锈蚀植筋下新老混凝土黏结面压剪试验研究

工程科学学报，第40卷，第1期：23-30,2018年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.40,No.I:23-30,January 2018 D0L:10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.004;htp:/journals.ustb.edu.cm 锈蚀植筋下新老混凝土黏结面压剪试验研究 彭怀德)，刘敦文)四，戴兵)，曾水生)，褚夫蛟) 1)中南大学资源与安全工程学院，长沙4100832)中交一公局第二工程有限公司，苏州215011 3)山东理工大学资源与环境工程学院，淄博255049 ☒通信作者，E-mail:410536337@q4.com 摘要为研究锈蚀植筋下新老混凝土的黏结性能，采用某工程锈蚀钢筋作为植筋，制备了不同植筋率(0,0.223%、，0.446%、 0.502%,0.893%、1.004%、1.396%、1.786%和2.792%)的新老混凝土试件.在RYL-600微机控制岩石伺服剪切流变仪上进 行了不同初始静压力(0、1、2、3和4MPa)下混凝土试件的剪切试验.对试件的剪应力-位移曲线进行了归纳总结.得到了锈蚀 植筋下新老混凝土试件在外力作用下产生变形乃至破坏的演化规律：分析了锈蚀植筋下新老混凝土黏结面的抗剪强度，得到 了抗剪强度随植筋率及初始静压力变化的规律.同时根据试件试验破坏结果，着重分析了不同植筋率和不同初始静压力对其 破坏模式的影响.试验结论为新老混凝土力学性能的研究提供了理论依据. 关键词新老混凝土：黏结面：锈蚀植筋：剪切试验：破坏模式 分类号TU528.1 Experimental research on load-shear performance of interface between new and old concrete with corroded planting bar PENG Huai-de,LIU Dun-wen,DAI Bing,ZENG Shui-sheng),CHU Fu-jiao 1)School of Resources and Safety Engineering,Central South University,Changsha 410083,China 2)China Communications Construction Company First Highway Two Engineering Co.,Lid.,Suzhou 215011,China 3)School of Recourses and Environment,Shandong University of Technology,Zibo 255049,China Corresponding author,E-mail:410536337@qq.com ABSTRACT Thus far,a lot of concrete structures have been aging owing to the rapid development of highways,railways,and the construction industry in China.Concrete structure diseases,such as concrete surface cracks and erosion,require serious consideration due to the effect of long-term use and environmental impact.Some man-made factors have exacerbated these problems,such as insuffi- cient operating level and corners,among others.This has obscured safety risks associated with these concrete structures.However,not all of these structures could not be decommissioned to reduce the negative social and economic impact and to ensure the safety of build- ings;therefore,a reasonable approach was to repair and reinforce the old concrete structures.Additionally,in the process of mainte- nance and reinforcement,planting bars between the new and old concrete must be considered,and especially the corroded planting bar from an aged project that has been terminated.Many studies for the bonding performance of new and old concrete have been conducted by the experts and scholars at home and abroad;thereby,some results have been achieved.Only a few scholars have investigated the bonding