混凝土植筋锚固试验研究

1、混凝土植筋锚固试验研究             混凝土植筋锚固试验研究伏亮明1，张海波2，陈明祥3(1.中南勘测设计研究院，湖南 长沙  410014； 2.武汉第二建筑有限公司，湖北 武汉  410061；  3.武汉大学土木建筑工程学院，湖北 武汉  430071)    关键词：新老混凝土；植筋锚固；高强结构胶    摘  要：水工建筑物加固与修复中，经常要在老

2、混凝土上浇筑新混凝土。新的方法是在老混凝土上打孔植筋，用高强结构胶代替水泥砂浆固结，可大大减少植筋深度，对原混凝土损失小，粘结可靠性高。用WSJ结构胶进行试验表明：植筋深度较浅，混凝土锥面破坏；植筋深度较深，钢筋拔出；植筋更深，钢筋破坏；说明固结效果良好。    水工建筑物加固与修复中，经常需要在老混凝土上浇筑新混凝土。为保证新老混凝土界面能够牢固连接使之结合成为一个整体，常常需要采用植筋锚固。传统的打孔、植筋、灌水泥砂浆法缺点较多；新的植筋锚固、用高强结构胶取代水泥砂浆可以取得更佳的效果。本实验的目的就是研究植入混凝土中钢筋的深度、直径和混凝土强度等级等问题。1

3、 试验材料、工具和步骤    植筋试验是在已经浇筑好的800×1 000×2 000 mm素混凝土块上进行，用水钻抽取3个圆柱体心，测得混凝土的平均抗压强度为Fc=38 Nm2。植入级钢筋，选取16、18、20、22、25直径，对每一种直径的钢筋设计4种植入深度(he表示)，即he=7 d、10 d、14 d、18 d(d为钢筋直径)。    为研究植入钢筋与混凝土粘结面的剪切应力分布，在植筋深度方向，每隔一定距离粘贴一个电阻应变片，每根钢筋粘贴35个应变片，具体数量视植筋深度而定，由此推算出粘结面上测点之间的平均

4、剪应力分布。植筋锚固所采用的粘结剂系武大巨成加固实业有限公司生产的WSJ结构胶，其主要力学性能指标为：弹性模量1.2×10.3 MPa，泊松比0.368，抗拉强度22 MPa，抗压强度59 MPa，拉伸剪切强度18 MPa，固化时间 36h，使用温度80。    植筋试验过程：按设计要求钻孔；清孔；注入WSJ；植入钢筋，并保证孔内密实；常温下养护24 h，用WSJ封口。    植筋试验采用油压千斤顶对植入钢筋施加拔力。试验装置有无约束式和有约束式两种，其中有约束式试验装置对植筋周围混凝土有约束作用，混凝土不会出现破坏，该试验

5、装置简单，且试验占用面积较小，比较灵活、方便。理论与实践表明：当植筋深度较深时，不会出现混凝土破坏，因此，本试验植筋深度采用he10 d约束式抗拔，分级施加拔力，每级荷载为20 kN，直至破坏；每级荷载施加完毕后静停10分钟，再从应变仪中读取每一测点的应变值。2 试验结果分析2.1 植筋极限抗拔力与破坏形式    (1)混凝土锥面破坏。当植筋深度he=7 d，且采用无约束式抗拔时，由于混凝土本身的抗拔力小于钢筋与混凝土孔壁的粘结力，出现混凝土锥面拔出，此时，植入钢筋抗拔力受混凝土强度等级控制。    (2)钢筋拔出。随着植筋深度增大(

6、对于部分he=10 d的钢筋)，植筋周围混凝土本身的抗拔力大于钢筋与混凝土孔壁的粘结力，混凝土不再破坏，当荷载较大时，出现粘结力不够，致使钢筋拔出。此时，植入钢筋抗拔力受植筋深度和粘结质量的控制。    (3)钢筋颈缩后断裂。当植筋深度较大时(he10 d)，钢筋与混凝土孔壁的粘结力大于钢筋的极限强度，因此出现钢筋屈服、颈缩直至断裂的现象。植入钢筋抗拔力受钢筋极限强度的控制。2.2 粘结剪应力沿植筋深度分布    从测点的应变值可算出该点的轴向拉力，再从相邻两个测点(测点a、测点b)的轴向拉力之差，推算出这两个测点间的平均粘结剪应力式

7、中，E是钢筋的弹性模量；a、b分别是测点a、b的应变值；R、d分别是钢筋的半径、直径；lab是测点a、b的距离。    各种直径和不同植入深度的钢筋在不同荷载条件下粘结剪应力沿植筋深度的分布如图1、2所示。从图1、图2中可总结剪应力分布如下特点：    (1)荷载较小时，粘结剪应力近似线性分布，如图1a、c、e、f，图2a、c等，且离混凝土表层较近部位剪应力较大，钢筋端应力就较小。    (2)荷载较大且植筋深度较浅时，剪应力分布接近均匀，如图1b、图2b等。    (3)荷

8、载较大且植筋深度较深时，出现两种情况：剪应力在钢筋端部以外的部位分布接近均匀，在端部应力仍较小，如图2d、f；或是：剪应力在靠近混凝土表面的部位的应力较小，而在其它部位分布接近均匀，如图1d、h。    施加钢筋的拉拔力由钢筋与混凝土粘结界面的剪切传入混凝土内。从前面总结的剪应力分布特点可分析知：当拉拔力较小时，拉拔力主要由靠近表层混凝土所承担，这表现为靠近表面部位的粘结剪应力较大，而其它部位则较小；随着拉拔力增加，拉拔力逐步向底部更深处传递，粘结剪应力沿深度逐渐均匀；若植筋深度足够大，往往会出现还没有传递到最底部时，钢筋已拉断破坏，这表现为植入钢筋底部剪应力在钢筋拉断时还较小。即使植筋深度足够大，但如果表层混凝土出现局部破坏，或表层附近粘结质量不好，会使该部位粘结剪应力卸载，而导致底部剪应力加大。2.3 设计公式    当hche10d+hc，抗拔力取式中，av为钢筋与混凝土界面平均粘结抗剪强度，试验结果取值约为为混凝土圆柱体抗压强度；hc为混凝土锥的最大深度当,抗拔力取he=10 d+hc时的抗拔力，即10 d+hc为植筋最大深度，当植筋深度超出该值时，抗拔力不会增加。    根据式(2)，hc通常在5080 mm之间，hchc的情况实际中很少