连载丨超高性能混凝土与不同钢筋粘结性能研究（1）

超高性能混凝土展现着超高的力学性能、延性和耐久性等独特的优势，已经成功应用于桥梁、高层建筑、核电站等大型建筑中。钢筋混凝土结构是钢筋和混凝土两种材料的组合，利用两者的优势，使钢筋混凝土结构能够很好地承受各种荷载工况的作用。钢筋和混凝土是两种不同的材料，能够共同工作并能有效承受外部荷载。除了两者线膨胀系数相近以外，另一个重要原因是两者之间具有很好的粘结作用，能够协调变形，共同受力。但钢筋的种类也很多，光圆钢筋是用于钢筋混凝土和预应力混凝土结构的配筋，是工程结构中使用量最大的钢筋品种之一。

HRB600钢筋是一种新型热轧带肋钢筋，具有较高的强度和良好的延性，工程中采用HRB600钢筋呈现出节省钢筋用量、方便钢筋布置等优点；HRB500钢筋在强度、延性、耐高温、低温性能、抗震性能和疲劳性能等方面都有很大的提升，在高层、超高层建

筑、大跨度桥梁等高标准建筑工程中得到了良好的应用，目前在超高性能混凝土中的研究较多；HRB400在现代建筑的应用量已经占到相当的比例，在框架结构中梁钢筋的使用量占总工程的36%，在混凝土板中的使用量占总工程量的18%，主要应用是结合普通混凝土应用，比较经济、节省材料、提高强度。不同种类的钢筋与混凝土的粘结机理和粘结性能不同，值得探究。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

（1）混凝土。混凝土采用超高性能混凝土，主要包括52.5普通硅酸盐水泥、硅灰、石英砂、玻璃砂、石英粉、钢纤维、水和减水剂，材料的化学成分和物理特性不变，粒径分布也相同，钢纤维和高效减水剂均由同一厂家提供。

（2）钢筋。采用多种不同的钢筋，具体包括HRB600、HRB500、HRB400和光圆钢筋等，对于钢筋进行了拉拔试验（图1），得到钢筋的一些基本性能指标，通过与厂家提供的指标进行对比，检验钢筋是否达标及钢筋的性能问题带给试验的误差。

图1 拉拔试验

（a）加载；（b）拉断

1.2 配合比设计

本次研究水胶比为0.19，钢纤维体积掺量为2%，玻璃砂替换率确定为50%。试验原材料配合比见表1。

表1 混凝土配合比设计kg/m³

1.3 试件制作与养护

为使混凝土结构均匀，避免钢纤维结团，所有混凝土混合料均采用搅拌机进行搅拌。首先将水泥、硅灰、骨料、石英粉等干燥组分按表1所列混合料的配合比倒入搅拌机内，低速搅拌3min后准备加入水和减水剂；然后在一半用量的水中稀释一半用量的减水剂，在2min内逐渐加入，在下一个2min的搅拌过程中逐渐加入其余的水和减水剂；最后缓慢加入钢纤维，继续搅拌8min，直至纤维均匀分布。

拌和结束时，采用坍落度试验测定混凝土拌合物的工作性能，以表征其和易性。同时，将新鲜的混合料浇筑到安装好的钢筋模具中，在20℃和95%RH下放置24h，然后在20℃和95%RH的标准养护室中脱模养护至28d，每次试验制备3份重复样品，并以相应的平均值作为代表值。

1.4 拉拔试验

根据试验标准GB/T50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行中心拉拔试验。混凝土棱柱试件尺寸为150mm×150mm×150mm。钢筋全部采用全埋深150mm，钢筋全长50cm。通过使用1000kN的万能试验机在设计的钢架上进行拉拔试验。钢筋受力端在位移控制下承受单调拉伸荷载。在钢筋的自由端安装千分表，测量记录钢筋的滑移量。

2　不同强度钢筋与超高性能混凝土粘结滑移性能对比分析

2.1 试验结果

本试验通过控制变量法研究不同强度钢筋与超高性能混凝土的粘结性能，保持3种强度钢筋的直径（22mm）、埋深（150mm）、总长度（50cm）相同，试验加载方式（应力控制和位移控制）和加载速率（2MPa/s和2mm/min）一致，通过3组共9个试件的拉拔试验，得到的试验结果见表2。

表2 不同强度钢筋拉拔试验结果

2.2 粘结滑移曲线

通过对每组试件数据进行处理，将荷载按照公式（1）换算为粘结强度，并将千分表读取的自由端钢筋滑移量和粘结强度对应起来，绘制每个试件的粘结滑移曲线，结果如图2~图4所示。

图2 HRB 600的粘结滑移曲线

图3 HRB 500的粘结滑移曲线

图4 HRB 400的粘结滑移曲线

（1）HRB600钢筋。图2为HRB600试验组3个试件的粘结滑移曲线，发现最大荷载相差不大，即图中的粘结强度相差2~3MPa左右，滑移量也各不相同，主要取决于试件自身的因素，与荷载相关，但不是完全对应的关系，曲线下降段的斜率也有差异。曲线整体趋势相同，同时将粘结滑移曲线分为微滑移段、滑移段、加速滑移段和下降段4个阶段。

（2）HRB500钢筋。图3为HRB500试验组3个试件的粘结滑移曲线，发现试件1和试件2曲线整体趋势相同，可以将粘结滑移曲线分为微滑移段、滑移段、加速滑移段和下降段4个阶段，在最大粘结强度和滑移量等稍有不同。

（3）HRB400钢筋。图4为HR4600试验组3个试件的粘结滑移曲线，发现最大荷载相差不大，即图4中的粘结强度相差2~3MPa左右，滑移量也各不相同，主要取决于试件自身的因素，与荷载相关，但不是完全对应的关系，曲线下降段的形状各异。