performance between new and old concrete with planting bars and especially corroded planting bars from old reconstruction pro- jects that have been terminated.Therefore,investigating the shear performance of new and old concrete with corroded planting bars was of utmost importance.To study the mechanical properties of the interface between new and old concrete with corroded planting bars,the new and old concrete specimens with different planting bar ratios (0%,0.223%,0.446%,0.502%,0.893%,1.004%,1.396%, 收稿日期：2017-08-10 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51404303)：湖南省教育厅科学研究资助项目(7C1086)

工程科学学报,第 40 卷,第 1 期:23鄄鄄30,2018 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 40, No. 1: 23鄄鄄30, January 2018 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2018. 01. 004; http: / / journals. ustb. edu. cn 锈蚀植筋下新老混凝土黏结面压剪试验研究 彭怀德1) , 刘敦文1) 苣 , 戴 兵) , 曾水生2) , 褚夫蛟3) 1) 中南大学资源与安全工程学院, 长沙 410083 2) 中交一公局第二工程有限公司, 苏州 215011 3) 山东理工大学资源与环境工程学院, 淄博 255049 苣通信作者, E鄄mail:410536337@ qq. com 摘 要 为研究锈蚀植筋下新老混凝土的黏结性能,采用某工程锈蚀钢筋作为植筋,制备了不同植筋率(0、0郾 223% 、0郾 446% 、 0郾 502% 、0郾 893% 、1郾 004% 、1郾 396% 、1郾 786% 和2郾 792% )的新老混凝土试件. 在 RYL鄄鄄600 微机控制岩石伺服剪切流变仪上进 行了不同初始静压力(0、1、2、3 和 4 MPa)下混凝土试件的剪切试验. 对试件的剪应力鄄鄄位移曲线进行了归纳总结,得到了锈蚀 植筋下新老混凝土试件在外力作用下产生变形乃至破坏的演化规律;分析了锈蚀植筋下新老混凝土黏结面的抗剪强度,得到 了抗剪强度随植筋率及初始静压力变化的规律. 同时根据试件试验破坏结果,着重分析了不同植筋率和不同初始静压力对其 破坏模式的影响. 试验结论为新老混凝土力学性能的研究提供了理论依据. 关键词 新老混凝土; 黏结面; 锈蚀植筋; 剪切试验; 破坏模式 分类号 TU528郾 1 收稿日期: 2017鄄鄄08鄄鄄10 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51404303);湖南省教育厅科学研究资助项目(7C1086) Experimental research on load鄄shear performance of interface between new and old concrete with corroded planting bar PENG Huai鄄de 1) , LIU Dun鄄wen 1) 苣 , DAI Bing 1) , ZENG Shui鄄sheng 2) , CHU Fu鄄jiao 3) 1)School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, China 2)China Communications Construction Company First Highway Two Engineering Co. , Ltd. , Suzhou 215011, China 3) School of Recourses and Environment, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China 苣Corresponding author, E鄄mail: 410536337@ qq. com ABSTRACT Thus far, a lot of concrete structures have been aging owing to the rapid development of highways, railways, and the construction industry in China. Concrete structure diseases, such as concrete surface cracks and erosion, require serious consideration due to the effect of long鄄term use and environmental impact. Some man鄄made factors have exacerbated these problems, such as