混凝土植筋锚固拉拔试验分析与研究
关键词：混凝土植筋;拉拔试验;锚固性能
1前言
近年来,混凝土后锚固技术的应用领域日趋广泛,特别是在建筑改造、扩建、抗震加固、设备安装、以及幕墙施工项目中,后锚固技术以其高效、灵活、经济等性能,倍受工程界的青睐。植筋锚固技术是后锚固技术的一种,更因其广泛的适应性得到了较多的应用。本文通过采用室内拉拔试验，定性的考虑了混凝土强度、植筋直径、埋深和孔径等因素对植筋粘结锚固性能的影响，并分析了植筋锚固的受力性能及破坏机理。
2混凝土植筋锚固试验
2.1试验方法
文中试验分预埋筋与预留孔后植筋两种情况。
植筋拉拔试验按《普通混凝土力学性能试验方法》（GB/T50081-2002）规定的试验方法，在30t电液伺服万能试验机及自制加载反力架上进行拉拔试验。
采用mm3的标准试件来综合分析钢筋直径、混凝土强度、锚固长度、孔径及植筋方式等对锚固粘结性能的影响，试验共采用120个混凝土试样，包括102个后植筋混凝土试件和18个预埋钢筋混凝土试件。
2.2混凝土材料组成及配合
混凝土采用42.5普通硅酸盐水泥、中粗河砂、碎石（10～20mm）配制而成，试件均浇筑为mm3的素混凝土标准试件；试验用混凝土强度等级为C30、C40和C50，混凝土标准试件立方体的抗压强度按实测取值。
2.3试验钢筋参数与植筋深度和预留孔直径
试验钢筋采用HRB335级螺纹钢筋。混凝土试件植筋深度采用三种不同植筋深度，即5d、7.5d和10d。另外，针对相同钢筋直径，预留孔径D按（D-d）为4、8和10mm选取。
2.4试验试件的制作
2.4.1预埋钢筋混凝土试件制作
预埋钢筋混凝土试件制作时，将混凝土标准试件模具选取一对称面加工成具有用于钢筋预埋的孔径，如图1(a)所示。在试件制作时，将预埋钢筋插入加工后的模具中，并在两端对钢筋进行适当控制，防止钢筋出现偏移。将搅拌好的混凝土倒入模具，适当振动密实，待12小时后拆模并放入养护室养护28天后取出，钢筋连接锚固拉拔试验试件如图1（b）所示。
2.4.2预留孔混凝土试件制作
预留孔混凝土试件制作大体分两步：首先为预留孔混凝土试件浇注，为预留用于后期植筋锚固拉拔试验孔，选取相同直径PVC管插入试模中心后浇注铸并振动密实。其次，为了模拟实际工程中钻孔的粗糙度，待混凝土浇入试模约一个小时后将PVC管拔出，对孔内壁适当进行凿毛处理，12小时后拆模编号，放入养护室养护28天后的试件如图1（c）所示。
（a）模具（b）预埋筋试件（c）预留孔混凝土试件
3试验结果分析
3.1植筋粘结锚固强度的影响因素分析
3.1.1混凝土抗拉强度ft的影响
选取钢筋直径d=12mm，预留孔径D分别为16mm和20mm时分析混凝土抗拉强度ft对植筋粘结性能的影响，试验结果如图2所示。
（b）d=12mm&（D-d）=8mm
由图2（a）可知，当La/d=5.0和La/d=10时，钢筋极限拉拔力Fu和平均极限粘结强度τu均随混凝土强度的增加而呈线性增大趋势，且随埋深增大，增大趋势变缓，且当La/d=10时，钢筋极限拉拔力和平均极限粘结强度随混凝土抗拉强度的增大而略有减少，出现这种现象的主要原因由于埋深增加后，钢筋受力后的粘结应力分布不均匀，此时钢筋极限拉拔力主要由钢筋自身的强度决定。另外，由图2可知，随预留孔直径增加，三种埋深下钢筋极限拉拔力和平均极限粘结强度均随混凝土抗拉强度增加呈线性增大，但增大趋势比较平缓。
