復(fù)合鋼筋與早齡期海工混凝土黏結(jié)性能研究

楊整濤，曹永紅，薛暄譯,2，黃樂鵬,2，姚運(yùn)航，華建民,2

(1.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶400045；2.山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶大學(xué))，重慶400045)

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，混凝土的各種材料的消耗量迅速增加，導(dǎo)致河砂和淡水的消耗量顯著增加和大規(guī)模開采[1]，并且在混凝土制作和施工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體和消耗大量的能量，從而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響[2]。解決上述問題的一個(gè)方式就是采用新型的綠色建材，海水和海砂的自然資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于淡水和河砂[3]，是作為混凝土原料良好資源，現(xiàn)已經(jīng)有研究成果表明海水海砂可以替代淡水河砂作為拌養(yǎng)水和細(xì)骨料[4-6]。如果建筑工程處于島嶼或者沿海地區(qū)，減少了原材料的運(yùn)輸成本，工程成本將進(jìn)一步降低，更加符合國家大力提倡的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[3]。

然而，未經(jīng)處理的海水和海砂存在大量氯化物，會(huì)破壞海水海砂混凝土(sea water sea sand concrete, SWSSC)中鋼筋上的鈍化膜，導(dǎo)致嚴(yán)重的腐蝕問題，混入貝殼后混凝土的強(qiáng)度也會(huì)降低，這些問題對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性具有嚴(yán)重影響[6-7]。為此常采用如不銹鋼鋼筋、纖維增強(qiáng)聚合物(FRP)筋和復(fù)合鋼筋(bimetallic steel bar, BSB)等耐腐蝕筋材作為海工混凝土結(jié)構(gòu)的加固筋材。不銹鋼鋼筋高額的造價(jià)限制了其工程應(yīng)用[8]。相比于金屬筋材，F(xiàn)RP筋材延性較差[9]，是制約其廣泛使用的原因。根據(jù)文獻(xiàn)[11-12]研究表明復(fù)合鋼筋的力學(xué)性能與普通鋼筋的力學(xué)性能相似，延性優(yōu)于FRP筋，且具有良好的耐腐蝕性能，適合用于海水海砂混凝土，基礎(chǔ)價(jià)格低于不銹鋼鋼筋。于是本文選用復(fù)合鋼筋(不銹鋼-碳鋼復(fù)合鋼筋)作為試驗(yàn)的材料，研究其與海水海砂混凝土之間的黏結(jié)性能。

黏結(jié)性能是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是筋材與混凝土共同作用的基礎(chǔ)，目前對(duì)于海水海砂混凝土黏結(jié)性能的研究較多。文獻(xiàn)[5]研究發(fā)現(xiàn)海水海砂的使用對(duì)于混凝土的黏結(jié)性能基本沒有影響。文獻(xiàn)[6]研究發(fā)現(xiàn)海水海砂可以減少再生骨料對(duì)黏結(jié)性能的不利影響，并且發(fā)現(xiàn)環(huán)氧涂層鋼筋與海水海砂再生混凝土的黏結(jié)性能與普通混凝土的相當(dāng)。但對(duì)于早齡期的海水海砂混凝土黏結(jié)性能的關(guān)鍵性質(zhì)研究很少，對(duì)BSB作為SWSSC的加固筋材的同樣很少[13]。另外BSB由外覆不銹鋼和內(nèi)部碳鋼組成，復(fù)合鋼筋有效承載的核心是不銹鋼與碳鋼之間良好的協(xié)同工作能力，要將BSB進(jìn)行工程應(yīng)用之前，有必要對(duì)BSB與SWSSC之間的黏結(jié)性能隨齡期的變化規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)研究，以保證以后在建筑服役階段的BSB與SWSSC的良好承載。

近幾年，纖維越來越多地用于混凝土中以改善劈裂、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能[14]?；炷亮W(xué)性能的變化則會(huì)導(dǎo)致黏結(jié)性能的改變。文獻(xiàn)[15]研究發(fā)現(xiàn)混雜纖維增強(qiáng)了混凝土試件的延性，但降低了鋼筋與混凝土之間的最大黏結(jié)應(yīng)力。文獻(xiàn)[16]發(fā)現(xiàn)高體積率微鋼絲鋼纖維可發(fā)揮高強(qiáng)鋼筋在混凝土的強(qiáng)度特性，使得黏結(jié)強(qiáng)度提高125.5%以上。聚甲醛(POM)纖維是一種新型聚合物纖維，具有優(yōu)異的耐堿和拉伸性能[17]，加入POM纖維可以提高混凝土抗裂性和機(jī)械性能，可加入適量POM纖維以改善SWSSC的性能。目前幾乎沒有關(guān)于加入POM纖維的SWSSC黏結(jié)性能的研究。

