２０１４年第２期 混凝土与水泥制品 ２０１４ Ｎｏ．２ ２月 ＣＨＩＮＡ Ｃ０ＮＣＲＥＴＥ ＡＮＤ ＣＥＭＥＮＴ ＰＲ０ＤＵＣＴＳ Ｆｅｂｒｕａｒｙ 砂浆锚杆粘结性能试验研究 刘亚林，杨树桐，刘 良 （中国海洋大学工程学院土木工程系，青岛２６６１００） 摘要：通过三组粘结试验研究了钢筋锚杆、砂浆、混凝土三相介质锚固体中钢筋极限拉拔力的大小，并探究了 钢筋直径、钢筋类型、粘结长度对锚固系统承栽力的影响规律。 关键词：钢筋锚杆；砂浆；混凝土；粘结特性 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｂｏｎｄｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｐｕｌｌｏｕｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ－ｍｏｒｔａｒ－ｃｏｎ— ｃｒｅｔｅ ａｎｃｈｏｒａｇｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ａｎｃｈｏｒａｇｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｎ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａｎｃｈｏｒａｇｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｔｅｅｌ ａｎｃｈｏｒ；Ｇｒｏｕｔ；Ｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｂｏｎｄｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ 中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—４６３７（２０１４）０２—６１—０３ ０前言 强度为３６．８８ＭＰａ。 岩土锚固技术和后锚固技术中。用钢筋作为锚 试验共分三组．第一组是钢筋与砂浆的粘结试 杆，砂浆作为灌浆粘结材料，以混凝土作为基体或 验，第二组是砂浆与混凝土的粘结试验．第三组是 者模拟岩石基体的锚固系统中，力的传递路线是由 钢筋一砂浆一混凝土三相介质粘结试验。第一组试验 锚杆到砂浆，再由砂浆传递到混凝土。因此，钢筋与 浇筑１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１５０ｍｍ的砂浆试块，试块中心 砂浆，砂浆与混凝土之间的粘结强度是影响锚固系 预埋钢筋，并采用ＰＶＣ管控制钢筋的粘结长度：本 统承载力的重要因素。 组试验采用光圆钢筋和螺纹钢筋，每种钢筋采用 徐波【・】通过钢筋与砂浆的粘结试验以及砂浆与 １０ｍｍ和２５ｍｍ两种直径：粘结长度取钢筋直径的２ 混凝土的粘结试验研究了粘结型锚杆的锚固理论。 倍，因此，直径１０ｍｍ的钢筋的粘结长度为２０ｍｍ， 郭树宇［习通过锚固在钢管中的钢筋。以砂浆为粘结 直径２５ｍｍ的钢筋的粘结长度为５０ｍｍ；相同条件 材料的锚固系统拉拔试验．探究钢筋表面形式、直 的试件准备３个。第二组试验浇筑２００ｍｍｘ２ＯＯｍｍｘ 径和锚固长度对钢筋与砂浆间的粘结性能。许日月【 ｌＯＯｍｍ的混凝土试块。中心预留直径ｌＯＯｍｍ的孔 通过室内试验模拟了砂浆锚杆的锚固及失效过程。 洞以备后期浇筑５０ｍｍ厚的砂浆芯，共浇筑同条件 徐洪 对砂浆锚杆的耐久性进行了基础研究。文献［５１ 试块３个。第三组试验浇筑２００ｍｍｘ２ＯＯｍｍｘ１００ｍｍ 对三相介质锚固体的拔出特性进行了理论分析。 的混凝土试块．中心预留５０ｒａｍ的孔洞浇筑全高 Ｃｏｏｋ等 分析了粘结时锚杆的力学性能，总结了混 （３００ｍｍ）的砂浆，并在浇筑砂浆前放置钢筋，用 凝土锚杆的破坏形式，并提出了相应的设计公式。 ＰＶＣ管控制钢筋与砂浆的粘结长度；本组试验采用 本文通过试验。确定了钢筋一砂浆一混凝土三相 直径１０ｍｍ的钢筋。表面形式有光圆和螺纹两种；采 介质锚固体中钢筋极限抗拔力的大小，研究了该承 用三种粘结长度，即５ｄ（５０ｍｍ），１０ｄ（１ＯＯｍｍ）和１５ｄ 载力随钢筋类型、钢筋直径和钢筋锚固长度的变化 （１５０ｍｍ）。 