insuffi鄄 cient operating level and corners, among others. This has obscured safety risks associated with these concrete structures. However, not all of these structures could not be decommissioned to reduce the negative social and economic impact and to ensure the safety of build鄄 ings; therefore, a reasonable approach was to repair and reinforce the old concrete structures. Additionally, in the process of mainte鄄 nance and reinforcement, planting bars between the new and old concrete must be considered, and especially the corroded planting bar from an aged project that has been terminated. Many studies for the bonding performance of new and old concrete have been conducted by the experts and scholars at home and abroad; thereby, some results have been achieved. Only a few scholars have investigated the bonding performance between new and old concrete with planting bars and especially corroded planting bars from old reconstruction pro鄄 jects that have been terminated. Therefore, investigating the shear performance of new and old concrete with corroded planting bars was of utmost importance. To study the mechanical properties of the interface between new and old concrete with corroded planting bars, the new and old concrete specimens with different planting bar ratios (0% , 0郾 223% , 0郾 446% , 0郾 502% , 0郾 893% , 1郾 004% , 1郾 396%

·24· 工程科学学报，第40卷，第1期 1.786%,and 2.792%)were prepared based on the corroded planting bars.These corroded planting bars came from the tunnel lining structure of a project that had been terminated for over five years.Shear tests were conducted for new and old concrete under different initial static pressures (0-4 MPa)in an RYL-600 microcomputer control servo rock shear rheometer.The evolution law of the deforma- tion and destruction of new and old concrete specimens under the action of external forces was obtained through summarizing the shear stresses and displacement curves of the specimens.The law of shear strength along with the variation of the steel planting ratio,as well as the initial pressure,were acquired by analyzing the shear strength of the new and old concrete interface with corroded planting bars. Moreover,the influence of different planting bar ratios and the initial pressure on the failure mode of concrete specimens was analyzed emphatically based on specimen failure results.The test results provided the theoretical basis for investigating the mechanical perform- ance