綜上所述，目前缺乏關(guān)于混凝土齡期和POM纖維對(duì)SWSSC與BSB之間黏結(jié)性能的研究。本文通過同心拔出試驗(yàn)研究不同早齡期、不同混凝土保護(hù)層厚度、是否加入POM纖維對(duì)BSB與SWSSC的黏結(jié)性能的影響，證明未經(jīng)處理后的海水海砂可直接澆筑混凝土并用于海工建筑，且耐腐蝕的BSB可以作為海工建筑的加固材料，加入POM纖維可以改善鋼筋與混凝土之間黏結(jié)性能，以期望研究成果為中國海工建筑的發(fā)展應(yīng)用提供試驗(yàn)參考。

1 試驗(yàn)材料

海水取自中國福建省泉州(E118.36°，N24.56°)，海砂取自中國廣東省廣州(E113.17°，N23.79°)，使用時(shí)海水和海砂均未經(jīng)處理。由表1可知，海水中的Cl-質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于淡水中的Cl-質(zhì)量濃度，這對(duì)鋼筋的耐久性存在顯著的不利影響。未經(jīng)處理的海砂要進(jìn)行篩選以獲得細(xì)度模數(shù)，通過式(1)計(jì)算細(xì)度模量Mx，其中A1、A2、A3、A4、A5和A6分別表示直徑為4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15 mm的篩子的累計(jì)篩余百分率。根據(jù)表2中的測(cè)試結(jié)果，Mx=2.41，海砂符合中砂類別的要求，可用于試樣生產(chǎn)。本文的海水海砂混凝土的配合比、坍落度和28 d的抗壓強(qiáng)度見表3，設(shè)計(jì)等級(jí)為C50。

表1 化學(xué)成分

表2 海砂的篩分試驗(yàn)結(jié)果

表3 海水海砂混凝土配合比、工作性能和抗壓強(qiáng)度

(1)

本文中使用的復(fù)合鋼筋(BSB)由S30408不銹鋼(覆層)和HRB400碳鋼(基體)經(jīng)過熱軋工藝而得，BSB的細(xì)節(jié)見圖1(a)。圖1(b)是經(jīng)過打磨后的鋼筋截面，并結(jié)合圖1(c)拍攝的微觀金相圖像，可以看出不銹鋼覆層和碳鋼基體之間存在冶金結(jié)合層，冶金結(jié)合層狀況良好，不銹鋼覆層與碳鋼基底緊密結(jié)合。根據(jù)文獻(xiàn)[11]的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)復(fù)合鋼筋發(fā)生拉伸頸縮變形時(shí)，不銹鋼覆層和碳鋼之間不會(huì)分離，說明不銹鋼覆層與碳鋼基底連接性能優(yōu)異，復(fù)合鋼筋可用于加固混凝土結(jié)構(gòu)。鋼筋試件直接從原長(zhǎng)2 m的BSB上切割下，未進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)械處理，BSB試樣的長(zhǎng)度和直徑分別為250 mm和25 mm。

圖1 復(fù)合鋼筋細(xì)節(jié)

本文所使用的聚甲醛纖維(POM)由云南云天化有限公司生產(chǎn)，聚甲醛纖維的主要性能見表4，聚甲醛纖維的直徑和長(zhǎng)度分別為0.2 mm和12 mm。此外，本研究中使用的POM纖維絲，對(duì)比其他種類纖維，單位體積混凝土內(nèi)可摻量更大，且在攪拌混凝土過程中不會(huì)結(jié)團(tuán)，利于工程應(yīng)用。表4展示了POM纖維、玄武巖纖維(basalt)和聚丙烯纖維(PP)主要性能方面的數(shù)據(jù)。玄武巖和聚丙烯纖維的具體性能介紹可見文獻(xiàn)[18]。聚甲醛纖維見圖2。

圖2 本文使用的聚甲醛纖維

表4 聚甲醛、玄武巖和聚丙烯纖維的主要性能

2 拔出試驗(yàn)

