摘 要 通过拉拔试验,研究了环氧树脂光面直钢筋与砼间的粘结性能,对行业标准提出了修改意见,以期推动环氧树脂钢筋的广泛应用。 关键词 环氧树脂光面直钢筋;粘结性能;试验研究中图法分类号 TU511.32Experiment of Anchorage Propertiesfor Epoxy Resin Coated Undeformed BarsZhang Peng,Zhang Jun,Li Qing,Huang Tianli,Huang Renchang(Department of Architectural Engineering,Guangxi Institute of Technology, Liuzhou 545005)Abstract The anchorage properties of epoxy resin coated undeformed bars are studied by the way of pull-out test.We prefer the opinion of modification for the professional standard,and hope to promote the application of epoxy resin coated steel bars.Key words epoxy resin coated undeformed bars;properties of anchorage;experimental study环氧树脂涂层钢筋作为目前较优秀的防锈钢筋已于前些年被引入我国,国家建设部也于1997年12月颁布了行业标准。中国建科院、郑州工业大学等高校及科研机构已针对环氧树脂变形钢筋的粘结锚固性能进行了大量的实验研究并取得了许多成果。对于环氧树脂光面筋的粘结锚因性能研究尚少见报导,原因主要有两个:（1）光面筋的使用不如变形钢筋普遍；（2）人们一般认为环氧树脂光面筋较普通光面筋在粘结强度上会有很大的降低,甚至无法满足受力的要求。由于这样的原因，环氧树脂涂层技术在光面筋上的应用未能引起人们的足够重视。据笔者调查，就连目前国内唯一生产环氧树脂钢筋的厂家广东海丰钢材加工厂也没把光面筋纳入生产计划。我国的行业标准(JG3042-1997)〔1〕在一开始就明确指出该标准不仅适用于带肋钢筋也适用于光面钢筋,但标准中对涂层钢筋与砼间粘结强度及锚固长度的规定内容明显是针对带肋筋而言的,对光面筋不能适用。环氧树脂涂层技术是否能用于光面筋？环氧涂层光面筋较普通光面筋其粘结强度究竟下降了多少？其锚固长度应如何规定？对这一系列问题进行研究是很有意义的,通过对8环氧涂层光面筋拉拔试验，我们将对有关问题予以探讨。1 试验方法研究粘结锚固问题的基本试验方式为拉拔试验,尽管受力状态与实际构件有区别,但差别不大,仍能反映锚筋受力的基本规律。1.1 试件设计与制作根据新标准GB50152-92〔2〕对立方体拔出试验的要求,制作环氧树脂涂层光面筋(8)和普通光面筋(8)试件各18个,取立方体试件的边长为10d，（d为实际测量的普通钢筋或环氧树脂钢筋的直径）,即80mm,取钢筋埋入长度为5d,即40mm,同时在施加拉力端设置5d(40mm)的无粘结部分,以减少承压面的影响,试件制做如图1。图1 立方体拔出试件环氧涂层钢筋采用静电喷涂环氧粉末工艺制造，其涂装工艺过程为：1)钢筋抛丸除锈；2) 钢筋预热至约232℃；3)将环氧粉末静电喷涂至预热后的钢筋上；4)经水槽冷却水淬火。试件所用砂、石均经过性能检验,符合JGJ52-92和JGJ53-92标准的要求,水泥为柳州产鱼峰牌525水泥,达到GB175-92标准要求。根据规定，立方体砼强度控制在30±3MPa范围内,实际值为31.4MP。普通钢筋和环氧钢筋试件的砼为同一批搅拌完成,成型装料分两层,每一层装完后振动了3min,以确保砼的密实性。试件采用标准养护法,养护28d后进行拉拔试验。1.2 试验装置以WE-30型万能试验机对锚筋施加拉拔力,试验机精度为2级,试件及加载装置如图2所示。试件下垫穿心球铰以避免锚筋偏斜引起的撕裂,在自由端用千分表测量滑移S。加载时普通钢筋试件以每0.4kN读取滑移值,环氧树脂钢筋试件以每0.2kN读取滑移值。图2 拉拔试验装置测得荷载F及滑移值S后,可求粘结锚固应力的平均值，其中d的取值以实际测量实验钢筋的平均直径代入,即普通钢筋取8.29mm,环氧树脂钢筋取8.35mm。2 试验结果与分析2.1 锚固钢筋的荷载——滑移曲线(F-S曲线)锚固钢筋的荷载一滑移曲线如图3所示。光面钢筋的特点是表面无凹凸起伏,其粘结力由胶结和摩阻构成。加载之初由于胶结力起主要作用,故无论普通锚筋及环氧锚筋均无明显滑移。