冻融环境下地聚物混凝土和螺纹钢筋黏结性能的研究

寒冷地区临海、盐碱土壤或冰盐环境中的混凝土结构因遭氯离子腐蚀和冻融循环的共同作用使得钢筋与混凝土间的黏结性能劣化，甚至会导致构件过早失效。为了分析在冻融循环和氯离子腐蚀耦合作用下地聚物混凝土与螺纹钢筋间黏结性能的变化规律，通过拉拔试验研究了地聚物混凝土与螺纹钢筋在此环境下的黏结性能，分析了保护层厚度（40 mm、60 mm、67 mm）、盐溶液浓度（0 %、5 %、10 %）和冻融次数（0次、15次、30次、50次）对极限黏结强度及黏结—滑移曲线的影响。结果表明：盐冻循环和水冻循环试件与未冻融试件破坏模式相同，均为劈裂破坏；但与未冻融的试件相比，极限黏结强度总体上降低，经过50次冻融循环后，盐冻和水冻试件的极限黏结强度为未冻融试件的56 %~67 %和80 %左右；最后，基于试验数据，提出考虑冻融次数和盐溶液浓度影响作用下地聚物混凝土劈裂抗拉强度以及极限黏结强度的拟合公式，以期为混凝土结构的工程应用提供理论参考。     

冻融循环后钢筋与再生混凝土黏结性能梁式试验有限元分析

目的研究钢筋与再生混凝土梁式试件在不同冻融循环次数下的黏结性能,为再生混凝土结构的设计与使用提供借鉴.方法基于有限元软件ABAQUS中的接触法,建立以再生混凝土冻融损伤变量为参数的冻融损伤模型,以实际钢筋与再生混凝土黏结滑移梁式试验为基础,扩大试验参数范围,对冻融循环后的再生混凝土梁式试件进行黏结滑移数值模拟分析.结果使用接触法模拟钢筋与再生混凝土黏结滑移具有一定的可行性,数值模型结果与试验结果基本吻合,各模拟曲线与试验曲线整体趋势基本相似;在扩大参数范围后的模拟中,极限荷载随着冻融次数的增加而降低,冻融次数每增加50次,试件极限荷载下降约7%.结论再生混凝土在同一强度等级下,随着冻融循环次数的增加,极限荷载逐渐降低,冻融损伤逐渐增大,强度越低,冻融损伤越严重;当冻融循环次数与测试钢筋直径一定时,极限黏结荷载随钢筋锚固长度的增大而增大.     

钢筋-超高性能混凝土界面黏结性能试验

为研究轻薄UHPC构件内钢筋-UHPC界面间的黏结性能,以钢筋直径、黏结长度和保护层厚度为变量设计了多组配筋UHPC拉拔试验,并探讨各设计变量对钢筋-UHPC界面黏结性能的影响.基于试验结果,分析各设计参数对配筋UHPC试件破坏形式、黏结应力-滑移曲线、黏结锚固强度及其对应滑移量等因素的影响.研究表明：钢筋直径、黏结长度和保护层厚度的变化对配筋UHPC界面黏结性能影响较大;极限黏结强度及滑移量随黏结长度的减小而增加,随钢筋直径增加而先增加后降低;随保护层厚度变薄,极限黏结强度降低而滑移量增加.钢筋直径为12 mm和16 mm时,配筋保护层厚度和黏结锚固长度分别不宜小于1.5倍和4倍直径;直径为8 mm的钢筋黏结锚固长度不宜小于3.5倍直径.基于数理统计法归纳的配筋UHPC界面极限黏结强度及临界锚固长度计算式与试验结果误差较小.     

