高温下钢筋与混凝土的黏结性能试验与分析

为研究钢筋混凝土构件在高温下的黏结性能,制作了25个中心拉拔试件及8个温度场试件,同时制作了标准立方体试块.对钢筋、标准立方体试块及中心拉拔试件分别进行室温(20℃)、100℃、200℃、400℃和600℃加温,完成了高温后钢筋抗拉强度试验、高温下标准立方体试块劈裂抗拉强度试验、温度场试验及中心拉拔试验.根据温度场试验研究结果,提出一种简易的高温下中心拉拔试验的方法,阐述不同温度下钢筋强度、混凝土抗拉劈裂强度及钢筋与混凝土黏结性能的退化规律,并从混凝土的力学性能退化角度分析了高温环境对黏结强度的影响,并以割线刚度的方法定量地研究了高温对黏结刚度的影响.试验结果表明:高温后钢筋强度在低于400℃时变化不大,高温下混凝土劈裂抗拉强度基本呈线性下降,且高温下钢筋与混凝土的黏结强度变化趋势与混凝土抗拉强度衰减趋势相近.以滑移量0.015mm为临界点,黏结刚度与温度的关系曲线呈现两种不同变化形式.     

高温后高性能混凝土和细晶粒钢筋间粘结性能

配制了C100高性能混凝土,制作了标准立方体试块,并选用500 MPa级细晶粒钢筋制作了中心拔出粘结试件.分别对立方体试块和拔出试件进行了200,400,600,800 ℃的高温试验,完成了高温后的抗压强度试验和拔出粘结试验.基于试验结果,分析了高温作用对高性能混凝土抗压强度和粘结强度的影响,研究了高温后高性能混凝土抗压强度和粘结强度的关系,并通过与普通混凝土高温后粘结性能的对比,分析了高温后高性能混凝土和细晶粒钢筋间粘结性能的特点.     

聚丙烯纤维对高强混凝土高温后残余抗压强度的影响

对掺聚丙烯纤维的高强混凝土立方体试块进行了高温后残余抗压强度试验研究,分析了高温对高强混凝土残余抗压强度的影响,以及不同掺量和长度的聚丙烯纤维对高温后聚丙烯纤维高强混凝土残余抗压强度的影响。结果表明,适宜掺量和长度下,聚丙烯纤维既可抑制高强混凝土高温爆裂,又可明显提高高强混凝土的残余抗压强度,有利于改善高强混凝土的高温韧性。     

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.     

高温喷水冷却后钢管高强混凝土轴压性能研究

为揭示高温喷水冷却后钢管高强混凝土的轴压性能,以历经温度、冷却方式、恒温时长和混凝土强度等级为变化参数,设计了20个钢管高强混凝土短柱试件,进行高温喷水冷却后的静力单调轴心受压试验.观察高温喷水冷却后试件及试块的表观变化和破坏形态,分析各变化参数对高温喷水冷却后钢管高强混凝土轴压性能的影响规律,给出了极限承载力计算公式.研究结果表明:随着历经温度的升高,钢管试件表观由浅褐色转变为黑色,试块由青色转变为灰白色;钢管试件极限承载力先升高后降低,而试块承载力逐步降低;钢管试件的力学性能指标随恒温时长的增加呈波动式增长的变化趋势;喷水冷却可以提高试件的力学性能;混凝土强度等级越高的试件力学性能指标表现越好;基于中国规范提出的高温喷水冷却后钢管高强混凝土柱轴压极限承载力计算公式有较好的适用性.     

不同混杂纤维掺量混凝土高温后的力学性能

通过对120多块立方体混凝土试块进行高温后力学性能试验,测定聚丙烯纤维和混杂纤维(聚丙烯纤维和钢纤维)增韧高性能混凝土的高温残余强度,研究聚丙烯纤维和混杂纤维对混凝土在800℃高温残余力学性能的影响以及不同含量的钢纤维对混杂纤维混凝土高温性能的影响.实验结果表明:800℃后混杂纤维混凝土残余抗压强度剩余54%,抗拉强度剩余32%,钢纤维能有效提高高性能混凝土的残余强度,聚丙烯纤维对高性能混凝土残余力学性能的影响很小.     

