再生混凝土界面粘结滑移性能

分类：建筑工程论文发表 时间：2019-10-23 10:14 关注：(1)

　　型钢与混凝土组合结构作为新型建筑结构，在当今工程建设项目中应用广泛。近年来，随着我国基础建设的飞速发展，拆除旧建筑物产生的混凝土废料越来越多。再生混凝土材料的广泛应用，有效的缓解了日益建筑垃圾增加的问题，同时减少了对自然界矿物资源的开采，降低了能耗。型钢与混凝土之间是否具有很强的粘结性能，是决定型钢与再生混凝土组合结构是否能发挥出承载力强、抗变形能力大、结构刚度大以及抗震性能好等特性的关键因素，因此，研究型钢与混凝土两者界面间的粘结滑移性能具有深远的科学和工程意义，同时也具有一定的经济价值。

　　关键词：再生混凝土;型钢;界面粘结;滑移性能

　　1概述

　　型钢-再生混凝土组合结构，是将型钢与再生混凝土浇筑组成的新型构件，具有两者结合的优异性能。应用在建筑工程的结构时，为了使型钢-与再生混凝土之间紧密的粘结，在结构构造中还会配置一定量的箍筋和纵向钢筋。目前再生混凝土的制备技术已经能够使建筑垃圾中的混凝土废料经过加工后，达到粗骨料的使用要求，形成新的再生混凝土材料，从而减少了在建筑工程中天然矿石的使用量，节约了资源[4]，同时有效解决了当今建筑垃圾混凝土废料日益增多的问题，目前政府大力提倡使用再生混凝土建筑材料，在我国的部分地区，政府甚至要求所有的政府项目都使用再生混凝土材料。所以型钢-再生混凝土结构的使用，具有良好的社会意义和经济价值。如何更好的让型钢-再生混凝土发挥整体工作性能，从而充分发挥型钢-再生混凝土结构的工程特点，首先要深入研究两者组合界面之间的粘结滑移性。

　　2型钢-混凝土界面粘结滑移性能研究现状

　　如今大量的研究表明，型钢与混凝土结构界面的粘结滑移性能的主要影响因素包括：组合结构混凝土保护层厚度、混凝土本身的材质强度、型钢的表面构造、组合结构构件的横向配筋率、以及组合结构两者之间的锚固长度[5]。孙国良、杨勇、李幕等通过试验研究表明混凝土强度将会直接影响界面粘结滑移性能，并得出公式表示两者之间的关系。Charles研究者认为混凝土保护层对型钢起到了良好的约束保护作用，在合理的保护层厚度内，随着保护层厚度的增加，两者之间的紧密性越好，两者间的界面粘结性越强，当保护层厚度达到临界厚度后，两者之间的粘结性，达到稳定点。孙国良、杨勇提出型钢的表面状况与界面粘结力影响有重要关系，型钢表面的结构状况直接影响界面粘结力的大小，试验表明表面做成粗糙面的型钢与混凝土结构界面粘结力有明显的提升。研究分析认为构件的箍筋配箍率和型钢表面的粗糙度对粘结性能的影响比较大所以对型钢表面进行粗糙处理，可以有效地提高型钢与混凝土界面之间的粘结强度。