2.1 試件設(shè)計(jì)和澆筑

試件設(shè)計(jì)參照GB/T 50152—2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[19]，共制作了30組試件，每組3個(gè)，共制備了90個(gè)黏結(jié)試樣，混凝土試件尺寸150 mm×150 mm×150 mm，試件的具體尺寸見圖3。黏結(jié)區(qū)沿保護(hù)層厚度方向設(shè)置，黏結(jié)長(zhǎng)度均是鋼筋直徑的5倍(即Le=125 mm)，并假設(shè)黏結(jié)應(yīng)力在此較短的錨固長(zhǎng)度下沿錨固長(zhǎng)度均勻分布，在加載端設(shè)置25 mm的無黏結(jié)區(qū)以減少混凝土壓縮對(duì)黏結(jié)性能的影響。無黏結(jié)部分通過將BSB放置在聚氯乙烯(PVC)管內(nèi)形成，聚氯乙烯(PVC)管的直徑和長(zhǎng)度分別為32 mm和55 mm。PVC管套上BSB之后需在一側(cè)填充玻璃膠，以防止在澆注和振動(dòng)過程中出現(xiàn)混凝土的泄漏。

圖3 試件尺寸

試驗(yàn)變量設(shè)置為不同的混凝土齡期t(1、3、7、14、28 d)和混凝土保護(hù)層c與鋼筋直徑比d(c/d=1、1.8、2.6)(見表5)，通過改變混凝土保護(hù)層厚度，從而得到不同c/d的值?；炷翝仓?，試件需覆膜養(yǎng)護(hù)18 h后再拆模取出，放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度為95%。

表5 拔出試件具體信息

2.2 試驗(yàn)方法

同心拔出試驗(yàn)系統(tǒng)見圖4，采用SHT-600伺服控制試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件進(jìn)行單調(diào)拔出，儀器最大加載為600 kN。加載采用位移控制，加載速率為0.5 mm/min，直至試件失效。試驗(yàn)期間，使用引伸計(jì)自動(dòng)記錄自由端的鋼筋滑移s，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄荷載F，所有測(cè)試數(shù)據(jù)的采集頻率均為5 Hz。試驗(yàn)后，通過式(2)獲得黏結(jié)應(yīng)力：

圖4 同心拔出系統(tǒng)

τ=F/(πdLe)

(2)

式中：F為施加荷載，d為BSB直徑，Le=125 mm。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 破壞模型與分析

拔出試驗(yàn)后，觀察到兩種不同的破壞模式(圖5)。從表6的破壞模型總結(jié)看出，所有不含POM纖維的試件和含有POM纖維28 d的試件均表現(xiàn)為劈裂破壞模式，試件在破壞時(shí)伴隨劈裂的響聲，且試件表面出現(xiàn)較大、較寬的裂縫，有些混凝土試件直接損壞；當(dāng)混凝土齡期小于28 d時(shí)，含POM纖維的試件表現(xiàn)為拔出破壞模式，試件表面裂縫較小或者幾乎沒有，鋼筋被順利拔出，試驗(yàn)結(jié)束。從試驗(yàn)結(jié)果可知當(dāng)齡期小于28 d時(shí)，含POM纖維的試件表現(xiàn)出更好的黏結(jié)韌性和耗能能力，有利于施工期的結(jié)構(gòu)安全。綜上所述，在28 d之前，加入POM纖維的試件為拔出破壞，產(chǎn)生的原因?yàn)镻OM纖維作為混凝土內(nèi)部的次增強(qiáng)材料，增強(qiáng)了混凝土吸收能量的能力，同時(shí)POM纖維對(duì)鋼筋周圍的混凝土產(chǎn)生了良好的約束作用，提高了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間的延性，從而表現(xiàn)為拔出破壞；而28 d時(shí)的破壞模式為均為劈裂破壞，說明加入的纖維摻量不足以消耗掉拔出試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的能量，所以表現(xiàn)為劈裂破壞，具體加入多少含量的纖維還需要進(jìn)一步研究。

