植筋与开槽的新老混凝土结合面抗剪性能试验分析.pdf

2 0 1 2年 第 6期 (总 第 2 7 2 期 ) Nu mb 6 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE ORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 6 0 0 3 植筋与开槽的新老混凝土结合面抗剪性能试验分析 孙昊 。钱 永久 。 ( 1 长安大学 公路学院，陕西 西安 7 1 0 0 6 4 ；2 西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘要： 新老混凝土能够作为整体共同工作是结构加固的关键问题。 针对加固设计中经常出现植筋和开槽的技术比选问题， 设计了1 2 个 试件， 比较了植筋与开槽新老混凝土结合面的抗剪性能和破坏形式。 试验结果表明： 植筋试件破坏具有延性破坏的特征， 而开槽试件破坏 具有明显脆性破坏的特征， 新混凝土在开槽位置被剪断； 植筋试件的抗剪承载力明显高于开槽的处理方式。 因此， 在结构加固设计时建议 采用植筋的处 理方式 ， 同时应控制植筋深度和植筋间距。 关键词 ： 新老混凝土结 合面；植筋 ；开槽 ；抗剪承载力 ；破坏特征 ；试验 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 0 7 0 3 Tes t a na l ys i s of s he ar pe r f or ma nc e f or t he y oung- ol d c onc r e t e i nt e r f a c e be t we en bon ded r e ba r and gr oovi ng S U NHa o ， Q t A N Y o n g -j i u ( 1 S c h o o l o f Hi g h wa y ， C h a n g a n Un i v e r s i t y ， Xi a ll 7 1 0 0 6 4 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f C wflE n g i n e e r i n g ， S o u t h we s t J i a o t o n g Un i v e r s i ty， C h e n g d u6 1 0 0 3 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e y o u n g o l d c o n c r e t e c a n wo r k t o g e t h e r a s a wh o l e i s t h e k e y i s s u e o f s t r u c t ur a l s t r e n g t h e ni n g Ai mi n g a t the t e c h n i c a l s e le c t i o n p r o b l e m a p p e a r e d f r e q u e n t l y i n t he b rid g e s t r e ng t h e n i n g a b o u t t h e y o u ng o l d c o nc r e t e i n t e r f a c e tre a t me n t s b e t we e n b o n de d r e b a r a n d g r o o v i n g， 1 2 s p e c i me n s we r e d e s i g n e d t o c o mp are wi th the s h e a r p e rfo r ma n c e a n d f a i l u r e mo d e s o f t h e y o u n g o l d c o nc r e t e i n t e rfa c e T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t the f a i l u r e c h a r a c t e ris t i c s o fs pe c i me ns wh i c h e mb e d d e d s t e e l b a r s a r e d u c t i l e， b ut the f a i l ure c h ara c t e r i s t i c s o f s p e c i me ns wh i c h s l o t t e d a r e b r i t t l e an d t h e n e w c o n c r e t e i n s l o t p o s i t