再生混凝土—鋼筋粘結(jié)性能研究

李 飛 張曉奇 楊 曦 李 雪

（1. 工程結(jié)構(gòu)和新材料北京市工程技術(shù)研究中心，北京建筑大學(xué)，北京 100044；2. 北京建工混凝土構(gòu)件有限公司，北京 102600）

概述

混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)性能提供了兩者共同工作的基礎(chǔ)，因此再生混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)特性對(duì)于再生混凝土能否作為結(jié)構(gòu)混凝土至關(guān)重要。近年來(lái)，隨著再生混凝土技術(shù)研究的逐步深入，工程設(shè)計(jì)和施工等方面都迫切需要了解再生混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)性能[1]。目前對(duì)再生混凝土的研究多集中在再生凝土基本力學(xué)性能上，而對(duì)再生混凝土與鋼筋粘結(jié)性能的研究較少[2,3]。此外，粉煤灰作為一種摻合料在混凝土中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，但是對(duì)粉煤灰混凝土與鋼筋粘結(jié)性能的研究卻很少，尤其是粉煤灰對(duì)再生混凝土與鋼筋的粘結(jié)的影響，因此研究粉煤灰對(duì)再生混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)性能有重要的理論意義和實(shí)際意義。

1 試驗(yàn)方法與原材料

水泥使用金隅P.O.42.5普通硅酸鹽水泥；再生粗骨料由北京元泰達(dá)環(huán)保建材科技有限公司提供；鋼材為HRB335（螺紋）和HPB235（光圓）兩種。參照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB 50152-92）》，本試驗(yàn)采用100mm×100mm×100mm的混凝土立方體試件，并且鋼筋放置在立方體的中軸線上，粘結(jié)長(zhǎng)度均為100mm。

試驗(yàn)中采用0.35，0.44，0.52三個(gè)水膠比，分別在對(duì)照組的基礎(chǔ)上以50%、100%再生骨料取代粗骨料，通過(guò)摻加適量減水劑調(diào)整坍落度為50mm～70mm。在此基礎(chǔ)上，改變水膠比0.44組粉煤灰摻量（分別為25%、50%）對(duì)比粘結(jié)強(qiáng)度的相應(yīng)變化。表1為混凝土配合比設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1.1 再生骨料對(duì)再生混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響

隨著再生骨料摻量的增加，各組混凝土粘結(jié)強(qiáng)度不斷降低（如圖1）。這是因?yàn)椋偕橇系念w粒棱角多，表面粗糙，組成中包含著相當(dāng)數(shù)量的硬化水泥砂漿，其本身孔隙率較大，且在破碎過(guò)程中內(nèi)部往往會(huì)產(chǎn)生大量具有一定尺寸的裂紋。資料顯示[4]，再生粗集料取代率從10%增大到30%和50%時(shí)，再生混凝土的總孔隙率分別增長(zhǎng)了1.1%和1.6%，從而造成了再生混凝土與鋼筋之間機(jī)械咬合力的逐漸減小。

一般情況下，再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度低于基體混凝土或相同配比的普通混凝土的抗壓強(qiáng)度，而再生混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度隨其抗壓強(qiáng)度的提高而提高[5]。這與試驗(yàn)結(jié)果是相符的，并且水膠比越低，粘結(jié)強(qiáng)度越高。對(duì)于12mm光圓鋼筋，其立方體抗壓強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度之間存在比較良好的線性關(guān)系（如圖2）。M.Etxeberria[6]等人認(rèn)為再生骨料摻量為50%或100%時(shí)采用低水膠比可以改善再生骨料本身的多孔性。

表1 配合比設(shè)計(jì)（kg/m 3）

表2 再生骨料不同摻量各鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度τ（MPa）

圖1 12m m螺紋鋼28天粘結(jié)強(qiáng)度隨再生骨料摻量變化

圖2 12mm光圓鋼的fcu與τ的線性關(guān)系

1.2 鋼筋對(duì)再生混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響

如圖3所示，不同再生骨料摻量12mm螺紋鋼粘結(jié)強(qiáng)度均比12mm光圓鋼和20mm螺紋鋼高。肖建莊[1]等利用拔出試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是普通混凝土還是再生混凝土，其與HRB335鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度均高于與HPB235鋼筋之間的粘結(jié)強(qiáng)度，提高約100%，這主要是鋼筋外形對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。另外，變形鋼筋的外形參數(shù)不隨直徑成比例變化，因此對(duì)于直徑較大的變形鋼筋，可能由于肋的相對(duì)受力面積減小，而導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度有所減小。