火灾高温后混凝土残余强度的试验研究

为研究冷却方式对不同类型水泥混凝土高温后残余强度的影响,设置了温度为500℃、600℃、700℃、800℃、900℃的梯度,分别对采用复合硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的立方体标准试块进行高温后力学试验。通过试验考察不同冷却方式下试块高温后的破坏形态、残余强度,并进行XRD分析,解释了冷却方式、水泥种类、受火时间等因素对高温后混凝土残余强度的影响。试验表明:高温后混凝土的破坏形态与其采用水泥种类及受火时间有关;冷却方式对不同水泥混凝土高温后的残余强度影响不同。     

高强钢筋与混凝土锚固性能研究

为了得到高强钢筋HTB650与混凝土的锚固性能,对36个黏结锚固试件和30个两侧贴焊短筋的机械锚固试件进行拔出试验.试验考虑了相对锚固长度、混凝土强度、相对保护层厚度、配箍率和钢筋强度对锚固性能的影响.试验结果表明,高强钢筋黏结锚固的破坏形式不同于机械锚固.两者的极限黏结强度随着相对锚固长度、混凝土强度、相对保护层厚度、配箍率和钢筋强度而改变,变化趋势基本一致.通过回归分析,得出高强钢筋与混凝土之间黏结锚固与机械锚固的极限黏结强度计算公式.     

海水海砂再生混凝土与玻璃纤维增强塑料筋黏结性能

采用标准立方体中心拔出试验,测试了不同组分及不同强度混凝土与玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋之间的黏结滑移性能.结果表明:再生粗骨料的使用降低了混凝土与GFRP筋之间的黏结强度,海水、海砂的使用对混凝土的黏结强度基本没有影响;不同组分混凝土与GFRP筋的黏结滑移曲线相似,无明显差别;与普通混凝土相似,海水海砂再生混凝土与GFRP筋的黏结强度随着混凝土的立方体抗压强度增加而增加.采用4种不同适用于GFRP筋的黏结滑移本构模型对试验数据进行了拟合,结果表明:4种模型均能较好地拟合本次试验曲线,其中,Malvar模型拟合程度最高.     

高强自密实再生块体混凝土单轴受压声发射特性

为研究高强自密实再生块体混凝土单轴受压声发射特性,对取代率分别为0%,10%,20%的立方体混凝土试块进行轴心受压试验.将受压破坏过程分为4个阶段,引入活跃系数对能量进行分析,并通过b值-能量分析判断裂纹的开展程度和试块的损伤情况.结果表明:随着取代率的提高,峰值应力前声发射活动强度显著增加,能量越早出现爆炸性增长;活跃系数随应力进程先升高后降低,活跃系数可作为混凝土是否适合继续服役的判断标准;通过b值-能量分析能够准确地判断裂纹的开展程度和试块的损伤情况.     

高温后高强混凝土剪切裂缝与拉剪箍筋销栓作用

为研究高温后高强混凝土的剪切裂缝和拉剪箍筋销栓作用,浇筑了两种强度高强混凝土Z形试件.分别对试件进行了200,400,800°C的高温试验,通过高温后试件的直剪试验,研究了温度和混凝土强度对剪切裂缝的影响.基于弹性地基梁理论建立了箍筋销栓作用模型,结合实测的剪切裂缝宽度和裂缝滑移,计算得到高温后高强混凝土与箍筋之间的销栓剪应力.研究结果表明:除200°C以外,高强混凝土的裂缝峰值位移(裂缝峰值宽度和裂缝峰值滑移)随温度的升高而增大;无论经历多高的温度,混凝土的强度越高,裂缝峰值位移越小;箍筋的销栓剪切应力与裂缝滑移呈线性关系,销栓剪切刚度随温度的升高而降低,随混凝土强度的增大而增大;销栓剪切应力随温度的升高而增大,随混凝土强度增大而减小.     

防火涂料对高强混凝土高温后氯离子渗透性影响

通过5组外包不同厚度防火涂料的C80高强混凝土试块的高温后氯离子渗透试验,研究了氯离子渗透性随涂料厚度的变化情况.试验结果表明:当防火涂料厚度≥30mm时,高温后氯离子渗透性基本不变;当防火涂料厚度为20～25mm时,高温后氯离子渗透性低于常温C50混凝土;当防火涂料厚度为15mm时,高温后氯离子渗透性相对较高.综合考虑后认为,厚度20 mm的防火涂料可同时发挥抑制高强混凝土高温爆裂和降低高温后高强混凝土氯离子渗透性的双重作用.     