圖5 不同齡期混凝土拔出試件破壞模式

表6 不同混凝土、齡期和c/d的拔出試樣的破壞模式

另外從圖5可清楚看到，拔出試驗(yàn)后，不銹鋼覆層中沒有出現(xiàn)裂紋和斷裂，未觀察到不銹鋼覆層和碳鋼之間有分離的現(xiàn)象。文獻(xiàn)[20]研究了海水海砂混凝土與環(huán)氧涂層鋼筋的黏結(jié)性能，拔出試驗(yàn)后，環(huán)氧涂層鋼筋表面的環(huán)氧涂層有明顯損壞。由于環(huán)氧涂層的破損，碳鋼會(huì)直接接觸到水、氯離子和空氣等，從而導(dǎo)致鋼筋腐蝕，影響結(jié)構(gòu)耐久性。因此，環(huán)氧涂層上的損傷對(duì)環(huán)氧涂層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有不利影響。根據(jù)本文的試驗(yàn)結(jié)果，拔出試件的BSB上的不銹鋼覆層表面無破損，碳鋼芯筋不會(huì)與空氣和海水直接接觸，不會(huì)發(fā)生破損性腐蝕，這說明相比環(huán)氧涂層而言，BSB的不銹鋼覆層更穩(wěn)定可靠。FRP材料因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的特性使得在加固或修復(fù)鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)被廣泛的運(yùn)用，然而現(xiàn)實(shí)生活中FRP筋材與混凝土常見的破壞方式是黏結(jié)界面間因強(qiáng)度不足引起的FRP筋材表面肋牙剝離破壞，這種剝離破壞形式會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)提前破壞，不能完全發(fā)揮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間的承載力，這樣的缺點(diǎn)就使FRP在工程實(shí)踐應(yīng)用中受到了限制[21]。

綜上所述，BSB在經(jīng)歷拔出試驗(yàn)后，不銹鋼覆層與內(nèi)部碳鋼仍有良好的協(xié)同工作能力，未發(fā)生破損、脫離的現(xiàn)象，且不會(huì)與混凝土發(fā)生剝離破壞，說明BSB能有效地承受黏結(jié)應(yīng)力，比起環(huán)氧涂層鋼筋與FRP材料，更適合作為海工混凝土結(jié)構(gòu)的加固筋材。

3.2 黏結(jié)滑移曲線

拔出試件的黏結(jié)-滑移曲線總結(jié)見圖6，為簡(jiǎn)潔起見，每個(gè)試驗(yàn)組僅提供一個(gè)曲線。由圖可知，隨著混凝土齡期的增加，黏結(jié)-滑移曲線顯示出更大的黏結(jié)應(yīng)力，存在下降段表現(xiàn)出更陡的下降趨勢(shì)。由于劈裂破壞的峰值黏結(jié)應(yīng)力后下降段極不規(guī)律，不具有參考意義，所以圖6上并未呈現(xiàn)。另外，峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的滑移和上升段的形狀相對(duì)隨機(jī)，沒有明確的發(fā)展規(guī)律。

圖6 不同齡期混凝土拔出試件黏結(jié)-滑移曲線

3.3 黏結(jié)滑移模型

文獻(xiàn)[22]的黏結(jié)滑移模型是較為成熟和經(jīng)典的黏結(jié)滑移模型，被國內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者使用，同時(shí)考慮到從試驗(yàn)中獲得的黏結(jié)滑移曲線的形態(tài)，此模型可以較為準(zhǔn)確的表達(dá)BSB與SWSSC之間的黏結(jié)行為，所以選擇此模型，如式(3)所示，黏結(jié)滑移曲線示意見圖7，用兩個(gè)方程式來量化黏結(jié)滑移曲線。對(duì)于上升段采用指數(shù)函數(shù)，在到達(dá)峰值應(yīng)力之后，下降段采用線性函數(shù)。根據(jù)第3.2節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果，劈裂破壞模式的拔出試件的黏結(jié)滑移曲線沒有有效下降段，所以該公式適用于劈裂破壞模式拔出試件的上升段，以及具有拔出破壞模式的拔出試件的上升段與下降段。峰值黏結(jié)應(yīng)力τu和峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的滑移su由試驗(yàn)結(jié)果得出。上升段形狀參數(shù)α是基于最小二乘法，在Matlab軟件中進(jìn)行非線性回歸分析得到。k表示下降段的斜率，選擇峰值點(diǎn)和下降段上80%最大黏結(jié)應(yīng)力的點(diǎn)的斜率來確定。根據(jù)上述定義和試驗(yàn)結(jié)果，獲得了試件的4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，如表7所示，數(shù)據(jù)為3次試驗(yàn)組的平均值。