规律，在此基础上确定了砂浆锚杆极限承载力值， 所有试验在量程为１０ｔ的万能材料试验机上进 从而确定上述三个因素对钢筋与砂浆界面、砂浆与 行，加载速率为ｌｍｍ／ｍｉｎ。第一组钢筋与砂浆的粘结 混凝土界面粘结性能的影响规律。 试验加载装置示意图如图１所示．采用拉拔试验方 １ 试验概况 法。试验采用专门设计的加载装置．该装置包括两 本试验中所有混凝土和砂浆均采用一种强度 块钢板，四根螺杆及螺母等。第二组砂浆与混凝土 等级。混凝土的水胶比是０．４６２，实测２８ｄ抗压强度 粘结试验的加载装置示意图如图２所示．采用压出 为５２．２２ＭＰａ；砂浆的水胶比是０．４６２，实测２８ｄ抗压 试验方法，在试件底部放置一内径稍大于砂浆芯直 径的圆环柱，使试块底面局部支撑嘲，加载端采用一 基金项目：国家自然科学基金项目（５０９０８１３６、５１０７９１３６）。 直径小于砂浆芯的钢块圆柱加载。第三组三相介质 一６】一 ２０１４年第２期 混凝土与水泥制品 ２试验结果及分析 总第２１４期 粘结试验的加载装置与第一组试验的相同，实际试 块加载图如图３所示。 ２．１钢筋一砂浆粘结试验结果 第一组钢筋与砂浆粘结试验中，若破坏方式为 钢筋屈服，则待钢筋屈服后结束试验；若破坏方式 螺母 为钢筋与砂浆界面的粘结破坏，则待界面产生明显 相对滑移，试验荷载从最大值降到一定程度并保持 不变时结束试验。图４和图５分别为其中两种试件 的粘结应力一滑移曲线，并由该组试验结果和试验 杆 曲线得到钢筋与砂浆的粘结参数，如表１所示。 表１砂浆与钢筋的粘结参数 图１钢筋一砂浆粘结试验加载示意图 钢块 砂浆 由表１中数据通过对比可得，同一直径的螺纹 钢筋与砂浆的粘结强度是光圆钢筋的５－６倍：相比 之下．同一表面类型的钢筋，直径对其与砂浆的粘 结强度影响不显著；同一直径下，螺纹钢筋的粘结 图２砂浆一混凝土粘结试验 加载示意图 应力峰值即粘结强度对应的滑移值是光圆钢筋的４ 倍左右。 ２．２砂浆一混凝土粘结试验结果 图６是砂浆与混凝土粘结试验的荷载一位移曲 线，该曲线由弹性上升段、软化段和摩擦段三部分 组成。加载初期，随着位移的增加，荷载不断增大， 此时，界面处于弹性阶段，其粘结主要为界面的化 学胶合力。当荷载达到峰值时，砂浆与混凝土的化 学胶合力开始发生破坏。此后，随着位移的增加，荷 载逐渐降低，界面化学胶合力逐渐消失，从而进入 软化阶段。当界面胶合力完全消失时。砂浆与混凝 图３第三组加载示意图 土仅靠界面的残余摩擦力抵抗外荷载，此时荷载变 善 姆 擐 滑移／ｍｍ 滑移／ｍｍ 滑移／ｒａｍ 图４直径ｌＯｍｍ光圆钢筋与砂浆 粘结应力一滑移曲线 一图５直径２５ｒａｍ螺纹钢筋与砂浆 粘结应力一滑移曲线 图６砂浆与混凝土粘结试验 荷载一位移曲线 ６２— 刘亚林，杨树桐，刘 良 砂浆锚杆粘结性能试验研究 化很小，曲线变得平缓。 用界面剪切强度来表征界面的粘结强度，故可 通过公式ｒ＝Ｐ／ｒｒｄＬ计算得到砂浆与混凝土的粘结 强度丁＝３．２４ＭＰａ，对应的滑移为 １＝２．４１ｍｍ。 ２．３钢筋一砂浆一混凝土三相介质粘结试验结果 第三组三相介质粘结试验的结果如表２所示， 本组试验中所采用钢筋均为直径ｌＯｍｍ的钢筋。从 表中可以看出，随着钢筋锚固长度的增大，试件的 极限抗拔力增大，但如果粘结长度足够长时，会出 现钢筋屈服先于粘结性能充分发挥；对光圆钢筋， 随着锚固长度的增大，试件的极限抗拔力增大，但 平均粘结强度降低，这是因为当锚固长度增加时粘 结面积增大，界面粘结不均匀情况增加，故导致界 面的平均粘结强度降低。 表２三相介质粘结试验结果 由于前两组试验的锚固长度均较小，可按如下 方法对三相介质锚固体的破坏形式进行预’？贝０：如果 ＜竽 Ｕ 。 ，则预计的破坏形式是钢筋与砂浆界面的 粘结破坏；如果ｒ ＝了／．１丁。 ，则预计破坏形式是钢筋 ¨ 与砂浆、砂浆与混凝土两个界面同时发生破坏，但 这种情况在实际操作中基本不可能出现；如果 ＞ ｒ ，则预计出现的破坏形式是砂浆与混凝土界面 一 破坏。其中 表示钢筋与砂浆的粘结强度，丁 表示 砂浆与混凝土的粘结强度，Ｄ表示砂浆芯的直径，ｄ 表示钢筋的直径。 以直径１０ｍｍ的螺纹钢筋，锚固长度为５０ｍｍ 的试件为例，由前面两组试验得到丁 ＝９．０２ＭＰａ，７Ｉ ＝３．２４ＭＰａ，Ｄ＝５０ｍｍ，ｄ＝１０ｍｍ，经计算得丁 ＜竽 。Ｕ ， 由上述理论预计破坏形式为钢筋与砂浆界面破坏， 由表２可知试验结果为钢筋拔出，理论预测与实际 结果相符。 