高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土 的界面黏结性能试验研究

为研究高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土界面间的黏结性能,设计22个圆钢管试件进行高温啧水冷却处理后的静力推出试验,主要考虑混凝土强度、历经最高温度、锚固长度、恒温时长和冷却方式的影响.通过试验揭示了高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土界面黏结失效机理,分析了各变化参数对其黏结性能的影响,并提出高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土黏结强度的计算公式.结果表明:高温喷水冷却后试件加载端与自由端的荷载滑移曲线变化趋势基本相似,并可将其分为三类典型曲线;推出试验中钢管外表面应变与距加载端的距离呈指数关系分布;高温啧水冷却后,试件的黏结强度随混凝土强度的增大变化较小,与锚固长度成反比,恒温时长大于60 min后基本稳定,随历经最高温度的升高,极限黏结强度先增大后减小再增大,残余黏结强度先增大再减小;与自然冷却试件相比,啧水冷却试件的极限黏结强度、残余黏结强度与剪切黏结刚度均较小,界面耗能能力较大.运用文中所提出的黏结强度计算公式算得的结果与试验值吻合良好.     

超低温冻融循环下钢筋与混凝土的黏结性能

借助低温冰箱和超低温环境箱降温的方式,对7组21个试件分别进行了不同循环次数、不同温度变化的超低温冻融循环.通过对冻融循环后试件的中心拔出试验,得到了钢筋与混凝土的荷载-滑移曲线.结果表明,在循环次数较少的情况下,低温对钢筋与混凝土的荷载-滑移曲线形状影响不大,但对两者的黏结强度有明显的降低作用;在冻融循环中,20~-75,℃温度段对钢筋与混凝土的黏结强度降低作用明显,相比之下,-75~-120,℃温度段对钢筋与混凝土黏结强度的后续降低作用不明显;随着循环次数的增多,每次循环对于钢筋与混凝土黏结强度的降低作用逐渐减弱.     

纳米高岭土改性混凝土与钢筋的黏结性能

为考察纳米高岭土对混凝土与钢筋间黏结性能的影响,利用电流加速腐蚀试验方法,研究了不同腐蚀时间下钢筋锈蚀率与纳米高岭土掺量的关系,分析了纳米高岭土改性混凝土与钢筋之间的黏结滑移关系及黏结强度的变化情况.研究结果表明:纳米高岭土改善了钢筋与混凝土间的黏结性能,降低了混凝土试件的刚度,纳米高岭土掺量为3%的混凝土试件与钢筋间的黏结强度较普通混凝土试件提高约56.55%;混凝土中内掺纳米高岭土能够延缓钢筋锈蚀,纳米高岭土掺量为5%的混凝土试件在腐蚀36 h后,钢筋锈蚀率较普通混凝土试件降低约52%;腐蚀48 h后,纳米高岭土掺量为3%的混凝土试件与钢筋间的黏结强度约为普通混凝土试件的2.16倍.     

钢-再生混凝土界面黏结机制及强度计算方法

为研究型钢、钢管与再生混凝土界面黏结作用机制,采用服役超50a的混凝土作为再生粗骨料来源,设计了31个试件进行推出试验,试验考虑了配钢形式、再生粗骨料取代率、长径比及混凝土强度等级4个变化参数对钢-再生混凝土黏结性能的影响.试验获取了各试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线,并基于实测结果得到了3种钢与再生混凝土的界面黏结强度,分析了各变化参数对黏结强度的影响,探讨了钢-再生混凝土界面黏结强度的计算方法,推导了黏结剪力传递长度的计算公式.研究结果表明,钢-再生混凝土试件的加载端起滑均比自由端发展得早;型钢试件的黏结强度大于圆钢管试件,而圆钢管试件又大于方钢管试件;随再生粗骨料取代率的增加,试件的黏结强度略呈增大之势;随着混凝土强度的提高,试件的黏结强度有一定提高;方钢管与再生混凝土的黏结强度随长径比的增大而减小.     

锈蚀钢筋与TRC约束混凝土黏结滑移本构关系

采用试验和理论分析相结合的方法,基于电化学锈蚀中心拉拔试验,研究在有无纤维编织网增强混凝土(TRC)约束下,对不同电化学锈蚀率变形钢筋与混凝土界面黏结性能的影响,并且对试件破坏形态以及黏结滑移曲线等进行了分析研究.研究结果表明:在无TRC约束的情况下,锈蚀钢筋与混凝土极限黏结应力随锈蚀率增加而降低,尤其是混凝土产生锈胀裂缝后极限黏结应力下降明显;TRC约束对锈蚀钢筋与混凝土的黏结性能尤其是锈蚀程度较大的试件有很好的改善作用;对于产生锈胀裂缝的试件,TRC约束具有良好的限制试件开裂以及提高极限黏结应力的作用,同时TRC约束对维持锈蚀钢筋与混凝土的黏结刚度也有明显效果;最后建立了TRC约束混凝土与锈蚀钢筋上升段的黏结滑移本构关系.     