圖7 經(jīng)典黏結(jié)-滑移模型

表7 測(cè)試結(jié)果得到的黏結(jié)-滑移模型的關(guān)鍵參數(shù)

(3)

式中：τ為黏結(jié)應(yīng)力，τu為峰值黏結(jié)應(yīng)力，s為滑移，su為峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的滑移，α和k分別為黏結(jié)滑移曲線上升段和下降段的形狀參數(shù)。

3.4 混凝土齡期和c/d對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的影響

由3.3節(jié)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，黏結(jié)強(qiáng)度會(huì)隨著齡期的增加而增加，也會(huì)隨著混凝土保護(hù)層的厚度的增加而增加。齡期本質(zhì)上是影響混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度，想要研究齡期與黏結(jié)強(qiáng)度之間的變化規(guī)律，本文采用的是τu,t/τu,28參數(shù)作為無量綱化處理的方式，將每個(gè)齡期、每個(gè)保護(hù)層厚度的最大黏結(jié)應(yīng)力與對(duì)應(yīng)的28 d的黏結(jié)應(yīng)力做比值，從而更加明顯地觀察到隨齡期的變化規(guī)律。圖8為試驗(yàn)結(jié)果，為簡(jiǎn)潔表示，取每組數(shù)據(jù)的均值。

圖8 齡期對(duì)黏結(jié)-滑移曲線4個(gè)參數(shù)的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，含POM纖維與不含POM纖維的試件的黏結(jié)強(qiáng)度隨齡期的發(fā)展趨勢(shì)基本一致，都隨著齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，受到齡期的影響明顯，整體呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)形式。另外根據(jù)3.3節(jié)的數(shù)據(jù)顯示，相比較不含POM纖維的試件而言，加入體積分?jǐn)?shù)0.6%POM纖維的試件在28 d齡期時(shí)的最大黏結(jié)應(yīng)力，在c/d為1.0、1.8、2.6時(shí)，分別提升了7.16%、22.30%、21.44%，這是由于加入POM纖維后，增加了鋼筋周圍混凝土的環(huán)向約束力，從而增加了最大黏結(jié)應(yīng)力。另外，峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的滑移su、上升段形狀系數(shù)α、下降段形狀系數(shù)k的分布有一定波動(dòng)性，可能與多種因素有關(guān)，如澆筑方式、試驗(yàn)加載速率、養(yǎng)護(hù)方式等，但已超出本文的研究?jī)?nèi)容。從圖8(b)～(d)可看出，峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的滑移su、上升段形狀系數(shù)α、下降段形狀系數(shù)k這3個(gè)參數(shù)隨齡期變化都呈現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性，峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的滑移su和形狀系數(shù)α整體隨齡期的增加而減小，形狀系數(shù)k則是隨著齡期的增加而增大，可根據(jù)這些數(shù)據(jù)提出相應(yīng)模型用于量化參數(shù)隨齡期的變化趨勢(shì)。

圖9的曲線表明，以上4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)未隨著c/d變化表現(xiàn)明顯規(guī)律性，離散性較強(qiáng)，說明混凝土保護(hù)層厚度與直徑比c/d對(duì)上述4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的影響并不明顯，沒有表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律，無法用一個(gè)量化的指標(biāo)來描述。

圖9 c/d對(duì)黏結(jié)-滑移曲線4個(gè)參數(shù)的影響

4 時(shí)變黏結(jié)滑移模型

4.1 建議模型

基于上述討論和數(shù)據(jù)，考慮混凝土齡期t(d)，得到以下4個(gè)預(yù)測(cè)公式：

τu,t/τu,28=γe-at+b, 0≤t≤28

(4)

su=λe-ft+g, 0≤t≤28

(5)

α=κe-ht+i, 0≤t≤28

(6)

k=mt+n, 0≤t<28

(7)

式中：γ、a、b、λ、f、g、κ、h、i、m、n均為模型系數(shù)，t為混凝土齡期?？筛鶕?jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)基于最小二乘法，在Matlab軟件中進(jìn)行非線性回歸分析得到，具體結(jié)果見表8，計(jì)算得到了每一個(gè)c/d下混凝土的模型系數(shù)。根據(jù)以上4個(gè)公式即可計(jì)算得到28 d齡期內(nèi)的經(jīng)典模型參數(shù)，并做出黏結(jié)滑移曲線，預(yù)測(cè)早齡期內(nèi)黏結(jié)性能的變化情況。