圖3 鋼筋類型及直徑對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

表3 C 30粉煤灰不同摻量各鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度τ（M Pa）

圖4 12m m光圓鋼與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度隨粉煤灰摻量變化

1.3 粉煤灰對(duì)再生混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響

摻入粉煤灰后，粘結(jié)強(qiáng)度隨再生骨料摻量增加而降低的趨勢(shì)沒(méi)有明顯變化。但是,不摻再生骨料時(shí)，各鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度都是隨著粉煤灰摻量的增加先增后降；摻入再生骨料后，12mm螺紋鋼保持相同的趨勢(shì)，而12mm光圓鋼與20mm螺紋鋼則不斷下降（如圖4、圖5）。

對(duì)0%、10%、20%、30%、40%五種不同粉煤灰摻量再生骨料混凝土的孔隙率進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)隨粉煤灰摻量的增加,再生骨料混凝土的孔隙率總體上逐漸呈下降趨勢(shì)[7]。12mm螺紋鋼和20mm螺紋鋼在粉煤灰摻量為25%時(shí)的差異可能是由于直徑越大的鋼筋，相對(duì)粘結(jié)面積越小,因此變形鋼筋與活性粉末混凝土的粘結(jié)應(yīng)力和極限粘結(jié)強(qiáng)度隨著鋼筋直徑的增加而減小，從而抵消由于粉煤灰填充作用帶來(lái)的粘結(jié)強(qiáng)度的提高。高春[8]的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)單摻粉煤灰時(shí)，再生混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度隨著粉煤灰摻入量的增大而減小。粉煤灰取代率為20%時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度降低幅度均超過(guò)了10%，在取代率為40%時(shí)，降低幅度均達(dá)到了25%左右，幅度較大。并且摻合料在早期只起到填充作用，活性還沒(méi)有充分激發(fā)出來(lái)，不能提供光圓鋼筋與再生混凝土粘結(jié)所需要的化學(xué)膠著力。

圖5 12m m螺紋鋼與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度隨粉煤灰摻量變化

圖6 12m m螺紋鋼隨再生骨料摻量相對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度變化

圖7 12m m螺紋鋼粘結(jié)強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度平方根的關(guān)系

如圖6所示，通過(guò)摻加粉煤灰可提高再生混凝土的相對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度,并且12mm螺紋鋼與再生混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度和混凝土抗壓強(qiáng)度的平方根呈線性關(guān)系（如圖7）。表明，在相同立方體抗壓強(qiáng)度條件下可以通過(guò)摻加粉煤灰提高鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度來(lái)滿足工程需求。Valeria Corinaldesi[9]認(rèn)為再生混凝土通過(guò)摻加粉煤灰改善了孔結(jié)構(gòu)，尤其是大孔的體積減小。所以抗壓強(qiáng)度相同時(shí)，通過(guò)摻加粉煤灰可提高再生混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度。

結(jié)論

（1）隨著再生骨料摻量的增加，各組混凝土粘結(jié)強(qiáng)度不斷降低，并且水膠比越低，粘結(jié)強(qiáng)度越高。同時(shí)，對(duì)于12mm光圓鋼筋，其立方體抗壓強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度之間存在比較良好的線性關(guān)系。

（2）變形鋼筋相對(duì)光圓鋼筋提高了與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，并且直徑較大，粘結(jié)強(qiáng)度有所減小。

（3）摻入粉煤灰后，粘結(jié)強(qiáng)度隨再生骨料摻量增加而降低，但是提高了再生混凝土與鋼筋的相對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度。表明在相同立方體抗壓強(qiáng)度條件下可以通過(guò)摻加粉煤灰提高鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度來(lái)滿足工程需求。

[1] 肖建莊。再生混凝土與鋼筋間的粘結(jié)滑移性能，同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006.1。

[2] 胡瓊。再生混凝土粘結(jié)性能試驗(yàn)研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010.12。

[3] 李旭平。再生混凝土基本力學(xué)性能研究，建筑材料學(xué)報(bào)，2007.12。

[4] 安新正。再生混凝土與鋼筋的粘結(jié)性能試驗(yàn)研究，河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010.9。

[5] 肖建莊。再生混凝土技術(shù)研究最新進(jìn)展與評(píng)述，混凝土，2003.10。

[6] M. Etxeberria. M icrostructure analysis of hardened recycled aggregate concrete. Magazine of Concrete Research . 2006.12.

[7] 張劍波。再生骨料混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究.硅酸鹽通報(bào)，2011.2。

[8] 高春。活性摻合料對(duì)再生混凝土與鋼筋粘結(jié)性能的影響.工程技術(shù)，2009（13）。

[9] Valeria Corinaldesi. Influence of mineral additions on the performance of 100% recycled . Construction and Building Materials . 2009（23）.