冻融循环与持续荷载共同作用下FRP片材-混凝土界面黏结性能的退化行为

为研究冻融循环影响下纤维增强复合材料(FRP)外贴加固混凝土结构的界面性能,通过双面剪切试验研究冻融循环与持续荷载共同作用下FRP片材-混凝土界面黏结性能的退化行为。在经历最大200次冻融循环作用后,对试件进行静态加载,并采用数字图像相关法量测试件表面的全场位移,进而计算界面黏结滑移关系。试验结果表明:冻融循环作用对FRP片材-混凝土界面的极限承载力、极限滑移、FRP最大应变、最大剪应力、界面断裂能等均有明显的削弱作用,界面黏结滑移曲线退化显著;预加荷载的存在加剧了冻融循环作用后界面黏结性能的退化;冻融循环作用前后界面的破坏模式也发生了显著改变。     

盐环境中冻融循环对钢筋与混凝土粘结性能影响

通过对盐水环境中经历了0、5、15、25次冻融循环的钢筋混凝土梁式试件的粘结性能试验,研究了冻融循环对钢筋与混凝土粘结性能的影响.结果表明,随冻融循环次数的增加,钢筋与混凝土的粘结强度降低;当冻融次数少于15次时,钢筋极限粘结荷载时的滑移变化不大,而冻融次数多于15次时滑移变化明显增大.所以,对于盐环境中经受冻融循环作用的钢筋混凝土结构,加强其耐久性设计非常重要.     

高温后方钢管再生混凝土界面黏结性能及本构方程

为了揭示高温后方钢管与再生混凝土的界面黏结性能，以最高经历温度（T）、再生 粗骨料取代率（γ）为变化参数，设计并完成了20个试件高温后的推出试验. 通过试验观察了试 件的受力破坏过程及形态，获取了试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线，分析了各变化参数 对界面黏结性能及界面损伤发展过程的影响规律，并提出了相应的黏结强度的计算公式及黏 结滑移本构方程 . 结果表明：试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线形态基本一致，但加载端 的初始滑移发生相对更早，曲线形态可以分为T≤200 ℃和T≥400 ℃两类；界面黏结性能整体上 相比方钢管普通混凝土较差（相应的黏结性能平均差距范围约为3.10%~19.05%）；随着经历温 度的升高，黏结强度及黏结抗剪刚度先减小后增大，界面耗能能力则逐渐增大；随着再生粗骨 料取代率的提高，黏结强度逐渐减小，而黏结抗剪刚度和界面耗能能力则均呈现先增大后减 小再小幅恢复的变化趋势；界面初始黏结损伤的发生在T=600 ℃时明显推迟，并随再生粗骨料 取代率的提高表现出逐渐提早的趋势，而T≤400 ℃时经历温度及再生粗骨料取代率对其影响 均不大；黏结损伤发展速度随经历温度和再生粗骨料取代率的升高呈现先增大后减小的变化 趋势.     

再生混凝土与钢筋间黏结应力分布函数

通过改变箍筋间距,采用钢筋开槽内贴片方法,测试全天然骨料和全再生骨料共6组钢筋混凝土构件的平均黏结-滑移曲线及锚固段内不同位置处的钢筋应变。基于试验结果,计算不同锚固位置处钢筋与混凝土的黏结应力和相对滑移,得到相应位置的黏结-滑移曲线。分析箍筋约束对再生混凝土-钢筋黏结应力分布的影响机理,并建立再生混凝土与钢筋间黏结应力分布函数模型。研究结果表明:未配箍构件的加载端黏结应力大于自由端黏结应力;构件配箍筋后,平均极限黏结强度提高,峰值滑移显著增加,平均黏结-滑移曲线下降段变平缓,且随着箍筋间距减小,锚固段黏结应力分布逐渐均匀;再生粗骨料对钢筋混凝土的黏结应力分布影响较小。     

