超高性能混凝土与不同钢筋粘结性能研究.pdf
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1、 建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 19 期 2023 年 10 月Vol.54 No.19 Oct.20232336超高性能混凝土与不同钢筋粘结性能研究杏 剑(北京建工新型建材科技股份有限公司,100015,北京)摘要:钢筋与混凝土之间的粘结强度是保证两者能够共同工作、协同变形的基础,超高性能混凝土具有超高的力学性能、延性和耐久性,工程使用的钢筋种类越来越多,研究超高性能混凝土与不同钢筋的粘结性能具有深远意义。本文研究了不同强度(HRB 600、HRB 500、HRB 400)和不同构造(带肋钢筋、光圆钢筋)钢筋与超高性能混凝土的粘结机理,对比分析
2、了它们和超高性能混凝土之间的粘结性能。关键词:超高性能混凝土;带肋钢筋;光圆钢筋;粘结性能中图分类号:TU 5 文献标志码:A 文章编号:10004726(2023)19233605RESEARCH ON THE BONDING PERFORMANCE OF ULTRA-HIGH-PERFORMANCE CONCRETE AND DIFFERENT STEEL BARSXING Jian(Beijing Construction Engineering New Building Materials Technology Co.,Ltd.,100015,Beijing,China)Abstrac
3、t:The bonding strength between steel bars and concrete is a basis for simultaneous action and deformation coordination.Ultra-high-performance concrete has ultra-high mechanical properties,ductility and durability.More and more steel bars are applied in engineering.Therefore,research on the bonding p
4、erformance of ultra-high-performance concrete and steel bars is of far-reaching significance.The mechanism of bonding between steel bars with different strengths(HRB 600,HRB 500 and HRB 400)and structures(ribbed steel bars and round steel bars)and ultra-high-performance concrete was studied,and the
5、bonding strength between them was compared and analyzed.Keywords:ultra-high-performance concrete;ribbed steel bar;round steel bar;bonding performance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。钢筋表 4 性能试验结果等级坍落度及扩展度/mm28d 抗压强度/MPa渗水高度
6、/mmC 30230/62046.120.9C 35235/63048.617.6C 40220/60055.715.0C 45225/61059.910.3C 50240/62065.38.6展绿色生态经济的理念,对保护环境和节约资源具有重要的意义。3 结论(1)方案 1,当掺入 5%的加密硅灰,水泥在总胶材中用量降低 10%时,混凝土前 60 d 龄期的抗压强度增长较慢,至 90 d 龄期时抗压强度才超过方案 2 及空白组中相应混凝土的抗压强度。(2)方案 2,当加密硅灰内掺 5%,水泥在自身用量的基础上降低 10%时,制备的 C 30C 60 各强度等级混凝土,其早期抗压强度增长较快,2
7、8 d 后抗压强度增长相对较慢,7 d、28 d、60 d 抗压强度均大于方案 1 中相应混凝土的抗压强度。(3)在方案 1 和方案 2 中,掺入加密硅灰混凝土抗水渗透性能与空白组混凝土基本相当,且随着混凝土强度等级增大,混凝土抗水渗透能力逐渐提高。(4)在实际工程应用中,参考方案 2 确定了施工配合,取得了良好的效益。参考文献1 何小芳,卢军太,李小楠,等.硅灰对混凝土性能影响的研究进展J.硅酸盐通报,2013,32(3):423428.2 李信贵.论硅灰的特性及其在工程中的应用 J.建筑技术,2014,45(S1):5053.3 张波.不同形态硅灰在高强混凝土中的作用机理 D.北京:清华大
8、学,2015.收稿日期:20230623作者简介:杏 剑(1993),男,甘 肃 庆 阳 人,硕 士,e-mail:1813649942qq.Com.2023 年 10 月2337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。HRB 600 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 HRB 600 钢筋呈现出节省钢筋用量、方便钢筋布置等优点;HRB 50
9、0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;HRB 400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
10、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HRB 600、HRB 500、HRB 400 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。(b)(a)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项目配合比水泥850硅灰195.5石英砂467.5玻璃砂467.5石英粉3
11、31.5钢纤维/2%148.75(13 mm)水161.5减水剂42.51.3 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 3 min 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 2 min 内逐渐加入,在下一个 2 min 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 8 min,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,
12、在 20 和 95%RH下放置 24 h,然后在 20 和 95%RH 的标准养护室中脱模养护至 28 d,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/T 500812019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 150 mm150 mm150 mm。钢筋全部采用全埋深 150 mm,钢筋全长 50 cm。通过使用 1 000 kN 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。钢筋与混凝土之间的平均粘结应力可通过式(1)计算:Fd
13、l=(1)式中:为平均粘结应力;F 为钢筋上施加的力;d 为钢筋的直径;l 为钢筋的埋置深度(粘结长度)。杏剑:超高性能混凝土与不同钢筋粘结性能研究建 筑 技 术第 54 卷第 19 期23382 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(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 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
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