冻融环境下钢筋—再生混凝土粘结性能退化机理及模型研究

In reinforced concrete structures, the bonding function between steel bar and concrete is one of the most important factors that enable these two different materials to work together. The strength reduction, change of inner-pore structure and appearance of cracks of concrete will be caused after freezing and thawing cycles, and then the bond behavior between steel bar and concrete will be destroyed, the reduction of reliability performance will be caused.The bond behavior between steel bar and recycled aggregate concrete is the object in this project. The bond behavior between steel bar and recycled aggregate concrete, the microstructure and hardness of interface is tested and analyzed after different cycles of freeze-thaw. The effect of freeze-thaw cycles on the bond behavior is analyzed according to the bond strength,the residual strength, the debond strength and peak slip.The effect of surface configurations and diameter of steel bar, bond length between steel bar and concrete on the bond behavior are analyzed after the same cycles of freeze-thaw. Degradation regularity and deteriaroting mechanism of bond behavior between steel bar and recycled aggregate concrete is studied based on the experimental results of mechanical properties and microstructure. Degradation model of bond strength and bond-slip constitutive relation between steel bar and recycled aggregate concrete is built. It can provide the experimental foundations and computing model for anchorage length of steel bar in recycled aggregate concrete and finite element analysis of recycled aggregate concrete structures.

钢筋与混凝土的粘结作用是钢筋混凝土构件共同工作的前提。冻融循环作用会引起混凝土强度降低、内部结构发生变化以及裂缝产生等，进而对钢筋与混凝土的粘结性能产生影响，引起钢筋混凝土构件可靠性能的降低。本项目以钢筋-再生混凝土间的粘结性能为研究对象，对不同冻融循环次数作用后钢筋-再生混凝土的粘结性能和钢筋-再生混凝土界面的微观结构、硬度进行测试、分析。从粘结强度、残余强度、脱粘强度和峰值滑移等角度分析冻融循环次数对粘结性能的影响；在相同冻融循环次数作用后，分析钢筋外形、钢筋直径和粘结长度对钢筋-再生混凝土粘结性能的影响；将力学性能与微观结构结合起来研究冻融环境下钢筋-再生混凝土粘结性能的退化规律及劣化机理，建立冻融环境下钢筋-再生混凝土粘结强度退化计算模型和粘结应力-滑移本构关系。本研究可为钢筋在再生混凝土中锚固长度的取值和钢筋再生混凝土结构的有限元分析提供可靠的试验依据和计算模型。

钢筋与混凝土的粘结作用是钢筋混凝土构件共同工作的前提。冻融循环作用会引起混凝土强度降低、内部结构发生变化以及裂缝产生等，进而对钢筋与混凝土的粘结性能产生影响，引起钢筋混凝土构件可靠性能的降低。随着建筑垃圾的增多，环境问题日益突出，废旧混凝土经回收破碎筛分后制成再生骨料混凝土，不仅可以减少对自然砂石的过度开采，还能减轻对环境的严重污染。本项目主要对钢筋再生混凝土（RC）粘结性能进行研究。.（1）对两种外形、四种直径的钢筋与再生骨料取代率为30%的RC制作的中心拔出试件。进行了不同冻融循环次数作用后的中心拔出试验，分析了冻融循环次数及钢筋外形对钢筋—RC间粘结性能的影响；试验过程中，对中心拔出试件进行了超声波速的测试，探究裂缝发展趋势。.（2）通过对不同直径变形钢筋与再生粗骨料掺量为60％的RC制作的中心拔出试件，对淡水及浓度为3.5％的NaCl溶液经0、25、50、75次冻融循环后的试件进行黏结试验，研究了盐冻循环对变形钢筋与RC黏结性能的影响。结果表明：相比于淡水冻融，盐冻循环对变形钢筋与RC黏结性能的影响更显著，表现为黏结强度下降更快，峰值滑移增加更快。.（3）通过在RC中添加引气剂配制出引气RC，并制作了不同直径钢筋-引气RC中心拔出试件。将试件放在淡水与盐浓度为5%的人工海水中进行了25、50、75 次快速冻融循环，然后对试件进行了黏结性能试验研究。试验中测试了钢筋与混凝土间的黏结强度、黏结滑移，观察了试件开裂形态随荷载、钢筋直径、冻融循环次数的变化情况。依据试验结果，分析了钢筋直径、冻融循环次数对黏结强度、黏结滑移的影响规律。.（4）对再生粗骨料取代率分别为0%、30%、70%、100%的RC试块在淡水和浓度为3.5%的NaCl溶液中遭受0、15、20、25次冻融循环作用，并分别测试不同冻融循环作用后的质量损失和相对动弹模量的变化，研究再生粗骨料取代率对RC抗冻性的影响。.（5）研究了单向侧压作用对RC性能的影响, 结果表明：单向侧压力改变了钢筋RCτ-S曲线发展态势，也改变了RC拉拔破坏方式—由劈裂破坏转为劈裂剪切破坏。同时，侧压力提高了钢筋RC的粘结强度，相同单向侧压力值下，变形钢筋直径越大，极限粘结强度和极限滑移越低。