冻融环境下引气剂对钢筋与混凝土黏结性能影响的试验研究

针对冻融环境下钢筋与混凝土结构黏结性能劣化的问题开展试验研究。以引气剂掺入量和冻融循环次数为变动因素制作了3批共9组钢筋混凝土试件,采用快速冻融试验和钢筋中心拔出试验方法,研究了冻融环境下不同掺量引气混凝土与钢筋之间的黏结应力、滑移量,对比分析了引气剂对冻融环境下钢筋与混凝土黏结性能的影响规律。试验结果表明,掺入一定量引气剂可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的黏结性能得到明显改善。     

冻融循环作用下表层嵌贴CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究

以嵌贴CFRP-混凝土黏结的冻融耐久性为研究对象,通过拔出试验考察了冻融循环作用下嵌贴FRP与具有不同强度或抗冻性能混凝土的黏结性能,讨论了冻融循环下嵌贴FRP-混凝土界面黏结的退化机理;分析了冻融循环作用下混凝土槽至试件边缘距离、胶层厚度等因素对试件界面黏结性能的影响.试验结果表明:冻融循环作用下普通C30混凝土力学性能退化显著,添加引气防冻剂和减水剂的C30混凝土强度下降显著小于普通C30混凝土,C60混凝土强度反而有所提高;冻融循环导致了嵌贴CFRP-普通C30混凝土的黏结承载力下降和破坏模式转变,但嵌贴CFRP与抗冻混凝土间的黏结承载力没有显著降低,表明混凝土冻融损伤是冻融循环下嵌贴FRP-混凝土黏结退化的主要原因;槽壁厚度较小时,加载端槽壁混凝土出现锥形斜裂缝;胶层厚度较薄时,冻融循环作用下试件黏结承载力的降低较胶层较厚的试件更为显著.     

钢筋直径对保温混凝土冻融后粘结锚固性能的影响

钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能是二者共同作用的基础,冻融循环作用会对钢筋混凝土结构造成不可逆的影响。通过拉拔试验研究了不同直径的钢筋对冻融循环作用后保温混凝土(TIC)粘结锚固性能的影响,重点分析了钢筋直径和冻融循环次数对峰值荷载、粘结滑移曲线和峰值滑移的影响。研究结果表明:当钢筋直径不变时,随着冻融循环次数的增加,TIC的粘结锚固性能逐渐下降,峰值荷载减小,峰值滑移量增加;当冻融循环次数不变时,随着钢筋直径的增加,峰值荷载减小,峰值滑移量减小;冻融循环100次时,钢筋直径为10 mm和12 mm的TIC试件均发生拔出破坏,钢筋直径为16 mm时,破坏形式为劈裂破坏;钢筋直径12mm的NC试件破坏形式为拔出—劈裂破坏;经过100次冻融循环后,TIC试件与钢筋的粘结性略优于普通混凝土(NC)试件。     

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的梁式试验

通过梁式试验法研究了锈蚀对配箍钢筋混凝土构件粘结性能的影响,探讨了试件表面锈胀裂缝宽度和钢筋锈蚀率对极限粘结强度及钢筋自由端滑移量的影响规律.试验研究表明,钢筋混凝土梁表面纵向锈胀裂缝产生与否及其宽度大小,并不是影响配箍构件粘结性能的本质因素,它与粘结强度或滑移性能的相关性均不显著.锈蚀率对粘结性能有着重要影响,极限粘结强度和粘结刚度均随锈蚀率增加先增大后减小,但锈蚀率在5%以内时不会低于未锈蚀钢筋水平;达极限粘结强度时,钢筋自由端滑移量随锈蚀量增加明显减小,当锈蚀率为4.6%时滑移量仅为未锈蚀梁的17.6%.     