由于胶结力只存在于局部区域且数值很小,故经暂短的无滑段后即发生滑移,胶结力被克服后,转由摩阻力承载。达到峰值Fu以后,由于混凝土颗粒磨细而使摩阻力衰减,曲线下降。环氧锚筋与普通锚筋相比,自由端开始滑移时的荷载平均为普通锚筋的80%。针对钢筋粘结破坏时的最大荷载值,环氧钢筋明显低于普通钢筋,根据实验结果统计,环氧钢筋的最大荷载值只有普通钢筋的55.9%。图3 滑移曲线(F-S曲线)2.2 钢筋的锚固强度与结构的其他设计一样,锚固于砼中的钢筋在外力作用下需要考虑两类问题:强度问题及刚度问题。各种直钢筋在砼中的锚固应属于强度问题,其最大粘结应力点取τ-S曲线的峰值τu。由实验而得的两种直钢筋的粘结强度可按下式计算式中 α为砼抗压强度修正系数,为28d龄期砼立方体抗压强度的实验值,本实验实测得f0cu=31.4MPa,故α=0.955；d值亦按实际量测的普通钢筋及环氧树脂钢筋的直径值代入,即普通钢筋取8.29mm,环氧树脂钢筋取8.35mm。从而可得普通钢筋实验测得τu=3.49MPa环氧树脂涂层钢筋实验测得τu=1.94MPa根据徐有邻等〔3〕由试验回归推出的光圆钢筋锚固强度公式τ1u=(1+2.1d/la)ft
(2)普通钢筋及环氧树脂涂层钢筋的τ1u均约为2.15MPa。可以看出本次实验结果与徐有邻等人的试验结果有少许差异,这主要是因为实验条件等因素的影响。由于本实验的主要目的是欲得出两种钢筋锚固强度的差异,而并非得出其锚固强度的绝对值,因而实际结果是有效的。由两种钢筋的τu值可以看出,相同直径的环氧树脂涂层圆钢筋的粘结固强度较普通圆钢筋下降幅度较大,平均降低50%左右。这一点进一步证实了我国行业标准中对环氧树脂涂层钢筋的粘结强度取普通钢筋的80%仅仅是针对变形筋而言,显然不能适用于光圆筋。2.3 钢筋设计锚固长度的可靠度分析2.3.1 统计参数钢筋的屈服强度取两种钢筋实测的平均值,即环氧涂层钢筋μfy=297.7 MPa,普通钢筋μfy=279.2 MPa,δfy=0.064 1。实测砼抗拉强度ft的平均值由立方体抗压强度平均值换算得到,μft=0.23(μfcu)2/3=2.3 MPa,变异系数δft=0.024 3。计算模式的准确性ΩF由其它大量试验资料统计结果〔4〕取平均值μΩF=1.065,变异系数δΩF=0.229。2.3.2 可靠度分析的近似方法解以钢筋受力端应力及钢筋与砼粘结应力同时达到最大值的粘结极限状态作为分析粘结可靠度的基础,并根据设计经验取粘结设计附加可靠指标β0=1.57(强度问题)。采用近似方法,由粘结锚固强度公式(2),极限状态方程4(la-d)τu-fy=0，有
取R，S的平均值及变异系数分别为μR，μS，δR，δS，认为S，R均服从对数正态分布,即对环氧树脂钢筋可得设计锚固长度la/d=50.1mm,对普通钢筋可得设计锚固长度la/d=46.85mm。根据可靠度分析结果,环氧树脂圆钢筋的设计锚固长度按普通圆钢筋相应取值的1.07倍即可,因此行业标准中规定“涂层钢筋的锚固长度取值为不小于有关设计规范规定的相同等级和规格的无涂层钢筋锚固长度的1.25倍”对圆钢筋来说已足够。2.4 几点说明(1)按照新标准GB50152-92的要求,其规定的粘结强度对比试验方法仅适用于直径大于10mm的各类非预应力筋,对直径小于10mm的细钢筋的粘结强度试验方法目前国内尚无具体的标准规定。针对本试验圆钢筋直径仅为8mm的情况,我们认为只要两种钢筋的试验条件相同即可,因此仍按GB50152-92推荐的方法进行本试验。(2)由于油灰粘结性的影响及试件砼实验强度大于30MPa,故普通钢筋的粘结强度较有关资料的偏高,但不影响本实验的目的。(3)本实验的研究对象虽只针对8mm直径的圆钢筋,但由于对直径较小的钢筋,其直径对粘结强度的影响很小,故本实验的结果应能反映常用的6，10圆钢的粘结性能。3 结 论通过对实验结果的分析我们建议:环氧涂层光面无钩筋与砼之间的粘结强度应取为无涂层钢筋粘结强度的50%;涂层钢筋的锚固长度应取为不小于有关设计规范规定的相同等级和规格的无涂层钢筋锚固长度的1.25倍。*广西区教委科研基金资助项目作者简介：第一作者：男,1967年生,讲师,硕士作者单位：广西工学院建筑工程系,柳州 545005参考文献 [1]中国建筑科学研究院．行业标准—环氧树脂涂层钢筋(JG3042-1997)．北京:中国建筑科学研究院,1997．1～18 [2]沈在康．混凝土结构试验方法新标准应用讲评．北京:中国建筑工业出版社,1995,275～280 [3]粘结锚固专题研究组．钢筋混凝土粘结锚固的研究及设计建议．建筑结构,1986，(4):2～12 [4]徐有邻．变形钢筋—混凝土粘结锚固性能的试验研究:〔博士学位论文〕．北京:清华大学,1990,103～106 |