i o n we r e c ut o ffAn d t h e y o u n g - o l d c o n c r e t e i n t e rfa c e s h e ar s tre ng t h o f t h e s p e c i me n s wh i c h e mbe d d e d s t e e l bars wa s di s t i n c t l y s t r o n g e r tha n that o ft h e s l o t t e d s p e c i me n s S o， t h e t r e a t me n t o fb o n d e d r e b ar i s p r o p o s e d d u ring t h e s t r u c tur a l s t r e n g th e n i n g d e s i g n At t h e s a m e t i me， t h e d e p t h an d d i s t an c e o fthe b o nd e d r e b ar s h o u l d b e we l l c o n t r ol l e d K e ywo r d s ： y o u n g o l d c o n c r e t ein t e rfa c e ； b o n d e d r e b a r ； g r o o v i n g ； she ar c a r r y in g c a p a c i ty ； f a i l u re c h ara c t e r i s t i c ； t e s t 0 引言 新老混凝土结合面是加固结构的薄弱部位， 结合面的抗剪 性能好坏决定着结构加固的效果。 目前， 新老混凝土结合面的处 理方式可分为 3类 ： 老混凝土表面凿毛及涂刷界面剂； 老 混凝土表面开槽和表面凿毛相结合的处理方法 ； 老混凝土表 面植入钢筋和表面凿毛相结合的处理方法。 其中以开槽和植筋 两种处理方法应用较为广泛 ， 但两者各有优点和缺点 ， 在工程 加固设计方案的技术比选过程中经常会出现技术争议 ， 因此有 必要开展植筋与开槽两种新老混凝土结合面处理方法的比较 与分析方面的研究 。 1 结合面抗剪性能的试验设计 新老混凝土结合 面的处理是结构加固设计必须考虑的 问题。 关于新老混凝土结合面的处理方式及其性能的影响因 素， 国内外学者做了很多研究 m 】 。 本次新老混凝土结合面抗 剪性能试验共制作 1 2 个试件 ， 具体尺寸及结构相关参数见表 1 和图 1 。 为了不影响老混凝土内主筋的受力 ， 开槽深度的取为 25 mm 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 2 - 0 2 基金项 目：国家 自然科学基金 ( 5 0 9 7 8 2 2 1 ) 表 1 结合面抗剪性能试验试件设计参数 注 ： 界面处理情况为混凝土表面凿毛深度 4 5 mm， 并用高压水 清 洗 干净后再浇筑新混凝土。 新老混凝土的浇筑间隔时间为 1 2 0 d ， 所有试件均在 自然 条件下浇水养护 1 0 d ， 然后 自然养护直至试验。 由于试件剪切 破坏荷载相对较小， 本次试验通过压力传感器来精确测量所施 加的荷载大小。 试验加载采用逐步分级加载 ， 每级加载完成后 稳定 4 mi n ， 然后再进行下一级加载， 具体加载系统和加载程序 见图 2 、 3 所示。 试验过程中需要量测的数据及观察的内容有 ： 试件的新老混凝土结合面两侧混凝土和植入钢筋的电阻应 变片在每级荷载下的应变数据， 电阻应变片的数据采用电阻应 变仪 自动测量； 在每级荷载下都要仔细观察试件的裂缝开展 与发展的过程， 观察试件逐步破坏的过程及记录每个阶段的不 同形态特征 ， 同时记录试件的开裂荷载 和破坏荷载。 1 3 0 1 5 3 0 I l 5 8 3 0 。 l 5 3 0 。 1 5 3 0 l 1 5 ( e ) NJ 一 5( t 3 N J 一 6 图 1 新老混凝 土结合面不同处理方法图示 ( 单位 ： c m) o 图 2 试件加载装置 图 3 试件加载程序 注： P为计算破坏荷载标准数。 2 结合面抗剪性能的试验分析与比较 2 1 试件的破坏过程及特征 综合试件的试验过程 ， 所有试件从开始加载到最终破坏都 经历了 3个基本阶段， 即弹性受力阶段、 开裂工作阶段和逐渐 破坏阶段。 对于植筋试件 ， 当试验荷载较小时， 荷载与混凝土和 钢筋的应变基本上呈线性关系变化； 当试验荷载达到开裂荷载 时， 首先在新老混凝土结合面处出现细小的竖向裂缝 ， 随着荷 载的进一步增加， 竖向裂缝宽度逐渐增大到0 5 i n l n左右， 试块 间开始出现相对位移； 当试验荷载接近破坏荷载时 ， 试块问相 对位移进一步增大， 但是破坏后的试件由于植入钢筋的缘故新 老混凝土试块并没有分离。 