开孔板加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理

为研究开孔板(perfobond leiste,PBL)加劲型压型钢板加固混凝土界面黏结-滑移机理,首先设计了3组试件进行推出试验,分析了其破坏形态、极限荷载值和滑移量,然后在试验基础上建立了有限元模型,分析了PBL连接件极限荷载值的影响参数.研究结果表明:PBL连接件破坏分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段3个阶段,试件破坏时混凝土出现贯通裂缝,底部混凝土剥落,试件为混凝土剪切破坏,且为延性破坏.影响PBL连接件极限承载力的参数主要有贯穿钢筋、黏结摩擦力、混凝土强度、开孔直径和PBL厚度,其中贯穿钢筋影响最明显,有贯穿钢筋的试件比无贯穿钢筋的试件极限承载力提高了约73.8％,贯穿钢筋也可以提高极限滑移量,增加延性.黏结摩擦力通常作为安全储备,混凝土强度和开孔直径的增加也可显著提高极限承载力,而PBL厚度影响不显著,开孔钢板强度对极限承载力基本无影响.     

粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响

为了揭示混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响,以灌砂法实现混凝土表面的粗糙度量化评定,完成了6种界面粗糙程度的FRP-混凝土试件界面的单剪试验,探讨了混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面极限黏结力、黏结强度以及黏结滑移曲线的影响规律.研究结果表明:粗糙度为0.44的试件界面黏结性能最好,极限黏结力和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%～51%和124%～221%.文中还建立了基于粗糙度参数的界面有效黏结长度计算模型,发现有效黏结长度在6种界面上随粗糙度的增加总体呈降低的趋势;粗糙度小于0.56时,试件界面黏结滑移曲线在脆性区间的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越窄,而在塑性阶段,6种界面试件的黏结滑移曲线以不同斜率下降,最终发生剥离破坏时的滑移值为0.04～0.37 mm.     

方钢管超高性能混凝土界面黏结滑移性能

：为研究方钢管超高性能混凝土（UHPC）的界面黏结滑移性能，以钢管宽厚比、高宽比和UHPC强度为主要参数，设计了18个方钢管UHPC试件并对其进行静力推出试验.通过试验分析了试件的破坏过程与形态、荷载-滑移曲线、黏结强度和钢管纵向应变分布，结果表明：推出后的试件整体较为完整，钢管无鼓曲现象，加载端边缘处混凝土有一定损伤；加载端与自由端的荷载-滑移曲线形状基本一致，且曲线分为有明显峰值点的弱化型和无明显峰值点的强化型两类；黏结强度随宽厚比和高宽比的增加而减小，当宽厚比较大时，增大UHPC强度可以明显提高黏结强度；加载端的钢管纵向应变小于自由端，应变沿高度方向大致呈指数分布.从黏结强度的组成出发，忽略化学胶着力影响，通过确定界面摩擦和机械咬合应力的表达式，建立了方钢管UHPC在两种养护条件下的黏结强度计算模型，理论计算与试验数据符合较好.     

型钢混凝土不同界面的黏结性能及锚固设计

为了研究不同界面型钢混凝土的自然黏结性能,设计4个试件进行静力单调推出试验,试件分别考虑了型钢外翼缘、内翼缘、腹板以及全截面与混凝土黏结时的4种不同情况,通过试验观察了各试件的受力破坏过程和形态,获取了荷载-滑移曲线、极限黏结强度等参数,分析了型钢不同界面与混凝土的黏结强度;此外,为了深层次研究型钢混凝土构件的黏结锚固性能,设计了3个焊接栓钉的型钢混凝土试件进行静力单调推出试验,试件分别考虑了栓钉仅焊接在型钢外翼缘、腹板、以及外翼缘和腹板均焊接3种不同情况,获取了焊接栓钉后型钢混凝土试件的黏结滑移性能,分析了不同位置处焊接栓钉对型钢混凝土黏结性能的影响,最后分别推导并建立了型钢混凝土构件仅考虑自然黏结以及焊接栓钉时的最小锚固长度计算公式.研究结果表明,不同界面型钢混凝土的自然黏结强度不相等,腹板处黏结强度最小,外翼缘次之,内翼缘最大,三者的比例关系为1∶1.39∶1.59;栓钉焊接位置对黏结性能有影响,腹板处焊接栓钉比在翼缘处焊接栓钉试件的延性更好.