以直径ｌＯｍｍ的光圆钢筋，锚固长度为１５０ｍｍ 的试件为例，由前面两组试验得到丁 ＝１．６９ＭＰａ， ＝３．２４ＭＰａ，Ｄ＝５０ｍｍ，ｄ＝ｌＯｍｍ，经计算得７＿ ＜竽丁【上 ， 由上述理论预计为钢筋与砂浆界面破坏，由表２可 知试验结果为钢筋拔出，理论预测与实际结果相 符。 ３结语 本文通过钢筋与砂浆粘结特性试验得到了不 同直径和表面形式钢筋在砂浆中的粘结强度和对 应滑移，并证实了钢筋类型是决定粘结强度的关键 因素。而钢筋直径对粘结强度影响不大：通过砂浆 与混凝土的粘结特性试验得到两者间的粘结强度 和对应滑移：通过钢筋一砂浆一混凝土三相介质的粘 结特性试验．证实了一种粗略估计三相介质锚固体 破坏形式的方法，并得到随着粘结长度的增加，平 均粘结强度降低的结论。 参考文献： ［１】徐波．粘结型锚杆锚固理论与试验研究［Ｄ】．大连：大连理 工大学，２００６． ［２】郭树宇．粘结型锚杆拉拔承载力的试验与理论分析［Ｄ】． 大连：大连理工大学，２００８． ［３］许明，张永兴，阴可．砂浆锚杆的锚固及失效机理研究【Ｊ】．． 重庆建筑大学学报，２００１，２３（６）． ［４］徐洪．砂浆锚杆锚固体耐久性基础研究［Ｄ】．重庆：重庆大 学。２００９． 【５】Ｙａｎｇ Ｓ，Ｗｕ Ｚ，Ｈｕ Ｘ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｐｕｌｌｏｕｔ ｏｆ ａｎｃｈｏｒ ｆｒｏｍ ａｎｃｈｏｒ－ｍｏｒｔａｒ－ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｃｈｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００８，７５（５）：９６１－９８５． 【６］Ｃｏｏｋ Ｒ Ａ，Ｋｕｎｚ Ｊ＇Ｆｕｃｈｓ Ｗ，ｅｔ ａ１．Ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ａｎｃｈｏｒｓ ｕｎｄｅｒ ｔｅｎｓｉｌｅ ｌｏａｄ ｉｎ ｕｎｅｒａｃｋｅｄ ｃｏｎ－ ｃｒｅｔｅ［Ｊ］．ＡＣＩ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｊｏｕｍａｌ，１９９８，９５（１）：９－２６． ［７】Ｃｏｏｋ Ｒ Ａ，Ｄｏｅｒｒ Ｇ Ｔ，Ｋｌｉｎｇｎｅｒ Ｒ Ｅ．Ｂｏｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｄｈｅｓｉｖｅ ａｎｃｈｏｒｓ［Ｊ］．ＡＣＩ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９３，９０（５）： ５ １４—５２４． ［８］Ｚａｍｏｒａ Ｎ Ａ，Ｃｏｏｋ Ｒ Ａ，Ｋｏｎｚ Ｒ Ｃ，ｅｔ ａ１．Ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｄｅ－ ｓｉｇｎ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ，ｈｅａｄｅｄ ａｎｄ ｕｎｈｅａｄｅｄ，ｇｒｏｕｔｅｄ ａｎｃｈｏｒｓ ｕｎｄｅｒ ｔｅｎ・ ｓｉｌｅ ｌｏａｄ［Ｊ］．ＡＣＩ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，２００３，１００（２）：２２２－２３０． 【９］刘亚林，杨树桐，黄维平．混凝土与砂浆界面粘结性能试验 方法研究ｆＣ］．第２１届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册． ２０１２：５８－６２． 收稿日期：２０１４一Ｏ１—０５ 作者简介：刘亚林（１９８９一），女，硕士研究生。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｙｎｔｈｉａａｉｒ＠１ ６３．ｃｏｍ 通讯作者：杨树桐（１９７９一），男，副教授、博士。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｓｈｕｔｏｎｇ１９７９＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｒｌ 一６３—