預埋件錨固鋼筋與混凝土粘結性能的研究綜述*

王磊，顧云凡，季雨航，侍好，沐成建

（南京工程學院 建筑工程學院 江蘇南京 211167）

0 引言

近幾年來，在裝配式建筑和鋼混結構迅猛發展的背景下，鋼混凝土結構的主要節點——預埋件漸漸有了更大運用范圍。目前，鋼筋混凝土粘結性能方面的研究僅僅局限于鋼筋混凝土的粘結機理、影響粘結性能的因素以及鋼筋內部應力分布狀況的檢測這幾個方面[1]。隨著研究的深入，鋼混結構粘結本構關系漸漸被研究出來。隨著有限元分析法的出現和廣泛運用，人們也加快了鋼混結構粘結理論的研究，人們對鋼混結構基本的粘結機理也逐漸熟悉。

1 粘結性能影響因素

1.1 混凝土強度

預埋錨筋與混凝土之間通過粘結力，讓預埋錨筋所受的力在混凝土中相互傳遞。而混凝土也會受到各個方向的力，或者同一方向的重復荷載，讓混凝土的粘結性能不斷降低。因此，如果想要在實際工程中，混凝土不容易發生內裂等破壞而導致其對預埋錨筋的握裹力減弱，可以采用提高混凝土強度的方法。

1.2 鋼筋位置受力方向澆筑方向

平位澆筑會使鋼混的粘結性能下降，而變形鋼筋，即當鋼筋受力方向與混凝土硬化時的下沉方向不同時，粘結性能變大[2]。當錨固鋼筋水平放置，與混凝土澆筑方向相互垂直時，混凝土凝結硬化時與錨筋粘結的不緊密，導致粘結性能變低。當錨筋預埋件受到拉拔力時，通常需在錨筋端部增加彎鉤，增大粘結性能，使相對滑動減小。

1.3 鋼筋的表面形狀

鋼筋的表面形狀對鋼混的粘結性能有著很大的影響，變形鋼筋與混凝土的粘結性能高于光滑鋼筋與混凝土的粘結性能[3]。如果將光滑鋼筋加肋，則在變形的部分，混凝土會與其增加各種方向的相互作用力，這使它在混凝土中可以產生更大的粘結力。

1.4 鋼筋周圍存在的約束條件

混凝土保護層的厚度越大，鋼筋能產生更多的粘結力，相反，縱筋間距過小會減弱其粘結力。由于這些因素在設計和施工中的調整，鋼筋所受剪力或摩擦力等力發生了改變，使受力情況產生變化，從而改變了鋼混的粘結性能。

2 火災（高溫）對鋼筋與混凝土粘結性能的研究

混凝土在經過熾熱烘烤后，其本身的特性諸如抗壓力、抗拉力、剪應力等的力學性能會發生有差異性的削弱，進而使鋼筋與混凝土粘結性能與烘烤前的粘結性能發生異變。

火災作用下鋼筋與混凝土粘結性能退化機理：

（1）高溫烘烤后的混凝土吸水會產生膨脹，進而破壞了混凝土結構的穩定性，混凝土強度的降低以及鋼筋的收縮使鋼筋與混凝土之間的咬合力下降，最終影響鋼筋與混凝土粘結性能，使得鋼筋與混凝土極限滑移量要高于常溫時候的極限滑移量。

（2） 鋼筋與混凝土粘結性能隨周圍環境溫度的升高發生顯著變化，20～300℃時，粘結性能損失10%～25%；300-500℃℃時，損失 40%～60%；500～750℃時，損失80%～90%；而大于500℃時，混凝土內部結構變化，強度銳減，粘結性能驟降[4]。

隨著鋼筋保護層、保護層厚度與鋼筋直徑比值的變低，混凝土與鋼筋粘結應力也變低，且變低程度與溫度成正比。

當溫度升高到500℃附近時，混凝土中存在的內部結晶水將會脫水收縮，使混凝土的劈裂應力增加，同時混凝土強度的降低使得混凝土過早開裂，鋼筋與混凝土粘結性能同時也會明顯降低。

3 銹蝕對鋼筋和混凝土粘結性能的研究

到目前為止，全球混凝土遭到破壞的最主要原因就是鋼筋的腐蝕，而鋼筋遭到銹蝕的原因更是紛繁復雜。錨筋預埋件錨固鋼筋在混凝土中被銹蝕，一般的原因是鋼筋外層的混凝土層被破壞。例如，尋常的混凝土的PH值＞12，呈現出堿性，它會在混凝土與鋼筋相互接觸的部位反應，凝結出一層由鐵的氧化物和各種其他物質所組成的保護膜，阻隔一些會與鋼筋發生銹蝕反應的物質，但隨著混凝土中的Ca（OH）2不斷的和空氣中的CO2發生反應，混凝土逐漸碳化，PH值不斷降低，嚴重削弱了鈍化膜的保護作用，導致出現了鋼筋銹蝕的現象。

當銹蝕率小于0.5%時，由于銹蝕部分的體積變大，鋼筋與混凝土之間產生更強的相互作用力，反而使他們之間的粘結力增大。但當銹蝕率超過5%時，鋼筋表面的銹層體積過大，混凝土開始縱向內裂，并且，產生的裂縫又將加快鋼筋的銹蝕，使情況更加嚴峻，鋼筋與混凝土的粘結力急速下跌。

4 鹽凍作用對鋼筋與混凝土粘結性能的研究

混凝土凍融損傷屬于物理變化，會降低混凝土力學性能，凍融和鹽類化合物都會對混凝土結構產生巨大的影響，這兩者的共同作用叫做鹽凍，會產生嚴重的破壞，改變混凝土的內部結構，嚴重影響了鋼筋與混凝土的粘結性能。凍結造成的損害是由于水的凍結造成的，靜水壓力和冰水汽壓差是由于體積膨脹造成的。凍融循環作用令鋼筋與混凝土的粘結作用產生了巨大的損失，每次循環都會令混凝土受到一定的損傷，混凝土不斷累積損傷。

鹽凍作用下粘結性能退化機理：

（1）鋼筋混凝土結構表面部分骨料脫落，鋼筋與混凝土的界面剪切裂縫擴展，鋼筋外露，不斷變化，同時出現新的裂縫。

（2） 由于凍融循環的作用，鋼筋受力變形，多次凍融循環后，由水泥凝膠體產生于鋼筋表面的膠著粘結力就會產生大面積損失，局部產生滑移，混凝土與鋼筋界面的化學粘結受到破壞。

（3） 混凝土變得疏松，增大了橫向拉伸變形，降低了鋼筋所受混凝土包裹的摩擦阻力，鋼筋表面粗糙不平，同時由于發生變形，與混凝土之間存在機械咬合作用，受其影響而減小，鋼筋產生滑移[5]。

5 小結

（1）在火災或者高溫情況下，混凝土特性諸如抗壓力、剪應力等的力學性能會發生有差異性的削弱，進而使鋼筋與混凝土粘結性能與烘烤前的粘結性能發生異變。

（2）當鋼筋遭到銹蝕，平均銹蝕率大于5%時粘結性能退化程度較之明顯。

（3） 在鹽環境中，混凝土不斷的經受凍融，其中的水分不斷的凝固成冰和融化成水，導致內部結構被破壞，最終混凝土保護層被損壞。

錨筋預埋件錨固鋼筋與混凝土的粘結性能受到各種因素的影響，需要學者更加深入地研究和探討。