玄武岩纤维混凝土与钢筋粘结锚固性能试验与分析

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发布时间：2021-09-03

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玄武岩纤维混凝土与钢筋粘结锚固性能
试验与分析
王钧，郭大鹏，马跃
(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)
摘要：为了研究玄武岩纤维混凝土(BFRC)与钢筋粘结锚固性能，对18个中心拔出试件和9个梁式
试件进行加载试验，获得各级荷载下加载端、自由端滑移量及钢筋应变，得到了粘结应力一滑移曲线
和粘结应力沿锚固长度的曲线分布。试验结果表明：随着玄武岩纤维的掺入，钢筋与混凝土粘结锚
固性能未表现出有利影响，极限粘结强度有所降低；掺入长度为25 mm 纤维的混凝土与钢筋的极
限粘结强度优于掺入长度为15 mm 纤维的混凝土与钢筋的极限粘结强度；混凝土强度的提高有利
于改善玄武岩纤维混凝土与钢筋粘结锚固性能，混凝土相对保护层厚度对粘结锚固性能影响不大；
锚固钢筋的应变曲线整体呈下凹形，沿锚固长度逐渐递减；粘结应力沿锚固长度呈多峰曲线；基于
试验数据建立的玄武岩纤维混凝土与钢筋粘结应力一滑移本构关系可以为玄武岩纤维混凝土的理
论与工程设计提供参考依据。
关键词：玄武岩纤维混凝土；粘结锚固性能；滑移；粘结强度；粘结应力一滑移本构关系
中图分类号：TU528．572 文献标志码：A
Experiment and Analysis of Bond—anchorage Properties
Between BFRC and Steel Bars
W ANG Jun。GUO Da—peng，
(School of Civil Engineering，Northeast Forestry University，
M A Yue
Harbin 150040，Heilongjiang，China)
Abstract：In order to study the bond—anchorage properties between basalt fiber reinforced concrete
(BFRC)and steel bars，the loading end，the free end slip and strain of steel bars under various
loads were acquired． Bond stress—slip curves and bond stress curves along anchorage length were
obtained through 18 center pull—out specimens and 9 beam specimens’loading experiment． The
experiment results show that basalt fiber has an adverse im pact on the bond—anchorage properties
between steel bars and concrete and reduces the ultimate bond strength． 25 mm basalt fiber
shows greater ultimate bond strength between concrete and steel bars than 1 5 mm basalt fiber．
The bond—anchorage properties between BFRC and steel bars will be improved with the increase
0f the concrete strength．Relative thickness of concrete cover has little effect on bond—anchorage
properties．Strain curves of anchor steel bars are concave as a whole and decrease gradually along
anchorage length． The bond stress curves along anchorage length are muhim oda1． The
constitutive relation of bond stress and slip between BFRC and steel bars on the basis of
experim ent data can provide reference for the theory and engineering design of BFRC．