of new and old concrete. KEY WORDS new and old concrete;interface;corroded planting bar;shear experiment;failure mode 自20世纪八十年代以来，我国公路、铁路和建 等)研究了新老混凝土中的离子传输特性，为选择 筑工业飞速发展，迄今为止，我国许多混凝土建筑结 合适的新混凝土提供了依据；Diab等]与Climaco 构都已步入老龄期，其中有些结构的混凝土病害比 等]研究了新混凝土与老凝土结合后的斜剪性能， 较严重，如混凝土桥墩、桥面、路基等由于长期运营 Pandey与Behfarnia等)研究了界面粗糙度、养 使用和环境等方面的影响，混凝土表面出现了开裂 护条件和界面含水情况对新老混凝土黏结性能的影 和剥蚀等问题：而某些人为因素，如操作水平不高、 响.以上这些研究中，关于新老混凝土的植筋的研 偷工减料等，更是加剧了这些问题的严重性，并使得 究虽然不少，但很少有学者采用锈蚀钢筋，尤其是停 建（构）筑物在建成后暗藏各种不安全隐患.但是， 工复建工程中的锈蚀钢筋.因此有必要对植入锈蚀 出于社会和经济方面的考虑，这些存在安全隐患的 钢筋的新老混凝土结合面的抗剪性能进行研究. 建（构）筑物不可能全部被推倒重建，比较合理的方 本文通过试验，研究锈蚀植筋后新老混凝土的 法是对存在问题的老混凝土进行适当地维修和加 黏结性能，选取某停工复建工程中锈蚀时间超过五 固1-).而在维修或加固过程中，必须要考虑植筋下 年的钢筋作为植筋，并采用不同初始静压P(0、1、2、 新老混凝土之间的黏结特性，尤其是在含锈蚀钢筋 3和4MPa)对不同植筋率R(0、0.223%、0.446%、 的混凝土中 0.502%、0.893%、1.004%、1.396%、1.786%和 对于新老混凝土黏结性能的研究，国内外专家 2.792%)的新老混凝土试件进行试验研究，得出锈 和学者做了大量研究，并取得了一定的成果.Xiao 蚀植筋下新老混凝土黏结的抗剪性能规律，为今后 等[4)研究得出了在周期剪切荷载下的不同配合比 研究锈蚀钢筋下新老混凝土黏结面的剪切作用效果 混凝土结合面的力学性能：)对不同性质的混凝 和机理提供了参考和借鉴，同时为实际施工技术方 土进行了新老混凝土黏结面强度的试验研究，得到 案提供了一定的理论指导. 了混凝土的力学性质随时间的变化趋势：Julio等[6 1压剪试验 通过试验研究了不同粗糙度混凝土黏结面的抗拉和 1.1试件设计及制作 抗剪性能，得到了试件强度与黏结面处理方式的关 试件设计采用老混凝土的强度设计等级为 系：靳利娜等)采用试验和数值模拟相结合的方法 C25,新混凝土的强度设计等级为C30,两种混凝土 研究了新老混凝土在凿毛不植筋和既凿毛又植筋两 都采用中材P.042.5级水泥：细集料用中砂：粗集 种情况下的抗剪性能，得到了植筋对混凝土结合面 料为5~31.5mm碎石，掺配比率5~16mm碎石的 抗剪性能的影响程度：潘传银等[]对不同倾角的黏 质量分数为20%、16~31.5mm碎石的质量分数为 结面进行了新老混凝土抗剪强度试验，得到了黏结 80%:水为饮用水：外加剂为JK-8聚羧酸高性能减 面抗剪强度随倾角的增大而增大的规律：孙吴与钱 水剂.混凝土配合比详细情况见表1. 永久[]通过试验对比分析了植筋与开槽的新老混 试验用锈蚀钢筋来源于某一停工超过5a的高 凝土结合面的抗剪性能和破坏形式，得到了两种结 速公路复建项目，在该项目其中一个隧道衬砌结构 合形式新老混凝土的破坏特征及抗剪能力；Wang 上截取锈蚀程度较为严重的HRB335带肋螺纹钢， 等io】、Iskhakov等f)和Mechtcherine!2]研究在低强 切割成长度不小于600mm的试样.除锈、清洗和干 度的老钢筋混凝土上黏结含高强度纤维的钢筋混凝 燥后与该批次进场验收时平均截面损失相对比1⑧】， 土，以提高钢筋混凝土结构的整体力学性能：Log 试验得到的锈蚀钢筋力学性能参数见表2

工程科学学报,第 40 卷,第 1 期 1郾 786% , and 2郾 792% ) were prepared based on the corroded planting bars. These corroded planting bars came from the tunnel lining structure of a project that had been terminated for over five years. Shear tests were conducted for new and old concrete under different initial static pressures (0鄄鄄4 MPa) in an RYL鄄鄄600 microcomputer control servo rock shear rheometer. The evolution law of the deforma鄄 tion and destruction of new and old concrete specimens under the action of external forces was obtained through summarizing the shear stresses and displacement curves of the specimens. The law of shear strength along with the variation of the steel planting ratio, as well as the initial pressure, were acquired by analyzing