赵林， 张玉 ( 太原理工大学 建筑与土木工程学 院， 山西 太原0 3 0 0 2 4 ) 摘要： 通过拔出 试验探讨了 变形钢筋与玻化微珠保温混凝土的 粘结锚固强 度， 并与普通承重混凝土进行了比 较。 试验结果 表 明 ， 玻化微珠保温混凝土和普通承 重混凝 土一样 ， 破坏 依然 以劈裂 破坏为主 ； 玻化微 珠保温混凝土与变形钢筋 的粘结锚 回强度稍高 于同强度 等级的普通承 重混凝 土； 提 出了提 高玻化微珠保温混凝土 与变形钢筋粘 结强度 的建议 关键词： 玻化微珠保温混凝土； 变形钢筋； 粘结强度； 拉拔试验 中图分类号： T U 5 2 8 + 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 叭一 0 0 7 7 0 3 Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o n b o n d s t r e n g t h o f g l a z e d h o l l o w b e a d i n s u l a t i o n c o n c r e t e a n d d e f o r me d b a r s MA G a n g ， L IZ h u ， Z HA0 L i n， Z HANG Y u ( Co l l e g e o f Ar c h i t e c t u r e a n d Ci v i l En g i n e e r i n g ， Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， T a i y u a n 0 3 0 02 4 ， S h a n x i ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： T h r o u g h p u l l o u t t e s t s ， t h e b o n d s t r e n g t h o f d e f o r me d b a r s w i t h g l a z e d h o l l o w b e a d i n s u l a t i o n c o n c r e t e h a s b e e n e x p l o r e d， a n d c o mp a r e d wi t h t h e t e s t r e s u l t s o f c o mmo n l o a d -b e a r i n g c o n c r e t e T h e t e s t r e s u hs s h o w t h a t s i mi l a r wi t h o r d i n a r y l o a d b e a r i n g c o n c r e t e ，t h e f a i l u r e mo d e o f g l a z e d h o l l o w b e a d i ns ul a t i o n c o n c r e t e i s s t i l l s p l i t t i n g f a i l u r e ；t h e b o n d s t r e n gth o f d e f o rm e d b a r s wi t h g l a z e d h o l l o w b e a d i n s u l a t i o n c o n c r e t e i s s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h e o r d i n a r y l o a d b e a r i n g c o n c r e t e o f t h e s a me s t r e n gth c l a s s ；Ac c o r d i n g t o t h e r e s u h s w e r e a c h l h e r e c 0 m me n d a t i o n s t o i mp r o v e t h e b o n d s t r e n gth o f d