收稿日期：2O14-06 11
基金项目：黑龙江省应用技术研究与开发计划项目(2013G0763)；黑龙江省博士后基金项目(LBH Z12006)
作者简介：王钧(1967一)，女，黑龙江哈尔滨人，教授，博士研究生导师，工学博士，E—mail：jun．w．619@163．corn。
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82 建筑科学与工程学报 2015丘
Key words：basalt fiber reinforced concrete；bond anchorage property；slip；bond strength；con
stitutive relation of bond stress and slip
0 引言
在钢筋混凝土结构中，混凝土和钢筋的粘结作
用是保证钢筋和混凝土这2种材料共同工作的基本
前提。玄武岩纤维作为一种天然无机材料，具有较
高的抗拉性能、良好的化学稳定性与热稳定性、高性
价比等特点，被称为21世纪无污染的“绿色工业材
料”。以混凝土作为基体，掺入玄武岩纤维，充分发
挥2种材料的优势，可很大程度上改善混凝土抗拉
性能低、易开裂、耐腐蚀性差等不足，起到增强增韧、
延长寿命等作用。
目前，中国对玄武岩纤维混凝土(BFRC)的研
究仍处于初期阶段，主要涉及力学性能、耐久性等研
究 ]。各国关于混凝土与钢筋的粘结锚固性能已
做了大量研究，主要涉及影响混凝土与钢筋粘结性
能的因素、粘结一滑移本构关系等。关于BFRC与钢
筋粘结锚固性能研究的报道尚较少，为了拓宽
BFRC的理论研究与工程实际应用，BFRC与钢筋
粘结锚固性能的研究愈发成为不可忽视的问题。本
文以玄武岩纤维掺量、纤维长度、混凝土强度、混凝
土相对保护层厚度、钢筋表面特征为参数，采用梁式
试验和中心拔出试验探讨参数改变对BFRC与钢
筋粘结锚固性能的影响。
l 试验方案
本文采用中心拔出试验和梁式试验，通过对试
件荷载作用下加载端、自由端滑移量以及各级荷载
对应的钢筋应变分析，研究BFRC与钢筋粘结锚固
性能。
1．1 试验设计
1．1．1 中心拔出试件设计及制作
根据《混凝土结构试验方法标准》(GB 50152
92) 中的要求，采用边长为1O倍钢筋直径的混凝
土立方体试块作为拔出试验试件，钢筋嵌固于试件
轴心，有粘结部分和无粘结部分长度各占总长度的
1／2，无粘结部分由PVC套管包裹，如图l所示。
试验以玄武岩纤维体积掺量、纤维长度、钢筋表
面特征为变化参数，考察其改变对混凝土与钢筋粘
结性能的影响，中心拔出试件设计参数见表l。试
件共6组，每组3个。为便于试件几何尺寸的确定，
选用直径为10 inIn的HPB300和HRB335级钢筋，
PVC套管
一一一一一：
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自由端加载端
图1 中心拔出试件示意(单位：mm)
Fig．1 Schematic Diagram of Center Pull-out
Specimen(Unit：mm)
表1 中心拔出试件设计参数
Tab．1 Design Parameters of Center Pull-out Specimens
试件编号体积掺量／纤维长度／mm 钢筋表面特征
BC1 0 O．O O 光圆
BC2 O 0．0 O 带肋
BC3—15 0．1 15 光圆
BC4 1 5 0．1 1 5 带肋
BC5 25 0．1 25 光圆
BC6 25 0．1 25 带肋
混凝土强度等级为C30。
1．1．2 梁式试件设计及制作
梁式试件设计参照国际材料与结构研究试验联
合会推荐的方法，由2个相同的混凝土半梁组成，
通过下部的钢筋和上部的钢铰连接，具体几何尺寸
为150 mm×250 mm×1 260 mm，钢筋锚固长度取
10倍钢筋直径。梁式试件及截面配筋见图2，其中，
F为荷载。试件加工过程中，对试验纵筋进行局部
开槽，内贴应变片以测试钢筋应变，应变片在锚固区
内均匀布置。开槽尺寸及应变片位置如图3所示。
梁式试验基于玄武岩纤维体积掺量、纤维长度、混凝
土强度等级、混凝土相对保护层厚度等参数变化，共
设计并制作9个梁式试件，试件设计参数见表2。
1．2 试验材料
试验材料参照文献E7]，玄武岩纤维物理力学性
能指标见表3。选用C30，C40为基准々昆凝土强度等
级，配合比设计见表4。基准混凝土立方体抗压
强度实测值见表5，钢筋主要力学性能指标见表6。
1．3 加载方法
梁式试验采用手动液压千斤顶加载。由应变测
试系统自动采集试验数据，加载装置见图4(a)；中
心拔出试件采用SW一100锚杆拉拔仪，加载装置见
图4(b)。两试验采用荷载控制法加载，加载初期每
级荷载为0．5 kN，观察到自由端出现滑移后，每