　　3型钢-再生混凝土界面粘结滑移试验研究

　　型钢-再生混凝土之间的粘结力为型钢表面与再生混凝土界面的粘结应力与接触面面积的乘积，用公式F=τS表示，只要获取型钢埋置位置的粘结应力，就能求出粘结力。对于应力的求解，运用应变的变化测量计算得出，对于试验应变的测量，通常采用将应变片内贴到型钢开槽内，测量试件在试验受力下型钢沿锚固长度变化的黏结应力。型钢-再生混凝土试件拉拔试验过程，在加载初期试件的滑移量非常小，荷载增加到一定程度，在试件的加载端首先出现滑移接着才在试件上出现裂缝。在试验中滑移产生的主裂缝基本出现在试件浇筑的底面，因为试件的制备采用了振动捣实，在底部存在的粗骨料比较多，水泥浆比较少，混凝土试块结构的强度和上部相比就比较低，这里将是试件最容易破裂的地方，同时试件的裂缝由型钢翼缘肢尖和腹板为起点向外发展的，裂缝的形成原因与荷载的大小、混凝土对型钢的保护层厚度、以及箍筋配筋率相关[2]。型钢表面的混凝土保护层和箍筋起到了良好的约束，减缓型钢缘肢尖和腹板向外开裂形成的裂缝。当试件受到荷载达到一定强度时试件表面产生的裂缝开始扩展，这时试件的每个侧面都会有裂缝的产生，在试件的两个端面，型钢翼缘肢尖和腹板向外开展形成的裂缝开裂比较明显，容易出现贯穿裂缝。型钢-再生混凝土的界面粘结力主要由三个方面组成：①型钢与再生混凝土之间的化学粘结力;②型钢与再生混凝土之间的摩擦力;③型钢表面纹路与再生混凝土之间形成的机械咬合力。在受到外力的作用下型钢-再生混凝土界面之间产生较小位移时它们之间的的化学粘结力就会受到破坏，界面之间的化学粘结力相对较小，组合结构的机械咬合力主要由型钢表面的粗糙程度与再生混凝土的抗剪强度有关，研究分析出型钢与再生混凝土的摩擦力主要由于摩擦系数和压力呈现正相关，其中摩擦系数主要与材料本身相关同时受到材料表面构造的影响。在型钢与再生混凝土发生相对滑动位移之前，主要受到化学粘结力和机械咬合力的作用，在型钢与再生混凝土发生相对位移后两者之间的相对滑移主要受到摩擦力的影响，图1-1就是典型的荷载滑移曲线。根据试验的荷载加载得出试验数据形成特征典型的荷载滑移曲线[15]，该曲线图主要分为四个阶段，一阶段两种材料间的化学粘结段OA、第二阶段是发生相对滑移段AB、第三阶段是摩擦力段BC、第四阶段是曲线下降段CD。当型钢-再生混凝土试件所受荷载比较小时，型钢与再生混凝土之间没有明显的滑移，此时界面间受到的力主要是化学胶结力起到粘结作用，当型钢与再生混凝土组合结构界面出现相对滑移，两者间的化学胶结力就没有了，界面间的粘结作用由两者之间的机械咬合力提供，同时咬合力的磨损，界面的粘结力转向摩擦力来承担[3]，曲线达到转折点后，界面间的粘结力基本完全破坏。结束语现有的型钢-再生混凝土界面粘结性能的研究，主要考虑研究试验中混凝土的强度等级、组合结构中对型钢的保护层厚度、结构中型钢埋置的深度、横向箍筋的配筋率、型钢表面结构形态、以及型钢与混凝土组合结构的锚固长度等因素。然而，在研究中很难做到对各方面影响因素的全面分析。型钢-再生混凝土组合结构内部受力状态复杂，目前对型钢-再生混凝土结构本身的节点性能研究还比较少，缺少在实际工程应用中对型钢-再生混凝土结构的梁、柱以及节点的考虑。现有的试验基本没有考虑温度和应力耦合性对结构的影响，在今后还需要更多的研究。

　　参考文献

　　[1]刘坚,吴城斌,毛捷,李高辉,任达.钢管型钢再生混凝土柱钢梁框架-混凝土核心筒结构抗震性能研究[J].混凝土,2018(8):1-5.

　　[2]薛建阳,罗峥,翟磊,黄小刚,高亮.型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌体墙混合结构协同工作机制研究[J].应用基础与工程科学学报,2018,26(5):1041-1054.

　　[3]孙书伟.型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架边节点受力性能研究[D].西安：西安理工大学,2018.

　　[4]陈晓娜.全取代率下型钢再生混凝土粘结滑移性能试验研究[D].西安：西安建筑科技大学,2018.

　　[5]白国良,尹玉光,刘超,韩玉岩.型钢再生混凝土黏结滑移性能试验分析[J].建筑结构学报,2016,37(S2):135-142.

　　[6]杨卓强,刘元珍.型钢再生混凝土界面粘结滑移试验研究[J].新型建筑材料,2018,45(6):16-20.

　　[7]郑惠铭,杨健,王宇轩,张健,李迎珠.型钢混凝土粘结滑移性能研究综述[J].山西建筑,2018,44(32):59-61.

　　作者：孟凡冰 谢明 冯威 单位：西京学院