FRP筋与混凝土的粘结性能

1、第卷第期年月建筑技术筋与混凝土的粘结性能郝庆多，摘王勃，欧进萍，大连沈阳）（哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨；大连理工大学，要：筋与混凝土之间的粘结性能是筋混凝土结构的关键问题，是能否充分利用筋高强性能的决定性因素。本文分析了混凝土结构的粘结机理以及粘结破坏形式，讨论了影响筋混凝土结构粘结性能的因素，并在最后提出了一些问题及建议。关键词：筋；混凝土结构；粘结性能；粘结机理；粘结破坏中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，V，）：，：V V V V 大量实际工程表明，钢筋锈蚀引起的钢筋混凝土结构的破坏是土木工程中普遍存在的最主要问题之一。轻质、耐腐蚀、抗疲劳、抗磁性、电绝缘性、筋的高强、徐

2、变小、相对密度小、低弹性模量等性质，使得筋混凝土结构正在被越来越多地应用到土木工程中。关。所以在实验室中可用粘结试验来检测筋自身的应力，进而得到筋混凝土结构的粘结应力。常用的粘结试验方法有拉拔试验和简支梁式试验。拉拔试验的试件简图如图所示，拔出试件应采用边长为倍钢筋直径的混凝土立方体试件。钢筋放置在立方体的中轴线上，埋入部分长度和无粘结部分长度各为。钢筋伸出混凝土试件表面的长度：自由端穿孔球铰高度及加为，加载端应根据垫板厚度、载装置的夹具长度确定，但不宜小于。塑料套管筋与混凝土的粘结性能相对普通钢筋稍差，大约为普通钢筋和混凝土之间粘结强度的左右。因此，利用筋取代钢筋最根本的问题在于提高筋与混凝

3、土的粘结性能。筋混凝土结构的粘结机理筋混凝土结构的粘结应力筋混凝土结构的粘结应力，一般是指在筋与混凝土的接触界面上平行于筋的剪切应力，它可以传递筋与混凝土之间的应力，协调二者之间的变形，使其共同受力；但是，实际上筋与混凝土之间的粘结作用状态很复杂，很难用某一个单一的指标来度量。粘结应力使筋自身的应力沿其长度而变化；反之，没有筋自身应力的变化，也就不存在粘结应力。同时，粘结应力还和筋自身应力变化的梯度有1基金项目：黑龙江省博士后基金资助项目，复合材料筋混凝土构件的力学性能和应变监测项目（）收稿日期：作者简介：郝庆多（），男，山东莘县人，哈尔滨工业大学土木工程学院，博士研究生。筋混凝土试块图筋混凝

4、土拉拔试验试件简图在实际应用中，筋与混凝土的粘结性能一般通过拉拔试验得到的平均粘结应力来评价，其表达式为：为筋与不同环境介质之间的粘结应力；。埋置长度及有效拉力。、分别为筋的直径、在筋混凝土结构中，沿筋埋长的粘结应力分布与钢筋混凝土基本相同。在加载初期，混凝土与筋表面上的粘结应力沿埋长呈线性分布，之后粘结建筑技术第卷应力沿埋长呈非线性分布；随着荷载的增加，粘结应力的峰值逐渐向筋的自由端移动。随着粘结破坏的逐渐发展，相应的粘结应力极限值越来越靠近自由端。粘结破坏区理论上位于加荷端和粘结应力极限值之间。生产工艺还不够完善，生产的变形筋的性能不很稳定，其表面的横肋等变形容易脱落。混凝土的劈裂破坏混凝