e f o r me d b a r s w i t h g l a z e d h o l l o w b e a d i n s u l a t i 0 n c 0 nc r e t e Ke y wo r d s g l a z e d h o l l o w b e a d i n s u l a t i o n c o n c r e t e ； d e f o rm e d b a r s ； b o n d s t r e n g t h ； p u l l o u t t e s t s 0 引言 玻化微珠保温混凝土是在混凝土中掺入一定量的玻化 微珠等绝热材料， 兼有一般承重混凝土的 力学性 和 保温材 料的保温隔热性能的新型建筑材料。然而类似于普通混凝 土， 新拌玻化微珠保温混凝土与钢筋握裹强度在玻化微珠保 温混凝土的推广和应用中起着至关重要的作用。本文通过拉 拔试验， 对玻化微珠保温混凝土与普通混凝土钢筋的握裹强 度问题进行了对比研究。 在民用建筑中， 要保证钢筋混凝土结构的各项使用功能 均满足要求， 必须要保证各构件在使用阶段的极限承载力满 足要求。而在普通混凝土结构中， 钢筋与混凝土的共同受力 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 0 7 7 8 1 1 8 ) ； 高等院校博士点基金项 目( 2 0 0 8 0 1 1 2 0 0 0 3 ) 收稿 日期： 2 0 1 1 - 0 8 2 0 作者简介： 马钢， 男， 1 9 8 8 年生， 山西吕梁人， 博士研究生。地址： 太原 市太原理工大学建筑与土木工程学院。 协同变形是二者能够充分发挥各自优势的关键。钢筋在混凝 土中的锚固长度也是由二者之间的粘结强度所决定的。 因此， 钢筋与混凝土的粘结强度是钢筋与混凝土能够共同受力的关 键。 如果钢筋过早的被拉拔破坏， 则对钢筋混凝土构件的抗拉 和抗弯能力都有很大影响。 玻化微珠保温承重混凝土和其中钢筋的共同工作规律与 普通混凝土和其中钢筋的共同工作规律是否一致，决定了在 结构设计阶段能否使用现有混凝土结构设计规范对玻化微珠 混凝土进行结构设计的关键 题。而玻化微珠保温混凝土与 钢筋的粘结强度、玻化微珠保温混凝土的本构关系均决定了 两者在受到外荷载共同工作时的破坏规律。 张泽平【l 】及魏艳萍等闭 对玻化微珠保温承重混凝土的弹性 模量及本构关系进行过了 较为 细致 全面的研究。 但对于 钢筋 与混凝土的粘结强度， 此前尚 未进行过试验研究。 所以， 在做 耐久性能试验的前期准备工作中， 对玻化微珠保温承重混凝 土与 钢筋的 粘结强度做了 试验研究， 以期得出 该混 凝土与钢 筋粘结强度的指标。 t 本次试验预期得到玻化微珠保温承重混凝土与普通混凝 N E W BUI L DI NG MAT E Rl AL S 7 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 马钢， 等： 玻化微珠保温混凝土与变形钢筋粘结锚固强度的试验研究 土在钢筋粘结方面的对比， 以确定能否用现行的G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 混凝土结构设计规范 进行玻化微珠保温承重混凝土 的设计， 因此， 本试验中对C 4 0强度等级的玻化微珠混凝土 和同强度等级的普通混凝土，选用3 种不同直径的钢筋， 进 行了对比试验。 采用通用的抗拉拔试验， 参考 钢筋混凝土原 理和分析 口 行。 1 试验 1 1 试验准备 1 1 1 玻化微珠保温混凝土原材料 本文对玻化微珠保温承重混凝土与钢筋的粘结强度试 验研究使用的混凝土强度等级为C 4 0 ，所有混凝土试件在标 准养护2 8 d 后进行测试。 混凝土配合比研究所采用的原材料主要包括以下6 种： ( 1 ) 水泥： 选用山西吉港水泥厂生产的P 0 4 2 5 水泥， 质 量稳定、 活性较高、 密度为3 1 4 g c m 3 ； ( 2 ) 细集料： 使用山西晋城某砂厂产中砂， 含泥量3 ， 细 度模数 1 6 2 2 ， 堆积密度 1 5 0 0 k g m 。 。 ( 3 ) 粗集料： 选用山西清徐碎石， 粒径5 2 5 m m ， 堆积密 度 1 6 3 0 k g m 。 ， 级配良 好、 质地坚硬， 含泥量0 5 。 ( 4 ) 外加剂： 减水剂采用萘系高效减水剂， 掺有一定量的 缓凝组份； 太原市思科达科技发展有限公司自主研发的新型 活性外掺剂。 ( 5 ) 外掺料： I 、 、 ， ( 6 ) 轻集料。为太原思科达科技发展有限公司生产的玻 化微珠， 粒径0 5 1 6 m m ， 堆积密度8 0 1 2 0 k g m ， ， 导热系数 0 0 3 2 一 O 0 4 5 W ( m K ) ， 微珠体积漂浮率不小于 8 0 ， 表面玻 化闭孔率不小于 8 0 ，体积吸水率不大于4 5 ， 1 M P a 压力 的体积损失率 3 8 4 6 ， 耐火度 1 2 8 0 1 3 6 0 o c 。 1 1 2 钢筋 试块中采用直径分别为 l 2 、 1 6 、 2 0 m m的H R B 3 3 5 热轧 带肋钢筋， 不同直径钢筋的力学性能见表 1 。 表 1 钢筋的力学性 能 1 2 试验过程 1 2 1 试件制作 根据国内 外现有的研究资料 ， 锚固 拔出试件的设计如 下： 试件尺寸为1 0 0 m m x l 0 0 m m x l 0 0 m m ， 纵筋为直 径d = 1 2 、 1 6 、 2 0 m m的H P t B 3 3 5 热轧带 肋螺纹钢筋；钢筋保护层厚度 7 8 新型建筑材料 2 0 1 3 1 c = 4 2 m m ，加载端设置了2 0 i n to长硬塑料套管以避免局部挤 压的影响， 有效锚固长度 8 0 m m。 设计了6 类试件， 共3 6 个 试 件， 分别探讨不同 直径下的 钢筋与玻化微珠保温混凝土和 普通混 凝土之间的 粘结强 度。 其中， 玻化 微珠保温混凝土与普 通基准混凝土增多采用萘系高效减水剂， 强度等级C 4 0 。 混凝 土基准配合比见表2 ， 试件制作见图l 。 表 2 本试验用基准配合比 k g m 一 图 1 粘结强度试验试块 1 2 2 拉拔试验 拉拔试验采用S I l T 型微机控制电液伺服万能试验机， 在加 荷端处设有穿心球铰， 以1 5 0 N s 的速度连续加荷， 直至试件破 坏。由 试验量测的极限拉拔力 值， 可求得粘结锚固强度 ： T F 弧 式中： J I- 一粘结锚固强度， M P a ； 一 极限拉拔力， N ； 卜钢筋的直径， m m； f _一钢筋在混凝土中的锚固长度， m m 。 2 试验结果 选取不同直 径的H R B 3 3 5 钢筋与玻化微珠保温承重混凝 土( 标准抗压强度平均值为4 2 1 M P a ) 、 普通承重混凝土( 标准 抗压强度平均值为4 1 -2 M P a ) 进行极限粘结强度试验， 结果见 表 3 。 表 3 H R B 3 3 5钢筋与混凝土的极限粘结锚固强度 本试验中， 各组试 件都 是达到极限荷载时混 凝土开裂， 随 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 马钢， 等： 玻化微珠保温混凝土与变形钢筋粘结锚固强度的试验研究 即钢筋被拔出破坏， 均没有出现裂缝开展的过程， 为突然的 脆性破坏， 并发出劈裂声响， 粗骨料在劈裂面上被拉断， 最终 的破 坏形 态均 表现为 钢筋拔出 破坏。 3 粘结锚固强度分析 3 1 混凝土破坏形态分析 对于 未配箍筋拉拔试件的 受力分析， 一般采用弹性力学 的方法模拟，可将其看作受均匀分布压力作用的厚壁圆筒。 钢筋在拉拔力的作用下，钢筋横肋前混凝土局部压碎成粉 末， 形成密实的挤压斜面， 在此斜面上， 钢筋和混凝土之间存 在着挤压力和钢筋肋与混凝间的摩擦力， 分析中将挤压力和 摩擦力分别分解为纵向和径向的分力， 纵向分力之和构成钢 筋与混凝土间的粘结强度， 径向分力的合力即为混凝土环受 到的钢筋匀内压力作用， 内压力使周围混凝土环中产生环向 拉应力， 当此环形拉应力超过混凝土的抗拉强度时， 会使混 凝土产生沿钢筋纵向的劈裂裂缝，并逐渐扩展到试件表面。 此后， 外围混凝土对钢筋的约束降低， 滑移增长， 粘结强度降 低直至破坏。 未开裂部分的混凝土相当于一个受均匀内压作用的厚 壁圆筒， 变形钢筋的肋， 对混凝土的挤压力引起肋前斜裂以 及纵向劈裂， 因此， 粘结强度与混凝土的抗拉强度有关。 