从试件破坏的特征来看， 无论植入钢 筋的深度和间距如何， 试件的破坏都是新老混凝土结合面的黏 结强度先丧失， 而后由植入钢筋单独承受剪切荷载， 试件不会 发生突然的胎陡破坏。 对于开槽试件， 当试验荷载较小时， 荷载 与混凝土和钢筋的应变基本上呈线性关系变化； 当试验荷载达 到开裂荷载时， 首先在新老混凝土结合面处出现细小的竖向宽 度大致在 0 1 I n l T l 左右裂缝 ； 随着荷载的进一步增加， 混凝土应 变增加比较快 ， 竖向裂缝进一步加宽； 当试验荷载接近破坏荷 一 ， _-叫 T ， 上 T _ _ _ 一 上 T 卜 _ 一 卜 + _ 一 T 一 ， 。 。 ， ， 。 。 ， 。 。 。 。 。 ， 。 。 。 ， 由表 6 可知， 设计孔隙率 1 5 时， 随着石子粒径的增大， 透 水系数增大 ， 2 8 d抗压强度降低 ； 2 3 6 5 mm石子和 5 1 0 mm 的石子透水系数和抗压强度都比较接近， 而 5 1 6 m m的石子透 水系数明显增大， 抗压强度明显下降 ， 因为石子粒径增大后， 贯 通孔隙率增大， 使得透水系数增大， 透水性混凝土受力时通过 集料之间的胶结点传递力的作用 ， 当集料承受较小的荷载时， 其接触点的应力可达到非常大的值， 因此其破坏特征是集料颗 粒之间的连接点处破坏， 粒径较大的石子胶结点减少 ， 所以更 容易破坏， 抗压强度降低。 2 4 硅灰的掺量的研 究 设计孔隙率 1 5 ， 石子粒径 5 1 0 r n r f l ， 硅灰内掺 5 ， 粉煤 灰掺量 1 0 ， 水灰比取 0 , 3 ， 减水剂掺量为 1 2 ， 振动 1 0 s 成 型， 研究硅灰掺量对试样性能的影响( 见表 7 ) 。 表 7 硅灰掺量对透水混凝土性能的影响 由表 7可知 ， 硅灰的掺人具有很好的增强作用 ， 但硅灰的 掺入量并不是越大越好， 因为硅灰的掺入使得本来干硬性的多 孔透水混凝土拌合物浆体变得黏稠， 拌合物剩余浆体减少， 直至 搅拌发生困难， 这使多孔透水混凝土的孔隙率与透水系数下降， 同时影响混凝土的成型， 使其抗压强度下降， 对本次试验来讲 ， 硅灰添加量为 5 时 ， 增强效果最佳。 3结 论 比较了插捣、 振动、 加重物振动和加压成型制备试样， 其中 上接第 9页 4 】赵志方罚老混凝土黏结机理和测试方法 D I 大连： 大连理工大学， 1 9 9 8 【 5 高剑平， 潘景龙， 王雨光 不同界面剂对新旧混凝土黏结强度影响的 试验研 J 1 哈尔滨建筑大学学报， 2 0 0 1 ， 3 4 ( 5 ) ： 2 5 2 9 【 6 廖卫东， 水中和， 秦明强， 等 桥涵结构补强中新旧混凝土结合状态 研究【 J 1 _ 武汉理工大学学报， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 1 2 ) ： 9 2 9 4 【 7 B RU C E S B o n d i n g n e w c o n c r e t e t o o l d J C o n c r e t e C o n s t r u c t i o n ， 1 9 8 8 ( 7 ) ： 6 7 6 6 8 0 【 8 G i u r g i u t i u ， L y o n s ， J P e t r o u ， e t a 1 F r a c t u r e me c h a n i c s t e s t i n g o f t h e b o n d b e t we e n c o mp o s i t e o v e r l a y s a n d a c o n c r e t e s u b s t r a t e J J o u r n a l o f A d h e s i b n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 1 ， 1 5 ( 1 1 ) ： 1 3 5 1 3 7 1 9 】L I G e n g - y i n g A n e w w a y t o i n c r e a s e t h e l o n g t e r m b o n d s t r e n g t h of 上接第 1 2页 研究 J 水利学报， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 8 ) ： 9 6 9 9 7 5 【 8 王振红 ， 朱岳明， 李飞， 等墩墙混凝土结构施工期温控防裂f J 1 _辽宁 工程技术大学学报： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 2 ) ： 2 2 7 2 2 9 【 9 】 曹为民。 吴健。 