5、土的劈裂破坏是指在变形筋混凝土结构粘结应力的传递机理与钢筋混凝土结构相似，筋与混凝土之间的中，筋本身并没有破坏，而是筋表面变形周围的混凝土纵向劈裂使筋被拔出的破坏形式。发生这种破坏的内在机理是由于变形筋的横肋（或螺纹、凸肋、压痕等）在混凝土上形成机械咬合，混凝土中产生环向拉力所致。发生这种破坏形式的主要原因是混凝土的保护层太薄或混凝土的强度太低，降低了粘结应力也可认为由三个部分组成。（）筋和混凝土之间的化学粘结，即化学胶着力；（）温度变化或干湿循环引起的混凝土的收缩或筋的体积膨胀而产生的握裹作用，即接触面上的摩擦力；（）筋通过其表面变形（如螺纹、横肋、凸肋、压痕等）与混凝土产生的机械作用，即机

6、械咬合力。不同形式的筋的粘结应力的传递机理也有所不同。对于光圆筋，粘结应力的传递主要靠化学胶着力和摩擦力，机械咬合力的作用微小；特别当筋发生滑移后，化学粘着力消失，摩擦力就成为粘结应力的主要组成部分。而对于变形筋，粘结应力的传递主要靠机械咬合力，化学胶着力和摩擦力的作用微小；机械咬合力实际上是筋的表面变形辐射出的斜向压力，它的径向分力与筋周围混凝土的拉应力平衡，完成粘结应力的传递。粘结应力的组成部分在不同的受力阶段有所变化。在筋相对于混凝土发生滑移以前，粘结应力的传递取决于化学胶着力；在发生相对滑移以后，则主要取决于摩擦力和机械咬合力。实际上，筋和混凝土间的化学胶着力很小，一旦二者发生了相对滑

7、移，该力即消失，因此摩擦力和机械咬合力是粘结应力传递的主要方式。筋周围混凝土的抗劈拉强度。如加大混凝土的保护层厚度，可以提高试件的极限粘结应力，控制混凝土劈裂破坏的发生。混凝土的劈裂破坏还和粘结试验方法有关，比较容易发生在简支梁式试验中。显而易见，在拉拔试验中，整个试件处于受压状态，混凝土由于受到三向的约束而不易产生裂缝，提高了其抗劈拉能力，从而使拔出破坏先于劈裂破坏发生。但是在简支梁式试验中，与拉拔试验相反，混凝土处于受拉状态，较小的应力就很容易使混凝土产生裂缝，降低了试件的极限粘结应力，经常发生劈裂破坏。影响筋混凝土结构粘结性能的因素混凝土强度等级的影响筋与混凝土的粘结强度略低于普通钢筋，

8、且随着混凝土强度等级的提高，这种差别会逐渐增大。提高混凝土的强度等级，混凝土与筋的化学粘着力和机械咬合力会随之增加，也就增大了结构的粘结应力。同时，混凝土抗拉强度的增大，延迟了拔出试件混凝土中内部裂缝发展，提高了结构的极限粘结强度和粘结刚度。当试件发生粘结破坏时，如果混凝土强度较低，筋混凝土结构的粘结破坏形式筋的拔出破坏拔出破坏主要有两种形式。一种形式是光圆筋直接从混凝土试件中被拔出。由于光圆筋与混凝土的粘结应力主要由化学胶着力和摩擦力组成，而且化学胶着力又很小，所以光圆筋与混凝土结构的粘结性能很差，很容易发生粘结破坏。在实际的工程应用中，不考虑光圆筋与混凝土的粘结作用。拔出破坏的另一种形式是

9、变形筋表面的横肋（或螺纹、凸肋、压痕等）被混凝土剪坏而使筋被拔出。发生这种破坏形式，一方面是由于设计不当，如把强度较低、直径较小的筋锚固在强度等级较高、保护层较厚的混凝土中；另一方面是由于目前筋的筋与混凝土之间产生的粘结滑移就较大，此时混凝土表面会出现许多很小的微观裂缝；而当混凝土强度较高的试件发生粘结破坏时，筋与混凝土之间的粘结滑移很小，混凝土表面产生较大的裂缝。混凝土保护层厚度的影响筋的混凝土保护层厚度指筋外表面至构件表面的最小距离。破坏形式取决于筋在混凝土中的相对位置，当混凝土的保护层较薄时，常发生筋的拔出破坏。增大混凝土的保护层厚度，能加强筋外围混凝土的抗劈裂能力，提高试件的劈裂应力和

