鋼筋直徑對錨桿鋼筋—砂漿界面粘結性能研究

常 偉 戚旭東 陳忠磊 卜旻明 張煒俊

（江蘇省中成建設工程總公司， 江蘇 南京 210041）

0 引言

粘結力作為鋼筋與砂漿兩種材料共同作用的前提和基礎，對于錨桿的使用性能有著重要影響。榮冠等人[1]分別對螺紋鋼筋和光圓鋼筋錨桿進行對比試驗，研究了鋼筋外形對粘結作用的影響。侯利軍等人[2]通過梁式黏結試驗，著重研究了水泥基復合材料對界面粘結作用的影響。然而，上述的研究成果多是在鋼筋—混凝土的試驗結果上得到的，鋼筋與混凝土界面的研究結論是否適用于錨桿結構鋼筋—砂漿界面還需進一步探索。

鑒于此，筆者采用MTS疲勞試驗機對不同鋼筋直徑的鋼筋砂漿試件進行中心拉拔，得到荷載—滑移曲線，以此為基礎研究鋼筋直徑對界面粘結力的影響。

1 試驗內容

1.1 試件設計

中心拉拔試驗的試件尺寸小、試驗過程簡單便攜，并且與錨桿的實際受力狀態更為接近。因此，本文設計了如圖1所示的拉拔試件。鋼筋長度設定為35cm，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，各試件的參數列于表1。

為避免加載端發生局部破壞以及控制鋼筋錨固段的長度，在拔出鋼筋兩端的加載端和自由端各設置一段PVC管作為拉拔試件的無粘結段。

圖1 拉拔試件示意圖

表1 試件列表

1.2 試件制作

考慮不同鋼筋直徑對界面粘結性能的影響，試驗采用直徑分別為14mm、16mm、20mm三種規格的帶肋鋼筋，鋼筋等級均為HRB400。材料測試試驗采用100t電液伺服萬能試驗機，性能測得鋼筋的力學性能如表1所示。

制備砂漿的等級為M30，水泥、砂、水配合比分別1:1.38:0.43。其中水泥采用海螺牌42.5號硅酸鹽水泥，砂子采用ISO標準中砂，試驗用水采用潔凈的自來水，配比砂漿時摻入聚羧酸系高性能減水劑。養護28d后試件的抗壓強度為31.2MPa。

試驗過程中PVC管的內徑略大于鋼筋直徑，為了防止澆筑時砂漿灌入到PVC試管內，先用四氟乙烯膠帶纏繞在鋼筋上，再套上套管，以達到密封效果。最后將鋼筋放入到模具中進行澆筑。試件的制作過程如圖2所示。

圖2 試件制作

1.3 試件加載

加載儀器為MTS疲勞試驗機，其最大加載量1000kN。采用定制的鋼架作為本試驗的加載裝置。鋼架的上、下各由一塊厚度為50mm的鐵板做成，四角用四支直徑為40mm的地錨桿固定，底部鐵板的中心設置直徑為40mm的孔徑可以使鋼筋通過。將試件放置于該鋼架底部，加載端鋼筋穿過下側鐵板的孔洞，并用試驗機自帶的平頭夾板夾住，同時試驗機上的夾具夾住鋼架上方的鐵柱，此時鋼筋被夾具固定，而試件隨鐵架向上運動，鋼筋會被逐漸拔出。試驗加載速率設定為2mm/min，連續加載至試件破壞。試件拉拔和布置分別如圖3和圖4所示。

圖3 試件拉拔示意圖

圖4 試件拉拔布置圖

2 試驗結果

圖5分別列出三個拉拔試件對應的拉拔力—滑移關系曲線。試件的界面粘結強度按式（1）進行計算：

其中，Pu為極限抗拔力；La為鋼筋錨固長度。各試件的極限荷載及平均粘結應力如表2所示。

圖5 不同鋼筋直徑下的荷載—滑移曲線

表2 不同鋼筋直徑試件組的試驗結果

從表中可以看出，在其他條件相同的情況下，試件的極限荷載隨著鋼筋直徑的增加而增加，但是其平均粘結應力卻相應減小。主要原因是由于鋼筋直徑的增加，鋼筋的相對肋高降低（肋高與直徑的比值），而相對肋距增大（肋距與直徑的比值），進而導致大直徑鋼筋與砂漿間的機械咬合力未能充分發揮，因而平均到單位粘結面積上粘結力有所下降。

3 結論

本文以鋼筋直徑對界面粘結力的影響為角度，開展了試件拉拔試驗，結果表明，鋼筋—砂漿的界面粘結力隨著直徑增加，粘結力有一定提高，但平均粘結強度有所降低。