3 2 钢筋直径对混凝土粘结强度的影响 常用相对肋面积( ) 作为综合评价变形钢筋的外形参 数， 其定义为横肋在与钢筋轴线垂直的平面上的投影面积与 公称周长和横肋间距的乘积之比。 而变形钢筋与粘结有关的 外形参数为相对肋高( h d ) 和相对肋间距( I d ) 。 钢筋的外形参 数并不与直径成比例变化， 直径增大时， 相对肋面积只是稍 有增加， 但由于相对肋高的降低， 咬合能力减弱， 粘结强度表 现为先升高后降低， 且直径越大， 粘结强度下降越明显。 3 3 2种混凝土与钢筋的粘结强度对 比分析 从表3玻化微珠保温混凝土和普通承重混凝土与钢筋 之间的粘结强度试验结果可以看出， 玻化微珠保温承重混凝 土与变形钢筋的粘结锚固强度稍高于同强度等级的普通混 凝土。由 于在拉拔试验中与钢筋直 接接触的 是混 凝土中的砂 浆， 因 此， 砂浆强度对 钢筋与混 凝土 试件之间的 粘结强 度有 着 决定性的影响。 玻化微珠保温混凝土中， 所加的粗骨料与普通 混凝土的完全相同，则同强度等级的2 种混凝土的砂浆强度 也应近似相同， 但玻 化微珠保温混凝土中 所添加的 外掺料和 外加剂对粗细骨料的界面有显著的增强作用，使得混凝土试 件在试验中更不容易被拉裂。我国现行轻骨料混凝土结构设 计 规范 规定， 轻骨料混凝土的 钢筋锚固 长度要比 普通混凝土 多5 d ( d为钢筋直径) ； 试验结果表明， 对于玻化微珠保温混 凝土， 规范中这种规定偏于保守。 4 结语 ( 1 ) 拉拔试验结果显示， 玻化微珠保温混凝土的破坏依然 以劈裂破坏为主，而抑制劈裂破坏最有效的方法依然是加箍 筋以增大径向约束。 ( 2 ) 在钢筋的拔出 试验中， 随着钢筋直径不断增大先升高， 后由于变形钢筋相对肋高降低，引起与玻化微珠保温混凝土 之间粘结强度的下降会越来越明显。 ( 3 ) 混凝土的砂浆强度是影响混凝土与变形钢筋的极限粘 结强度的一个重要因素。 对于粗骨料相同， 细骨料不同的混凝 土， 只要混凝土强度和砂浆强度相差不大， 测得的极限粘结强 度也会比较接近。 参考文献： 一 1 张泽平 玻化微珠保温混凝土及其结构的基本性能试验与理论分 析研究 M 太原： 太原理工大学 2 0 0 9 2 】 魏艳萍， 师鹏， 张泽平， 等 玻化微珠保温混凝土弹性模量计算叨 混凝土与水泥 制品， 2 0 1 0( 2 ) ： 7 5 7 7 【 3 】 过镇海， 时旭东 钢筋混凝土原理和分析【 M 】 七 京： 清华大学出版 社， 2 0 0 3 4 】 邵卓民， 沈文娜， 徐有邻 钢筋混凝土的锚固可靠度及锚固设计 J 1 _建筑 结构 学报 ， 1 9 8 7( 4 ) ： 3 6 5 0 A ( 上接第 7 6页) 【 5 】 徐文 ， 钱 冠龙 ， 化子龙 - 夕 墙外保温用 化学法泡沫 混凝 土保温板 的试验研究f J 混凝土， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 1 3 1 - 1 3 4 6 S h i C P o z z o l a n i c r e a c t i o n a n d m i c r o s t mc t u r e d e v e l o p me n t o f a c t i v a t e d l i m e fl y a s h p a s t e s J AC I Ma t e r ， 1 9 9 8 ， 9 5( 5 ) ： 5 3 7 - 5 4 5 7 】 Q i a n J j e s b i ， S h i C a i j u n ， Wa n g Z h i A c t i v a t i o n o f b l e n d e d c e me n t s c o n t a i n i n g f l y a s h 叨 C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 1 ， 3 1 ： 1 1 2 1 1 1 2 7 A NE W B UI L Dl NG MAT E R I AL 5 7 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m