the shear strength of the new and old concrete interface with corroded planting bars. Moreover, the influence of different planting bar ratios and the initial pressure on the failure mode of concrete specimens was analyzed emphatically based on specimen failure results. The test results provided the theoretical basis for investigating the mechanical perform鄄 ance of new and old concrete. KEY WORDS new and old concrete; interface; corroded planting bar; shear experiment; failure mode 自 20 世纪八十年代以来,我国公路、铁路和建 筑工业飞速发展,迄今为止,我国许多混凝土建筑结 构都已步入老龄期,其中有些结构的混凝土病害比 较严重,如混凝土桥墩、桥面、路基等由于长期运营 使用和环境等方面的影响,混凝土表面出现了开裂 和剥蚀等问题;而某些人为因素,如操作水平不高、 偷工减料等,更是加剧了这些问题的严重性,并使得 建(构)筑物在建成后暗藏各种不安全隐患. 但是, 出于社会和经济方面的考虑,这些存在安全隐患的 建(构)筑物不可能全部被推倒重建,比较合理的方 法是对存在问题的老混凝土进行适当地维修和加 固[1鄄鄄3] . 而在维修或加固过程中,必须要考虑植筋下 新老混凝土之间的黏结特性,尤其是在含锈蚀钢筋 的混凝土中. 对于新老混凝土黏结性能的研究,国内外专家 和学者做了大量研究,并取得了一定的成果. Xiao 等[4]研究得出了在周期剪切荷载下的不同配合比 混凝土结合面的力学性能;Li [5] 对不同性质的混凝 土进行了新老混凝土黏结面强度的试验研究,得到 了混凝土的力学性质随时间的变化趋势;Julio 等[6] 通过试验研究了不同粗糙度混凝土黏结面的抗拉和 抗剪性能,得到了试件强度与黏结面处理方式的关 系;靳利娜等[7]采用试验和数值模拟相结合的方法 研究了新老混凝土在凿毛不植筋和既凿毛又植筋两 种情况下的抗剪性能,得到了植筋对混凝土结合面 抗剪性能的影响程度;潘传银等[8] 对不同倾角的黏 结面进行了新老混凝土抗剪强度试验,得到了黏结 面抗剪强度随倾角的增大而增大的规律;孙昊与钱 永久[9]通过试验对比分析了植筋与开槽的新老混 凝土结合面的抗剪性能和破坏形式,得到了两种结 合形式新老混凝土的破坏特征及抗剪能力;Wang 等[10] 、Iskhakov 等[11] 和 Mechtcherine [12] 研究在低强 度的老钢筋混凝土上黏结含高强度纤维的钢筋混凝 土,以提高钢筋混凝土结构的整体力学性能;Long 等[13]研究了新老混凝土中的离子传输特性,为选择 合适的新混凝土提供了依据;Diab 等[14] 与 Cl侏maco 等[15]研究了新混凝土与老凝土结合后的斜剪性能, Pandey [16]与 Behfarnia 等[17] 研究了界面粗糙度、养 护条件和界面含水情况对新老混凝土黏结性能的影 响. 以上这些研究中,关于新老混凝土的植筋的研 究虽然不少,但很少有学者采用锈蚀钢筋,尤其是停 工复建工程中的锈蚀钢筋. 因此有必要对植入锈蚀 钢筋的新老混凝土结合面的抗剪性能进行研究. 本文通过试验,研究锈蚀植筋后新老混凝土的 黏结性能,选取某停工复建工程中锈蚀时间超过五 年的钢筋作为植筋,并采用不同初始静压 P(0、1、2、 3 和 4 MPa)对不同植筋率 R(0、0郾 223% 、0郾 446% 、 0郾 502% 、 0郾 893% 、 1郾 004% 、 1郾 396% 、 1郾 786% 和 2郾 792% )的新老混凝土试件进行试验研究,得出锈 蚀植筋下新老混凝土黏结的抗剪性能规律,为今后 研究锈蚀钢筋下新老混凝土黏结面的剪切作用效果 和机理提供了参考和借鉴,同时为实际施工技术方 案提供了一定的理论指导. 1 压剪试验 1郾 1 试件设计及制作 试件设计采用老混凝土的强度设计等级为 C25,新混凝土的强度设计等级为 C30,两种混凝土 都采用中材 P郾 0 42郾 5 级水泥;细集料用中砂;粗集 料为 5 ~ 31郾 5 mm 碎石,掺配比率 5 ~ 16 mm 碎石的 质量分数为 20% 、16 ~ 31郾 5 mm 碎石的质量分数为 80% ;水为饮用水;外加剂为 JK鄄鄄8 聚羧酸高性能减 水剂. 混凝土配合比详细情况见表 1. 试验用锈蚀钢筋来源于某一停工超过 5 a 的高 速公路复建项目,在该项目其中一个隧道衬砌结构 上截取锈蚀程度较为严重的 HRB335 带肋螺纹钢, 切割成长度不小于 600 mm 的试样. 除锈、清洗和干 燥后与该批次进场验收时平均截面损失相对比[18] . 试验得到的锈蚀钢筋力学性能参数见表 2. ·24·

