鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度影響因素量化分析及混凝土配合比優(yōu)化

程志寅

(浙江天達(dá)環(huán)保股份有限公司， 杭州　310006)

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鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度影響因素量化分析及混凝土配合比優(yōu)化

程志寅

(浙江天達(dá)環(huán)保股份有限公司， 杭州310006)

摘要：本文采用正交分析法，研究了4種摻合料、4種水膠比和4個(gè)養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響．分析結(jié)果表明，在影響鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的以上三大因素中，養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率最大，為67%左右，其次是摻合料，為24%左右，最后是水膠比，僅9%．并以鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度為指標(biāo)，得到了混凝土的最佳配合比．

關(guān)鍵詞：粘結(jié)性能；配合比優(yōu)化；影響因素；定量分析

影響鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的因素有很多．其中，水膠比、摻合料和養(yǎng)護(hù)齡期是影響鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度最主要的材料因素．在水泥強(qiáng)度相同的情況下，混凝土的強(qiáng)度主要決定于水膠比．水膠比越小，水泥的強(qiáng)度越高，與骨料的粘結(jié)力也越大，混凝土的強(qiáng)度就越高[1]．當(dāng)提高混凝土的強(qiáng)度，它和鋼筋的化學(xué)粘著力和機(jī)械咬合力隨之增加[2]．結(jié)合關(guān)于混凝土強(qiáng)度與鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系，可以得知，養(yǎng)護(hù)齡期的增長將有助于提高鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的大小．

摻合料對(duì)鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度影響的研究已有不少資料．周萬良等人[3]研究了超細(xì)粉煤灰對(duì)于鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明在水膠比不變的情況下高性能鋼筋/混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加而減少，當(dāng)粉煤灰摻量在30%以內(nèi)時(shí)，對(duì)高性能鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響很小，當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到50%時(shí)，對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響很明顯．所以本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)粉煤灰摻量30%．根據(jù)彭華群等人研究表明[4]，礦粉的加入將使鋼筋與混凝土之間的摩擦力減小，同時(shí)可以得出在水膠比一定的情況下，鋼筋與混凝土的粘結(jié)應(yīng)力隨礦渣微粉摻量的增加而減小的結(jié)論．

聚合物改性砂漿/混凝土具有良好的粘結(jié)性和耐久性，主要用于混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)[5]．資料表明，摻入15%羧基丁苯乳液的混凝土無論是7 d和28 d的抗折強(qiáng)度都比沒有摻加羧基丁苯乳液的普通混凝土有大幅度的提高．根據(jù)以上分析，本實(shí)驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)了4種水膠比、4種摻合料和4個(gè)養(yǎng)護(hù)齡期，以鋼筋/混凝土粘結(jié)性能為指標(biāo)，優(yōu)化混凝土配合比．

1原材料及試驗(yàn)方案

1.1原材料

水泥為張家港海螺水泥有限公司生成的海螺牌52.5級(jí)Ⅰ型硅酸鹽水泥，礦粉和粉煤灰由上海寶田新型建材有限公司提供，其需水量比是104%，含水率為0.28%， 滲透結(jié)晶材料(STJJ)和羧基丁苯乳液均為市售．

表1　原材料的化學(xué)組成

羧基丁苯乳液為BASF公司提供的SD623丁苯乳液，固含量為50%．其技術(shù)指標(biāo)見表2．

表2　羧基丁苯乳液技術(shù)指標(biāo)

1.2試驗(yàn)方案

混凝土試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，在試塊中間插入直徑為10 mm的光圓鋼筋，鋼筋伸出長度為20 mm，并在成型時(shí)于拉拔端加入50 mm長直徑15 mm的塑料套管，每組3個(gè)試塊．

2結(jié)果及討論

2.1正交試驗(yàn)

試驗(yàn)選擇摻合料、水膠比和養(yǎng)護(hù)齡期三因素，以確定混凝土配合比對(duì)鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響，正交設(shè)計(jì)見表3．

表3　正交試驗(yàn)的因素水平

表4　方差分析表

表5　L16(45)正交實(shí)驗(yàn)及鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度

從正交試驗(yàn)結(jié)果可知，水膠比對(duì)鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率僅為9%；摻合料對(duì)鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率為24%左右；養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)67%左右．

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)齡期為40 d，摻合料選擇15%FA和40%礦粉，水膠比為0.4的混凝土配合比及養(yǎng)護(hù)制度最好．

2.2鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度影響因素分析

設(shè)鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度數(shù)據(jù)為因變量Y，摻合料種類X1、水膠比X2、養(yǎng)護(hù)齡期X3作為自變量進(jìn)行多元線性回歸，結(jié)果見表6～7．

表6　回歸系數(shù)的檢驗(yàn)及結(jié)果

從而得到線性回歸方程：

(1)

3結(jié)論

在影響鋼筋/混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的材料因素中，養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率最大，為67%左右，其次是摻合料，為24%左右，最后是水膠比，僅9%；在本文設(shè)計(jì)的混凝土配合比中，養(yǎng)護(hù)齡期選擇40 d，摻合料選擇15%FA和40%礦粉，水膠比為0.4的混凝土和鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度最佳．

參考文獻(xiàn)：

[1]林宗壽．無機(jī)非金屬材料工學(xué)[M]．武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2006：231．

[2]過鎮(zhèn)海．鋼筋混凝土原理[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1993：145．

[3]周萬良，周士瓊，李益進(jìn)，等．水膠比及超細(xì)粉煤灰摻量對(duì)高性能混凝土鋼筋握裹力的影響[J]．混凝土，2002(11)：42-45．

[4]彭華群，夏軍武，蔣龍，等．礦渣微粉混凝土與鋼筋粘結(jié)性能研究[J]．混凝土與水泥制品，2006(5)：9-11．

[5]覃林濤，武世峰，但其寶．聚合物混凝土在水下修補(bǔ)過程中的應(yīng)用[J]．西北水電，2012(3)：21-23．

[6]劉紅慶．銹蝕對(duì)鋼筋性能的影響[D]．武漢：華中科技大學(xué)，2006．

[7]Douglas C M．Design and Analsis of Experiments[M]． New York： Springer-Verlag Inc， 1999．

[責(zé)任編輯周文凱]

DOI：10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2016.03.011

收稿日期：2016-04-07

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51279100)

通信作者：程志寅(1974-)，男，工程師，主要研究方向?yàn)椴牧峡茖W(xué)．E-mail：42477338@qq.com

中圖分類號(hào)：TU528

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-948X(2016)03-0045-03

Bond Strength Optimization and Quantitative Analysis of Influence Factors

Cheng Zhiyin

(Zhejiang Tianda Environmental Protection Limited Company, Hangzhou 310006, China)

AbstractThe effects of four mineral mixtures, four water-binder ratios and four curing ages on bond strength between steel and concrete are analyzed quantitatively by using multiple linear regression. The results show that the contribution ratio of curing age of 67% is the most obvious among influence factors; the second is mineral mixture, of which the contribution ratio is about 24%; the last one is water-binder ratio, of which the contribution ratio is only 9%. The optimal proportion was obtained in terms of the bond strength between steel and concrete.

Keywordsbond strength；mix optimization；influence factors；quantitative analysis