碳纤维布加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

正确评估FRP(Fiber Reinforced Polymer)加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响是确定FRP加固效果的重要问题之一.本文采用外加电流加速腐蚀法对96个预埋钢筋的试件进行腐蚀,腐蚀完成后横向包裹2层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究了碳纤维布加固、钢筋种类、保护层厚度及腐蚀率对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响规律,探讨了拉拔破坏机理.研究表明:(1)碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏;(2)钢筋种类、保护层厚度是影响钢筋峰值粘结强度的主要因素,螺纹钢筋试件的峰值粘结强度约为光圆钢筋的2倍;(3)当实际腐蚀率小于5%时,碳纤维布约束对提高钢筋峰值粘结强度作用较小,腐蚀试件峰值粘结强度与未腐蚀试件峰值粘结强度之比(简称比峰值粘结强度)提高约5%—7%,但碳纤维布约束使拉拔全曲线下降段变得平缓,粘结应力维持在较高的水平;(4)当实际腐蚀率大于5%时,腐蚀试件的峰值粘结强度随着腐蚀率增大逐步降低.     

高强混凝土受火后抗渗透性能衰减规律

为了对高温后混凝土材料的残余耐久性进行评价,研究了高强混凝土高温后渗透性能的变化.采用氯离子渗透系数、湿迁移渗透系数与空气渗透系数研究了氯离子、水与空气3种不同介质在受高温后混凝土中的传输行为,以及温度、强度等级、骨料种类对HSC高温后渗透性能的影响.试验结果表明:3种渗透系数都能很好地反映高强混凝土高温后渗透性变化;混凝土的受火温度升高,渗透系数增加;受相同温度作用后,高强混凝土与普通混凝土相比具有较低的渗透系数,高强混凝土高温后抗渗性衰减程度大于普通混凝土;以石灰岩为粗骨料的高强混凝土抗渗透性能优于玄武岩为粗骨料的高强混凝土.结合混凝土高温后抗压强度与渗透性能的变化对高温后混凝土材料的残余耐久性做出恰当评价.     

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.     

C80高强混凝土与变形钢筋的粘结滑移试验

通过改进的粘结滑移试验装置 ,获得直径为 10mm和 16mm的 2种变形钢筋分别与高强混凝土 (HSC)和钢纤维高强混凝土 (FRHSC)的粘结滑移关系曲线 .在分析曲线特点基础上 ,重新定义了初始滑移量 ,提出双直线式的粘结滑移关系替代曲线 ,计算并分析了初始粘结应力、极限粘结应力、粘结滑移与混凝土强度的关系     

保护层厚度对受拉与受压粘结强度的影响

针对不同混凝土保护层厚度,分别进行了12个拔出试验和18个推出试验,并对试验结果进行了对比与分析.结果表明：当保护层厚度较小时,无论是拔出试件还是推出试件,均发生劈裂破坏;当保护层厚度较大时,推出试件钢筋被缓缓推出,混凝土没有开裂;增加混凝土保护层厚度既可以提高钢筋的受拉粘结强度,也可以提高钢筋的受压粘结强度;混凝土保护层厚度在一定限值范围内对钢筋受拉粘结强度影响较大.     

钢与混凝土界面的基本物理参数测试

为定量了解组合梁中钢与混凝土界面上粘接力及摩擦系数等基本物理参数的大小,通过一系列试验测试了工程上常用的钢与混凝土界面涂装形式的黏结强度和摩擦系数.设计制作了16组试件测试钢与混凝土之间的抗剪黏结强度,考虑了试件界面尺寸效应、不同界面涂装形式及不同的法向压力的影响;设计制作了6组试件测试不同界面涂装形式下的钢与混凝土界面抗拉黏结强度;设计制作了6组试件测试了不同界面涂装形式下钢与混凝土界面的静、动摩擦系数.研究表明:界面尺寸效应对钢与混凝土界面的强度影响不大;界面涂装形式对界面的黏结强度影响较大,抗剪强度在0.04~0.28 MPa之间,抗拉强度在0.38~0.82 MPa之间,静摩擦系数在0.73~1.06之间,动摩擦系数在0.5~0.74之间;法向压力对界面的剪切黏结强度影响较大,且满足库仑摩擦模型.     

方钢管再生混凝土粘结滑移性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土的界面粘结滑移性能,利用废弃混凝土作为再生粗骨料制作了10根方钢管再生混凝土短柱试件,并对其进行推出试验研究,试验中考虑了混凝土强度等级、埋置长度和再生粗骨料取代率3个变化参数的影响,获取了方钢管和再生混凝土界面之间的荷载—滑移曲线,分析了各变化参数对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响。研究结果表明:方钢管再生混凝土荷载—滑移曲线大致经历了4个阶段,即无滑移阶段、应力上升阶段、应力突变阶段及应力下降阶段;取代率对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响较小,但埋置长度较小试件的起滑和极限粘结强度比埋置长度较大试件的大;混凝土强度对其二者影响较大。