10、极限粘结强度。因此，厚的混凝土保护层会延缓混凝土的劈裂破坏从而提高了粘结性能。但是，当混凝土保护年第期郝庆多，等：筋与混凝土的粘结性能层厚度较大时，试件不再是劈裂破坏，而是筋的横肋被剪断而拔出。载力和较大的极限弯曲变形，梁的破坏是由筋被拉断引起的。梁在破坏时裂缝较多，避免了混凝土被剪碎。这表明部分粘结能优化筋预应力混凝土梁的极限承载力和弯曲变形能力，部分粘结筋预应力混凝土梁表现出良好的力学性能和延性。筋表面形状的影响研究了种具有不同表面形状的筋在不同的径向约束条件下与混凝土之间的粘结性能。研究表明，即便是表面变形和突纹较小的筋，它所能提供的与混凝土之间的粘结强度也能满足美国混凝土结构设计规范的

11、要求；另外，粘结强度会随横向约束的提高而有所增加，而且在同样的约束条件下，普通钢筋与混凝土之间的粘结强度比筋与混凝土之间的粘结强度要稍高一些；当然，如果增大筋表面变形和突纹或者对筋进行粘砂处理，筋与混凝土之间的粘结强度也会提高。研究资料表明，通过有效地改变筋表面的变形和突纹，筋与混凝土之间的粘结强度可比普通钢筋与混凝土之间的粘结强度高出以上。问题及建议（）目前国内生产的大多数筋的质量和性能不够稳定，不同厂家生产的筋的各项性能差别很大，没有统一的标准，尤其是表面变形容易脱落，易过早地发生粘结破坏；所以要完善筋的生产工艺，提高筋的质量和其性能的稳定性。（）目前使用的筋大多为热固性的，在施工现场对热

12、固性筋进行再加工，容易造成应力集中现象而降低筋的粘结性能；所以要研制热塑性筋，从而能在施工过程中通过搭接、弯钩制作等措施对筋的直径与埋置长度的影响如果增加筋的直径，筋与混凝土的粘结强筋进行机械锚固，提高其粘结性能。（）目前国外已进行的粘结试验大多为拉拔试验，简支梁式试验较少，而国内仅做过少量拉拔试验，试验方法单一；所以要通过多种粘结试验方法如劈裂试验、悬臂梁试验和环拔出试验等，在反复荷载或循环荷载的作用下，来确定筋混凝土结构的粘结性能，突破研究成果的局限性。（）目前国内缺少确定筋混凝土结构粘结性能的规范和标准，给设计人员带来很多困难，如混凝土保护层厚度的确定等；所以要尽快制定一套相关的规范和标

13、准，使筋混凝土结构能及早应用于实际工程中。参考文献郝庆多，王勃，欧进萍纤维塑料增强筋在土木工程中的应用混凝土，（）：度将会降低；对于大直径的筋，由于筋的尺寸效应，即由于剪切滞后的原因，靠近筋横截面中心的纤维受到的应力没有筋外表面的纤维受到的应力大，当其受拉拔出时，筋横截面的正应力分布是不均匀的，这将造成筋中的应力集中现象，从而降低筋与混凝土的粘结性能。同理，筋的埋置长度越大，受力后的粘结应力分布就越不均匀，破坏时的粘结强度就越低，即粘结强度随埋置长度的增加而降低。在直径不变的情况下，筋混凝土的粘结强度随埋长的减小而增大，这是粘结应力沿筋埋长呈非线性分布的结果。环境温度的影响因为筋中基体材料的玻璃化温度很低，而基体材料本身起着粘结和传递剪力的作用，所以筋与混凝土的粘结强度随环境温度的升高而降低。等研究了提高温度对筋与混凝土粘结性能的影响，发现到时粘结强度的损失与普通钢筋相似，但当温度再提高时粘结强度就会大幅度降低，当温度提高到时残余粘结强度仅为室温时的。粘结强度的