钢筋与混凝土的粘结 06钢筋与混凝土的粘结

　　摘 要 在阐述钢筋与混凝土的粘结作用的原理的基础上对钢筋与混凝土的在不同组合和不同条件下的粘结特性进行了分析。 　　关键词 钢筋；混凝土；粘结作用 　　
　　我国混凝土用钢筋的生产经历了三个阶段:五、六十年代仿前苏联生产光面等高肋钢筋(螺纹、人字纹)以及钢绞线(七股) ；七、八十年代开发低合金钢筋及冷加工钢筋，生产月牙肋钢筋并发展冷拉钢筋及冷拔钢丝；九十年代以来采用国际标准生产各种中高强钢丝钢绞线，并扩大冷加工钢筋的范围(如冷轧带肋、冷轧扭螺旋肋钢筋等) 。总体来说，我国混凝土结构用钢筋经历了由低强度向高强度发展的历程。
　　1.钢筋与混凝土的粘结作用
　　1.1 粘结原理
　　钢筋混凝土是混凝土最重要的结构形式，钢筋和混凝土这两种在组成、结构和力学性能上迥然不同的材料能够共同工作，除了它们具有相近的线膨胀系数外，还有一个重要的原因，就是它们之间能良好地粘结。混凝土―钢筋粘结强度是确定钢筋混凝土中受拉钢筋锚固长度的一个重要技术参数，也是影响钢纤维混凝土增强、增韧、阻裂性能的重要因素。
　　钢筋与混凝土之间的粘结作用一般分为三种：附着粘结、摩擦粘结以及剪切粘结。附着粘结是指在钢筋和混凝土之间由于存在着附着力或毛细力而存在着粘附作用。这种粘附作用或附着作用取决于钢筋表面的粗糙度和清洁度，单是这种附着作用不足以形成良好的粘结，而且在钢筋产生很小的移动时就被破坏掉；摩擦粘结是当失去附着粘结时，如果垂直于钢筋作用有压力，则在产生极小的移动时，就会在钢筋和混凝土之间引起摩擦力，这种横向压力可由荷载或由混凝土的收缩或膨胀引起的横向作用的压应力产生。摩擦粘结只有在产生横向压力时才具有可靠的粘结作用；剪切粘结是只有当钢筋表面和混凝土之间形成的销栓状机械啮合的混凝土齿被剪断以后，混凝土内的钢筋才有可能滑动。剪切粘结是最有效和最可靠的粘结方式，为了充分利用这种粘结，通常在钢筋表面轧制肋条（ 竹节钢筋、螺纹钢筋、月牙形钢筋、冷轧带肋钢筋）来实现。在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土两种性质完全不同的材料之所以能够共同工作，主要是依靠钢筋与混凝土间的粘结应力，实际上是两者接触面上的剪应力。这一力学关系就是其间的粘结作用。这种关系能使两种材料间相互传递力，实现互相弥补各自的缺点，发挥各自的优点 。
　　1.2 钢筋混凝土粘结影响因素
　　1.2.1 混凝土强度和组成 当混凝土强度提高时，它和钢筋的化学粘着力和机械咬合力随之增加，因而可以提高粘结强度。
　　1.2.2 钢筋位置、受力方向与浇注方向 平行浇注(即钢筋水平布置，浇注方向为垂直方向)时，直接位于钢筋下面的混凝土由于下沉及泌水，不能与钢筋紧密接触，使粘结强度降低。
　　1.2.3 钢筋的直径和表面形状 钢筋的粘结面积与截面周界长度成正比，而拉应力与截面积成反比，二者之比值(4/d)反映钢筋的相对粘结面积。
　　 1.2.4 钢筋周围的约束条件 钢筋周围的约束条件，如混凝土保护层厚度、横向钢筋、纵向间距等均直接影响钢筋与混凝土之间的粘结强度。保护层厚度增大，可提高外围混凝土的劈裂抗力，因而使粘结强度提高。
　　1.2.5 横向配筋的影响 横向钢筋的存在延缓了径向内裂缝向试件表面发展， 使开裂粘结应力较无横向配筋的高， 劈裂到达试件表面以后， 横向钢筋限制了裂缝的进一步发展， 因此使极限粘结强度也有了较大提高。