闪黎 水闸闸墩温度场及应力场仿真分析【 J 1 河海大学 学报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 5 ) ： 4 8 2 5 2 1 0 】 陈守开， 吉顺 页 文 泵送混凝土结构施工期温控防裂研究 J 】 水力发电， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 2 ) ： 2 9 3 3 【 1 l 】 张子明， 郭兴文， 杜荣强 水化热引起的大体积混凝土墙应力与开裂 1 6 振动成型和压制成型试样孔隙率满足设计孔隙率要求， 透水系 数大于 0 5 mm s ， 抗压强度较高， 其 2 8 d强度大于 3 0 MP a ， 可 满足轻型车道要求。 设计孔隙率对试样性能影响较大， 当设计孔隙率 1 5 时 ， 其透水系数和抗压强度均符合标准要求， 低于 1 5 时其透水系 数较低， 而高于 1 5 时， 其抗压强度无法达到要求。 石子粒径对试 样性能影响较 大 ， 石 子粒径越大 ， 透水 系数 越大 ， 抗压强度越小 ， 当石子粒径增大到 5 1 6 ra i n时， 其抗压强 度大幅度降低。 硅灰的掺入可明显提高透水混凝土的强度 ， 掺量 5 时较 未掺硅灰试样其 2 8 d抗压强度提高了2 7 ， 继续增加掺量强度 反而下降。 参考文献 ： 1杨善顺环境友好I性混凝土一透水混凝土【 J 】 _广东建材， 2004( 1 O ) 【 2 2 陈娟 透水混凝土配合比设计及其性能的试验研究 D 】 杭州 ： 浙江工 业大学， 2 0 0 6 【 3 3 金伟良， 赵羽习 混凝土结构耐久性【 M 北京： 科学出版社， 2 0 0 2 4 陈志山 用于水污染治理的生态t 昆 凝土技术f J 1 _建筑材料学报， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 6 0 - 6 4 【 5 】 向东城市地面硬化的危害与防治【 J J _ 山西建筑， 2 0 0 3 ， 2 9 ( 1 3 ) ： 1 2 4 1 2 5 6 】6 王波， 霍亮， 高建明透水性地砖蒸发降温试验研究 J 1 四J l I 建筑科学 研究 ， 2 0 0 4 ( 1 ) 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 付放华 ( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 主要从事建筑材 料研究 。 江苏省镇江市檀山路 8 号 江苏镇江建科学研究院集团有 限公司( 2 1 2 0 0 4 ) 1 5 8 5 O 4 5 4 5 40 n e w t o o l d c o n c r e t e b y t h e u s e o f fl y a s h j C e me n t a n d C o n c r e t e R e - s e a r c h， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 6 ) ： 7 9 9 8 0 6 【 1 0 V AY S B U R D A M， S A B NI S G ME mm o n s ， e t a 1 I n t e r f a e i a l b o n d a n d s lt l r f a c e p r e p a r a t i o n i n c o n c r e t e r e p a i r J 】 I n d i a n C o n c r e t e J o u rna l ， 2 0 0 1 ， 7 5 ( 1 ) ： 2 7 3 4 作者简介 ： 联 系地址 ： 联系电话 孙昊( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 博士， 讲师 ， 主要从事桥梁结构分析与加 固设计。 西安市南二环路中段 长安大学公路学院桥梁工程 系 ( 7 1 0 0 6 4 ) 1 3 5 7 2 9 8 8 6 8 2 分析【 J 】 河海大学学报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 5 ) ： 1 2 1 6 1 2 1 有志， 朱岳明， 张国新基于现场试验的墩墙混凝土真实温度应力 性态及开裂机理分析 J 水力发电学报， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 5 ) ： 4 7 5 2 作者简介 联系地址 联 系电话 陈守开( 1 9 8 o _ ) ， 男， 讲师， 博士， 主要从事水工结掏仿真研究。 河南省郑州市北环路 3 6 号 华北水利水电学院水利学院 ( 4 5 0 0 1 1 ) 1 5 0 3 81 0 6 0 51