表8 預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵參數(shù)

4.2 模型的驗(yàn)證

由式(4)～(7)計(jì)算所得經(jīng)典模型的4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的值與表7的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，圖10給出了根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的參數(shù)的值，將其作為橫坐標(biāo)，另外經(jīng)式(4)～(7)計(jì)算得到的預(yù)測(cè)值作為縱坐標(biāo)，其中對(duì)角線以下的數(shù)據(jù)點(diǎn)意味著預(yù)測(cè)值低于試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)角線以上的就是高于試驗(yàn)結(jié)果。從圖10可看出大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)集中在對(duì)角線附近，說明提出的時(shí)變黏結(jié)模型計(jì)算出的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的一致性是可接受的。另外選取了5個(gè)試件：NF-1-1、POM-3-1、NF-7-2.6、POM-14-1.8、POM-28-1.8，根據(jù)式(4)～(7)計(jì)算出來4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行黏結(jié)滑移曲線的繪制，用于驗(yàn)證所提公式的適用性和準(zhǔn)確性，也反映出了時(shí)變模型和參數(shù)評(píng)估的累計(jì)誤差，結(jié)果見圖11， 提出的時(shí)變黏結(jié)模型的擬合結(jié)果在上升段與試驗(yàn)得到的曲線一致性良好， 峰值應(yīng)力稍有偏差。

圖10 建議模型的關(guān)鍵參數(shù)的驗(yàn)證

圖11 測(cè)試結(jié)果與建議的黏結(jié)-滑移模型計(jì)算結(jié)果的黏結(jié)-滑移曲線的比較

4.3 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

將本文得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[22]的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)海水海砂混凝土黏結(jié)性能隨齡期的發(fā)展變化規(guī)律與普通混凝土的規(guī)律相似，同時(shí)發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)[22]的黏結(jié)滑移曲線的形態(tài)與本文的黏結(jié)滑移曲線也極其相似。另外文獻(xiàn)[22]中C50強(qiáng)度的普通混凝土28 d的峰值黏結(jié)應(yīng)力為35.67 MPa，本文28 d的峰值黏結(jié)應(yīng)力為18.19 MPa，在黏結(jié)強(qiáng)度上與普通混凝土還有一定差距，后續(xù)可進(jìn)一步深入研究改進(jìn)海水海砂混凝土的黏結(jié)性能。

圖12 本文試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)[22]試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

5 結(jié) 論

本文開展了復(fù)合鋼筋與早齡期海水海砂混凝土黏結(jié)性能的試驗(yàn)研究，主要考慮混凝土齡期、是否加入POM纖維和混凝土保護(hù)層厚度與鋼筋直徑比c/d對(duì)黏結(jié)性能的影響。討論了混凝土齡期和c/d對(duì)黏結(jié)-滑移關(guān)鍵參數(shù)(峰值黏結(jié)應(yīng)力、峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的滑移和兩個(gè)形狀參數(shù))的影響，得到以下結(jié)論：

1) 復(fù)合鋼筋因其特殊的冶金結(jié)合層使不銹鋼覆層與碳鋼有良好的協(xié)同工作能力，采用極薄不銹鋼覆層，造價(jià)較低，在混凝土中不會(huì)發(fā)生表面剝離破壞，可用于海水海砂混凝土結(jié)構(gòu)加固。

2) 早齡期混凝土與復(fù)合鋼筋間的峰值黏結(jié)應(yīng)力τu受齡期影響明顯，齡期越大，峰值黏結(jié)應(yīng)力τu越大， POM纖維對(duì)峰值黏結(jié)應(yīng)力增長(zhǎng)速率的影響不顯著；加入POM纖維的海水海砂混凝土表現(xiàn)為更好的延性和黏結(jié)性能，說明POM纖維可用于改善海水海砂混凝土的性能。

3) 混凝土的齡期對(duì)峰值黏結(jié)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的滑移值su、上升段形狀參數(shù)α、下降段形狀參數(shù)k有明顯影響，整體表現(xiàn)為齡期越大，su越小，α越小，曲線越陡峭；齡期越大，k越大。

4) 基于試驗(yàn)結(jié)果提出了考慮混凝土齡期的復(fù)合鋼筋海水海砂混凝土黏結(jié)-滑移模型，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明該模型與試驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。