连载丨超高性能混凝土与不同钢筋粘结性能研究（2）

2.3 粘结性能对比分析

根据上述粘结滑移曲线分析，在每组中选取1个试件进行对比分析，选取试件分别为HRB 600–1、HRB 500–2和HRB 400–1。在以钢筋滑移量为横坐标、以换算的粘结强度为纵坐标的坐标系中进行对比，结果如图5所示。

（a）

（b）

图5 每组试件对比

（a）粘结滑移曲线对比；（b）时间–滑移量曲线对比

从图5可以看出，3种不同强度等级钢筋与超高性能混凝土的粘结滑移曲线和时间–滑移量曲线形状相似，说明粘结机理相同，粘结滑移过程相似，但也有很多不同。

（1）钢筋强度等级越高，极限荷载越大，即粘结强度越高。因为钢筋强度越高，其屈服强度就越高，在与超高性能混凝土的粘结滑移过程中，由于超高性能混凝土的强度比普通混凝土高得多，粘结力也会提高很多，在中心拉拔试验中，每组试验钢筋都超过了屈服阶段，而强度低的钢筋会先进入屈服阶段，进入屈服阶段后，钢筋不再是弹性，发生塑性形变，极限荷载也随之提前到来，混凝土发生劈裂破坏，最终导致极限粘结强度的差异。

（2）钢筋强度等级越高，其滑移量越大。因为钢筋强度带来的极限荷载增大，在到达极限荷载后，强度更高的钢筋和混凝土之间的粘结力更高，在混凝土破坏过程中会变慢。也就是说，混凝土从极限荷载衰减的时间更长，这个过程滑移量会更大。

（3）钢筋强度等级越高，粘结滑移时间越长。是因为钢筋屈服强度越高，进入屈服阶段的时间更晚，而且在极限荷载后的衰减时间也更长，合起来粘结滑移的时间更长。

综上对比分析，HRB 600钢筋在粘结性能上和超高性能混凝土的粘结时间更长，且在加速滑移后也能和混凝土协同作用更长时间，能够使混凝土和钢筋二者更好地发挥协同受力作用。

3　不同构造钢筋与超高性能混凝土粘结滑移性能对比分析

3.1 试验结果

试验通过控制变量法研究不同构造钢筋与超高性能混凝土的粘结性能，保持3种强度的钢筋的直径（22 mm）、埋深（150 mm）、总长度（50 cm）相同，试验加载方式（应力控制和位移控制）和加载速率（2 MPa/s和2 mm/min）一致，通过2组共6个试件的拉拔试验，得到的试验结果见表3。

表3 不同构造钢筋拉拔试验结果

3.2 粘结滑移曲线

（1）带肋钢筋。带肋钢筋HRB 600钢筋试验组3个试件的粘结滑移曲线如图2所示，发现最大荷载相差不大，即图中的粘结强度相差2~3 MPa，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4个阶段，即微滑移段、滑移段、加速滑移段和下降段。

（2）光圆钢筋。图6为光圆钢筋试验组3个试件的粘结滑移曲线。

图6 光圆钢筋的粘结滑移曲线

由图6发现，曲线形状完全相同，极限荷载不相同，主要取决于混凝土试件自身的影响因素。将粘结滑移曲线分为3个阶段，即微滑移段、滑移段和下降段。1）微滑移段是试验开始加载到钢筋产生0.001 mm滑移量，粘结滑移曲线这一段是和x轴垂直的。根据混凝土的配合比不同，导致混凝土的强度不同，所以这段的分界点即起始滑移时间和起始滑移荷载都各不相同。这一阶段钢筋和混凝土的粘结力主要有摩擦力和化学附着力组成，混凝土基本没有裂缝产生。2）滑移段是钢筋开始滑移到到达极限荷载之前，粘结滑移曲线在这一段是近似的直线段。开始滑移后初期，滑移速度较慢，这一段的滑移量基本都在1 mm以内，滑移时间较长，因为持续到荷载几乎快达到极限荷载值。这一段主要是钢筋和混凝土之间的摩擦力。3）下降段是到达极限荷载后开始卸载到试验停止时间，粘结滑移曲线这一段几乎是规则的斜向下曲线。这段持续时间很长，并且滑移量很大，如果不手动停止，整个钢筋可以完全拔出混凝土。达到极限荷载后，混凝土有小裂缝产生，但无大裂缝产生，整个试验结束，混凝土没有发生劈裂破坏。

3.3 粘结性能对比分析

根据粘结滑移曲线分析（图6），在每组中选取1个试件进行对比分析，选取试件HRB 600–1和光圆–2，同时以钢筋滑移量为横坐标，以换算的粘结强度为纵坐标的坐标系中进行对比，如图7所示。

（a）

（b）

图7 每组试件对比

（a）粘结滑移曲线对比；（b）时间–滑移量曲线对比

从图7可以看出，两种不同构造钢筋与超高性能混凝土的粘结滑移曲线在形状、滑移时间、极限荷载、粘结机理等不同。

（1）粘结机理不同。带肋钢筋与混凝土之间有化学胶着力、摩擦力和机械咬合力，光圆钢筋和混凝土只有化学胶着力和摩擦力，因为它们之间的区别是有无肋，带肋钢筋因为横肋的存在，在滑移开始后靠机械咬合力继续保持和混凝土的粘结。光圆钢筋在摩擦力减小后，开始快速滑移。

（2）粘结强度不同。带肋钢筋粘结强度比光圆钢筋高得多，因为带肋钢筋存在的横肋使得能和混凝土靠着咬合力抵抗外力，大幅提高了粘结强度，比光圆钢筋提高了1倍多。

（3）滑移量不同。带肋钢筋在滑移开始后，滑移速度较慢，达到极限荷载后开始下降，下降到一定值后，混凝土发生劈裂破坏，由于其横肋使滑移过程中混凝土发生劈裂。光圆钢筋在到达极限荷载后荷载一直不停下降，直到钢筋完全拔出混凝土为止。

（4）粘结时间不同。由于带肋钢筋和混凝土存在机械咬合力，抵抗滑移的能力更强，抵抗滑移的时间更久。光圆钢筋到达极限荷载后，抵抗滑移能力极弱，钢筋快速滑移，抵抗滑移时间较短。

综上对比分析所述，带肋钢筋在粘结性能上更好，与混凝土的粘结时间更长，且在加速滑移后也能和混凝土作用更长的时间，使超高性能混凝土更好地与钢筋二者发挥作用。

4 结论 

通过4组粘结滑移试验，研究不同强度钢筋和不同构造钢筋与超高性能混凝土的粘结机理，得出以下结论。（1）超高性能混凝土与不同钢筋的试验构件破坏模式，几乎所有带肋钢筋发生的是劈拉破坏，所有光圆钢筋发生的是拔出破坏。（2）不同强度带肋钢筋粘结滑移曲线相似，可以分为微滑移段、滑移段、加速滑移段和下降段4个阶段，但在极限荷载、最大粘结强度、滑移量、滑移时间等特征参数上各不相同。（3）光圆钢筋和带肋钢筋与超高性能混凝土的粘结机理不同。光圆钢筋和混凝土之间不存在机械咬合力，粘结滑移曲线差别很大，二者在极限荷载、滑移量都有很大区别。

（本文已完结）