彭怀德等：锈蚀植筋下新老混凝土黏结面压剪试验研究 .25 表1混凝土配合比 Table 1 Concrete proportions 每立方米混凝土各种原材料用量/(kgm3) 设计坍落度/ 设计标号 水灰比 砂率/% 水泥 细集料 粗集料 水 外加剂 mm C25 0.45 40 333 777 1166 150 3.330 160~200 C30 0.41 38 366 727 1187 150 2.928 160~200 表2锈蚀钢筋力学性能参数 Table 2 Mechanical performance parameters of corroded rebar 平均截面积/ 屈服强度/ 极限强度/ 平均伸长率/ 平均截面损失速率/ 规格型号 平均直径/mm mm? MPa MPa % (mma-1) 8 6.69 34.22 315.00 425.00 30.67 0.22 中12 10.84 91.32 381.22 582.50 30.50 0.20 16 14.76 171.38 391.57 585.00 30.33 0.20 20 18.80 281.59 393.37 586.33 29.33 0.20 试验中混凝土试块中植入的钢筋长度均为120 2时，两根锈蚀钢筋试件的植入位置为平行于老混 mm(在新老混凝土中各植入60mm),植入钢筋直径 凝土对边的中线上，间距为50mm.如图1所示.不 分别为8、12、16和20mm的锈蚀螺纹钢，试验考虑 同植筋形式的试件以符号S:-记，其中i为标准规格 的植筋数不超过2.当混凝土试件植筋数为1时，单 的钢筋直径J为植筋数，S。为无植筋.试件的植筋 根锈蚀钢筋植入位置位于试件正中央：当植筋数为 率通过植筋的截面面积除以界面面积求得， 新 混凝 凝 钢筋 钢筋 钢筋 75mm. 钢筋 50m5 50 mm 混凝土 混凝 前视 俯视 前视 俯视 图1试件植筋示意图.(a)一根植筋：(b)两根植筋 Fig.I Schematic diagram of planted bar specimens:(a)one planting bar;(b)two planting bars 根据现场情况和实验室的条件，采用标准立方 mm×150mm×75mm,至试模顶面；(6)48h后脱 体试件[9-20]，试件总体尺寸（长×宽×厚）为150 模，然后养护至试验. mm×150mm×150mm,其中老混凝土在下，新混凝 1.2试验设备及方法 土在上，新、老混凝土尺寸各为150mm×150mm× 全部试验在长春朝阳公司生产的RYL6O0微机 75mm.试件的具体制作过程为：(1)以强度为标准， 控制岩石伺服剪切流变仪上进行（加上仪器图片）， 制作设计强度为C25的混凝土试件135个，浇注体 如图2所示.设计采用的轴向初始静态压力P为0、 积为150mm×150mm×75mm,以此作为老混凝土； 12、3和4MPa,记为Mo、M1、…、M4.对于植入两根 (2)在老混凝土初凝前，以类似预埋的方式将钢筋 钢筋的试件，剪切方向与钢筋连线垂直.试件压剪 植入老混凝土中，然后固定，并保证植入深度、垂直 示意图如图3所示 度和稳定性：(3)对老混凝土标准养护28d后，再自 2试验结果分析 然养护2个月，然后将试件植入钢筋的一面朝上，并 以此为黏结面，清除露出的钢筋表面的锈和混凝土 2.1剪应力-剪位移曲线分析 表面的浮土和裂纹，清洗风干后，将黏结面的粗糙度 图4显示为在不同初始静压力下未植筋（植筋 控制在2.7mm左右：(4)在黏结面上涂刷界面剂： 率为0)混凝土试块的剪应力-剪位移曲线，从图中 (5)浇注设计等级为C30的混凝土，浇注体积为150 可以看出，整体上剪应力随着初始静压的增加而增

彭怀德等: 锈蚀植筋下新老混凝土黏结面压剪试验研究 表 1 混凝土配合比 Table 1 Concrete proportions 设计标号 水灰比 砂率/ % 每立方米混凝土各种原材料用量/ (kg·m - 3 ) 水泥 细集料 粗集料 水 外加剂 设计坍落度/ mm C25 0郾 45 40 333 777 1166 150 3郾 330 160 ~ 200 C30 0郾 41 38 366 727 1187 150 2郾 928 160 ~ 200 表 2 锈蚀钢筋力学性能参数 Table 2 Mechanical performance parameters of corroded rebar 规格型号 平均直径/ mm 平均截面积/ mm 2 屈服强度/ MPa 极限强度/ MPa 平均伸长率/ % 平均截面损失速率/ (mm·a - 1 ) 准8 6郾 69 34郾 22 315郾 00 425郾 00 30郾 67 0郾 22 准12 10郾 84 91郾 32 381郾 22 582郾 50 30郾 50 0郾 20 准16 14郾 76 171郾 38 391郾 57 585郾 00 30郾 33 0郾 20 准20 18郾 80 281郾 59 393郾 37 586郾 33 29郾 33 0郾 20 试验中混凝土试块中植入的钢筋长度均为 120 mm(在新老混凝土中各植入 60 mm),植入钢筋直径 分别为 8、12、16 和 20 mm 的锈蚀螺纹钢,试验考虑 的植筋数不超过 2. 当混凝土试件植筋数为 1 时,单 根锈蚀钢筋植入位置位于试件正中央;当植筋数为 2 时,两根锈蚀钢筋试件的植入位置为平行于老混 凝土对边的中线上,间距为 50 mm. 如图 1 所示. 不 同植筋形式的试件以符号 Si - j记,其中 i 为标准规格 的钢筋直径,j 为植筋数,S0为无植筋. 试件的植筋 率通过植筋的截面面积除以界面面积求得. 图 1 试件植筋示意图 郾 (a)一根植筋;(b)两根植筋 Fig. 1 Schematic diagram of planted bar specimens: (a) one planting bar; (b) two planting bars 根据现场情况和实验室的条件,采用标准立方 体试件[19鄄鄄20] ,试件总体尺寸(长 伊 宽 伊 厚) 为 150 mm 伊 150 mm 伊 150 mm,其中老混凝土在下,新混凝 土在上,新、老混凝土尺寸各为 150 mm 伊 150 mm 伊 75 mm. 