3.1.2钢筋直径的影响
钢筋直径d对混凝土植筋性能的影响如图3所示。由图可知，在相同埋深下，随着钢筋直径增大，Fu/ft和τu/ft均呈线性增长趋势，且当埋深逐渐增
大时，Fu/ft增长趋势更加明显，即混凝土强度相同时，植筋的极限拉拔力随钢筋直径增加而明显增大。
3.1.3植筋深度的影响
图4针对不同D/d值分析了植筋深度对混凝土植筋锚固性能的影响。由图4可知随植筋深度增大，钢筋受力后粘结应力沿植筋深度分布不均匀，胶-混界面间的平均极限粘结应力减少，因此试验粘结强度随着植筋深度增加而减少，且随着D/d值的增大，粘结强度随植筋深度增加而减少的趋势稍显明显。
3.1.4植筋孔径的影响
植筋孔径对混凝土植筋锚固性能的影响如图5所示。对于不同的La/d值，平均极限粘结力与混凝土抗拉强度的比值τu/ft随着D/d增大而减少，即
τu/ft=7.69-2(D/d)(1)
当埋深相同时，平均极限粘结力τu随孔径增加而增大，可见增加植筋孔径可有效的增加植筋的极限拉拔力。但不是随着植筋孔径的增大，钢筋的极限拉拔力可无限制的增大直至钢筋拉断。文中试验表明，当植筋孔径超过界限孔径时，胶-筋界面发生破坏，此时，植筋的极限拉拔力只取决于胶筋界面的粘结强度。
3.1.5植筋方式对粘结性能的影响
为比较钢筋埋置方式对钢筋拉拔力的影响，针对La/d=7.5时不同混凝土强度中预埋钢筋混凝土试块和后植筋混凝土试块的钢筋平均极限拉拔力进行比较分析，结果如表1所示。由表可知，预埋筋下钢筋平均极限拉拔力普遍比后植筋试件中钢筋平均极限拉拔力略微大些，两种方式下Fu均随混凝土抗拉强度增加而增大，表明实际工程中采用结构胶后植筋补强混凝土强度基本上是可以达到与预设钢筋相同的效果。
3.2钢筋拉拔破坏形式
拉拔试验破坏形式主要有三种：钢筋连同植筋胶被拔出、钢筋拉断和混凝土试件劈裂。
（1）当孔径D满足D/d=1.33，且钢筋直径d为12和14mm时，当锚固长度为5d≤La≤7.5d时，钢筋连同植筋胶被拔出，即发生胶-混破坏，且钢筋大都能达到屈服强度，观察胶筋表面和混凝土内孔壁都比较光滑，只是有轻微擦痕，这说明结构胶和混凝土之间化学吸附力在钢筋锚固粘结力中起主导作用，而二者之间的摩擦力或机械咬合力并不是最主要的。当植筋深度时La≥10d，钢筋被拉断。
（2）当孔径D满足D/d≥1.67，且钢筋直径d为12mm时，锚固长度La=5d时，钢筋连同植筋胶从混凝土中拔出，胶混界面发生破坏，此时钢筋能达到屈服，并进入强化阶段。当锚固长度La≥7.5d时，钢筋被拉断。可见孔径大小是影响钢筋极限拉拔力的重要因素。
4结束语
拉拔试验结果表明钢筋直径、混凝土强度、锚固长度、钻孔孔径和植筋方式等对植筋锚固性能具有显著影响；钢筋极限拉拔力和胶-混界面平均极限粘结强度均随混凝土强度的增加而呈线性增大趋势，且随埋深增大趋势变缓；当埋深相同时，随着钢筋直径增大，钢筋极限拉拔力和胶-混界面平均极限粘结强度均呈线性增长趋势；当混凝土强度相同时，植筋极限拉拔力随钢筋直径增大而明显增加；随着植筋深度增大，钢筋受力后胶混界面粘结应力沿植筋深度分布不均匀，胶-混界面间的平均极限粘结应力减少，因此试验粘结强度随着植筋深度增加而
减少，且随着D/d值的增大，粘结强度随植筋深度增加而减少的趋势稍显明显。
参考文献
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