　　2.不同钢筋混凝土组合的粘结特性分析
　　2.1 普通混凝土与钢筋
　　粘结强度随着混凝土强度等级的提高而提高，变形钢筋的粘结强度 fb主要取决于混凝土的抗拉强度 ft。
　　由于混凝土与钢筋的胶结、摩擦和咬合作用都与混凝土的强度有关，故粘结强度受混凝土强度的影响很大。
　　2.2 高强混凝土与钢筋
　　有关高强混凝土钢筋间粘结强度的试验研究报道甚少。由于高强和超高强混凝土普遍掺有高活性的矿物掺合料，因此掺合料对钢筋粘结力的影响是首先需要研究的一个重要问题。
　　钢筋混凝土结构中，采用高强混凝土，将有利于限制混凝土裂缝的宽度和发展，同时对钢筋的搭接、锚固等十分有利。
　　2.3 型钢与混凝土
　　型钢 - 混凝土的粘结是指型钢表面与其周围混凝土之间的一种相互作用，通过传递剪力使二者之间的应力及变形协调，这正是型钢与混凝土共同工作的基础。
　　由于型钢混凝土构件中型钢的几何形状与受力性能的特殊性，粘结性能又表现出很大的特殊性和复杂性。与钢筋相比，型钢与混凝土的接触面积大，且为空间构件，截面形状相对复杂，型钢截面面积在总截面面积中所占比重较大，混凝土的握裹性能不同。就整个型钢表面而言，粘结强度因型钢的方向及位置不同而差别很大，型钢在水平放置时，粘结强度比垂直放置时要弱得多，这是因为钢材水平放置浇注混凝土时，由于新拌混凝土的体积变化引起下沉，将使型钢的下面聚集浮水、气泡，使型钢下侧产生空隙，导致粘结强度下降。同时，由于型钢的截面面积大，比的影响也比在钢筋混凝土中的影响要复杂，在受拉和受压这两种不同的受力情况下，粘结性能也因型钢的变形不同而表现出一定的差异。在梁、柱等构件中，由于受拉区和受压区的混凝土的开裂情况不同，型钢翼缘与混凝土的粘结性能也有较大差异。另外，型钢混凝土之间的粘结应力沿型钢锚固长度分布也是很复杂的，需要进行大量的考虑多因素的试验研究进行分析。
　　在使用荷载下，粘结应力沿锚固长度是呈指数分布的，随着荷载的增大，化学胶结力丧失殆尽，粘结应力沿锚固长度的分布趋于常数，并最终保持一定的残余粘结强度。
　　3.不同条件下钢筋与混凝土之间的粘结特性分析
　　3.1 高温下钢筋混凝土
　　近年来，常有钢筋混凝土结构不同程度地受到高温(火灾)作用，因此，国内外学者对高温(火灾)作用下混凝土及钢筋的力学性能、热工性能、构件及结构在高温下的反应等问题进行了大量研究工作。高温下钢筋与混凝土之间粘结性能的退化研究同样也受到重视 。
　　3.2 冻融作用后钢筋混凝土
　　抗冻性一直是混凝土耐久性研究的主要方向然而受到技术条件的制约，前期的抗冻性研究大多关注于混凝土材料性能或基本力学性能随冻融作用的损伤机理、退化规律等方面，针对混凝土结构整体工作性能开展的研究却很少。
　　随着冻融循环作用次数的增加，钢筋与混凝土之间的粘结劈裂强度逐渐下降，且衰减速率大于基体混凝土的劈拉强度衰减速率。
　　4.结语
　　从前面可归纳、总结出影响粘结强度的主要因素有：混凝土强度和密度、浇注位置、保护层厚度、钢筋净间距、横向钢筋及横向压实力等
　　参考文献
　　[1] 罗创涟. 关于钢筋与混凝土粘结的讨论. 水泥与混凝土，2007（2）.
　　[2] 徐有邻. 钢筋与混凝土粘结锚固的分析研究. 建筑科学，1992（2）.
　　

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