试件的具体制作过程为:(1)以强度为标准, 制作设计强度为 C25 的混凝土试件 135 个,浇注体 积为 150 mm 伊 150 mm 伊 75 mm,以此作为老混凝土; (2)在老混凝土初凝前,以类似预埋的方式将钢筋 植入老混凝土中,然后固定,并保证植入深度、垂直 度和稳定性;(3)对老混凝土标准养护 28 d 后,再自 然养护 2 个月,然后将试件植入钢筋的一面朝上,并 以此为黏结面,清除露出的钢筋表面的锈和混凝土 表面的浮土和裂纹,清洗风干后,将黏结面的粗糙度 控制在 2郾 7 mm 左右;(4)在黏结面上涂刷界面剂; (5)浇注设计等级为 C30 的混凝土,浇注体积为 150 mm 伊 150 mm 伊 75 mm,至试模顶面;(6) 48 h 后脱 模,然后养护至试验. 1郾 2 试验设备及方法 全部试验在长春朝阳公司生产的 RYL600 微机 控制岩石伺服剪切流变仪上进行(加上仪器图片), 如图2 所示. 设计采用的轴向初始静态压力 P 为0、 1、2、3 和 4 MPa,记为 M0 、M1 、…、M4 . 对于植入两根 钢筋的试件,剪切方向与钢筋连线垂直. 试件压剪 示意图如图 3 所示. 2 试验结果分析 2郾 1 剪应力鄄鄄剪位移曲线分析 图 4 显示为在不同初始静压力下未植筋(植筋 率为 0)混凝土试块的剪应力鄄鄄 剪位移曲线,从图中 可以看出,整体上剪应力随着初始静压的增加而增 ·25·

·26· 工程科学学报，第40卷，第1期 --0Pa -1MPa -2 MPa 初始静压力 3 MPa 4 MPa 控制箱 水平剪力 图2RYI600微机控制岩石伺服剪切流变仪 Fig.2 RYL-600 microcomputer control servo rock shear rheometer 3456 7 剪位移/mm 图4S,剪应力-剪位移曲线 Fig.4 Shear stress-shear displacement curves of So 新混凝土 达到峰值剪应力之前的曲线与未植筋混凝土试块得 到的曲线相似.而与未植筋试件不同的是，由于有 植筋的存在，植筋试件的峰值剪应力附近，曲线在更 黏结面 大范围内更加平滑，也就是说，第三阶段持续的时间 老混凝土 更长，剪位移更大，并且，第四阶段中，剪应力下降得 更缓慢.另外，在M状态下由于试件内有植筋，导 150mm 致其剪应力不会出现“一降到底”的现象，在钢筋破 图3压剪试件示意图 坏前，试件剪应力一直存在.当植筋率越来越大时， Fig.3 Schematic diagram of load-shear specimens 试件的破坏后阶段出现了波动，如图5(d)所示，试 大.试件的剪应力-剪位移曲线发展过程大致可以 件剪应力-位移曲线“尾巴”处出现了不同程度的波 分为四个阶段：第一阶段，剪应力从0增加到峰值的 动，这是由于试件在黏结面破坏后内部钢筋没有屈 10%左右.这个阶段主要是试件内部材料的压实和 服，使得试件仍有一定的抗剪能力，随着剪位移的增 啮合作用，此过程剪应力增加较为缓慢：第二阶段， 加，钢筋的移动导致周围混凝土的破坏，因而会产生 剪应力从峰值的10%左右增加到峰值的90%~ 应力释放现象，使得应力下降，从而曲线出现波动. 95%.这个阶段主要是试件结合面间的机械作用力 从图6中可以看出植筋为2根试件的剪应力- 和范德华力在起作用，此过程剪应力迅速增加：第三 位移曲线与植筋为1根的类似.但随着植筋率的增 阶段，从剪应力峰值的90%~95%直到出现峰值. 加，曲线峰值位置形状却由尖锐变得圆滑，这是由于 这个阶段主要是试件结合面大骨料间的啮合作用， 钢筋的抗剪能力大于混凝土的抗剪能力导致，钢筋 此过程剪应力仍持续增加，但是增加得较为平缓：第 会承受一定的剪应力，使得试件的抗剪能力增加 四阶段，峰值剪应力的出现直至试验完全结束.这 2.2剪切强度分析 个阶段又分为无初始静压力和有初始静压力两种情 新老混凝土黏结面剪切强度试验结果如图7 况：对于无初始静压的试件，由于剪切破坏后，黏结 所示 面无黏聚力且摩擦力较小，因此应力值下降较为迅 从图7(a)可以看出，对于植入单根钢筋的试 速，仪器判断破坏后即自动停止试验：而有初始静压 件，其剪切强度随着初始静压的增加而增大，而在相 力的试件，由于初始静压力增大了结合面间的摩擦 同初始静压的作用下，植筋率越大，试件的抗剪强度 力，导致峰值剪应力出现后，试件并没有弹开而停止 也越大.对曲线进行拟合，可得到4种不同植筋率 试验，只不过剪应力值急剧下降，最后趋于某一 的试件抗剪强度？与初始静压P、植筋率R的关系 定值. 式为： 图5为植筋数为1条件下不同植筋率混凝土试 T=1.4251P+189.24R+2.4801 (1) 块的剪应力-剪位移曲线.从图中可以明显看出，剪 从图7(b)可以看出，当植筋数为2时，岩石的 应力-剪位移曲线大致也分为四个阶段，且在试块 剪切强度整体上随着初始静压力及植筋率的增加而

工程科学学报,第 40 卷,第 1 期 图 2 RYL600 微机控制岩石伺服剪切流变仪 Fig. 2 RYL鄄鄄600 microcomputer control servo rock shear rheometer 图 3 压剪试件示意图 Fig. 3 Schematic diagram of load鄄shear specimens 大. 试件的剪应力鄄鄄 剪位移曲线发展过程大致可以 分为四个阶段:第一阶段,剪应力从 0 增加到峰值的 10% 左右. 这个阶段主要是试件内部材料的压实和 啮合作用,此过程剪应力增加较为缓慢;第二阶段, 剪应力从峰值的 10% 左右增加到峰值的 90% ~ 95% . 这个阶段主要是试件结合面间的机械作用力 和范德华力在起作用,此过程剪应力迅速增加;第三 阶段,从剪应力峰值的 90% ~ 95% 直到出现峰值. 这个阶段主要是试件结合面大骨料间的啮合作用, 此过程剪应力仍持续增加,但是增加得较为平缓;第 四阶段,峰值剪应力的出现直至试验完全结束. 这 个阶段又分为无初始静压力和有初始静压力两种情 况:对于无初始静压的试件,由于剪切破坏后,黏结 面无黏聚力且摩擦力较小,因此应力值下降较为迅 速,仪器判断破坏后即自动停止试验;而有初始静压 力的试件,由于初始静压力增大了结合面间的摩擦 力,导致峰值剪应力出现后,试件并没有弹开而停止 试验,只不过剪应力值急剧下降,最后趋于某一 定值. 图 5 为植筋数为 1 条件下不同植筋率混凝土试 块的剪应力鄄鄄剪位移曲线. 从图中可以明显看出,剪 应力鄄鄄剪位移曲线大致也分为四个阶段,且在试块 图 4 S0剪应力鄄鄄剪位移曲线 Fig. 4 Shear stress鄄鄄shear displacement curves of S0 达到峰值剪应力之前的曲线与未植筋混凝土试块得 到的曲线相似. 而与未植筋试件不同的是,由于有 植筋的存在,植筋试件的峰值剪应力附近,曲线在更 大范围内更加平滑,也就是说,第三阶段持续的时间 更长,剪位移更大,并且,第四阶段中,剪应力下降得 更缓慢. 另外,在 M0状态下由于试件内有植筋,导 致其剪应力不会出现“一降到底冶的现象,在钢筋破 坏前,试件剪应力一直存在. 当植筋率越来越大时, 试件的破坏后阶段出现了波动,如图 5( d)所示,试 件剪应力鄄鄄位移曲线“尾巴冶处出现了不同程度的波 动,这是由于试件在黏结面破坏后内部钢筋没有屈 服,使得试件仍有一定的抗剪能力,随着剪位移的增 加,钢筋的移动导致周围混凝土的破坏,因而会产生 应力释放现象,使得应力下降,从而曲线出现波动. 从图 6 中可以看出植筋为 2 根试件的剪应力鄄鄄 位移曲线与植筋为 1 根的类似. 但随着植筋率的增 加,曲线峰值位置形状却由尖锐变得圆滑,这是由于 钢筋的抗剪能力大于混凝土的抗剪能力导致,钢筋 会承受一定的剪应力,使得试件的抗剪能力增加. 2郾 2 剪切强度分析 新老混凝土黏结面剪切强度试验结果如图 7 所示. 从图 7( a) 可以看出,对于植入单根钢筋的试 件,其剪切强度随着初始静压的增加而增大,而在相 同初始静压的作用下,植筋率越大,试件的抗剪强度 也越大. 对曲线进行拟合,可得到 4 种不同植筋率 的试件抗剪强度 子 与初始静压 P、植筋率 R 的关系 式为: 子 = 1郾 4251P + 189郾 24R + 2郾 4801 (1) 从图 7(b)可以看出,当植筋数为 2 时,岩石的 剪切强度整体上随着初始静压力及植筋率的增加而 ·26·

彭怀德等：锈蚀植筋下新老混凝土黏结面压剪试验研究 27· 10r ·-0MPa -0MPa -1 MPa -I MPa 8 2 MPa --2 MPa 3 MPa 3 MPa +-4MP 6 4 MPa 中中 4 45 6 3 45 67 剪位移mm 剪位移mm -0 MPa 12 +一1MPa (d) ·0MPa +-2MP -1 MPa 3 MPa 10 2 MPa 8 4 MPa -3 MPa 4 MPa 45 7 3 剪位移lmm 剪位移mm 图5S-i剪应力-剪位移曲线.(a)Sg-1:(b)S2.1;(c)S6-1:(d)Sm-i Fig.5 Shear stress-shear displacement curves of S:(a)Ss-1:(b)S21:(c)S6-1:(d)S20-1 -+-0MPa -0 MPa 1 MPa 10 (a) 1 MPa 12 --2 MPa -2 MPa 3 MPa 3 MPa 10 4 MPa 4 MPa 8 6 6 5 6 7 > 剪位移/mm 剪位移mm 14 (e) -0 MPa ·-0MPa --1 MPa 10 +1 MPa 2 MPa 2 MPa --3 MPa 8 -3 MPa 10 4MPa -4 MPa 6 6 4 7 34 6 7 剪位移mm 剪位移mm 图6S2剪应力-剪位移曲线.(a)Sg-2;(b)S22;(c)S6-2:(d)S2n-2 Fig.6 Shear stress-shear displacement curves of S-2:(a)Ss-2:(b)S2-2(c)S-2;(d)S2-2 增大，而植入钢筋为2根中20mm的试件，在轴压强 的同条件试件的低，同时也低于植筋率为1.786% 度达到3MPa时，剪切强度反而比轴压强度为2MPa 的两根中16mm钢筋的试件.这说明在轴压强度大

彭怀德等: 锈蚀植筋下新老混凝土黏结面压剪试验研究 图 5 Si - 1剪应力鄄鄄剪位移曲线 郾 (a) S8 - 1 ; (b) S12 - 1 ; (c) S16 - 1 ; (d) S20 - 1 Fig. 5 Shear stress鄄鄄shear displacement curves of Si - 1 : (a) S8 - 1 ;(b) S12 - 1 ; (c) S16 - 1 ;(d) S20 - 1 图 6 Si - 2剪应力鄄鄄剪位移曲线. (a) S8 - 2 ;(b) S12 - 2 ;(c) S16 - 2 ;(d) S20 - 2 Fig. 6 Shear stress鄄鄄shear displacement curves of Si - 2 :(a) S8 - 2 ;(b) S12 - 2 ;(c) S16 - 2 ;(d) S20 - 2 增大,而植入钢筋为 2 根 准20 mm 的试件,在轴压强 度达到 3 MPa 时,剪切强度反而比轴压强度为 2 MPa 的同条件试件的低,同时也低于植筋率为 1郾 786% 的两根 准16 mm 钢筋的试件. 这说明在轴压强度大 ·27·