再生混凝土新舊界面剪切特性研究

李淑芬 賀曉東

（西京學(xué)院 土木工程學(xué)院，陜西 西安710123）

混凝土結(jié)構(gòu)在建筑、水利、公路橋梁等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土地資源緊張，加之危樓舊樓的拆除，產(chǎn)生大量建筑垃圾。近年來(lái)，人們逐漸重視建筑垃圾的重復(fù)利用，并開(kāi)展了相關(guān)研究。此外，老舊建筑物的加固研究也是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，老舊建筑物的加固涉及了新舊混凝界面的強(qiáng)度問(wèn)題[1-2]。關(guān)于再生混凝土力學(xué)性質(zhì)與耐久性研究成果較多[3-5]，但有關(guān)再生混凝土-混凝土界面強(qiáng)度的相關(guān)研究還不完善。本文以再生混凝土在結(jié)構(gòu)加固工程中的應(yīng)用為背景，研究再生混凝土新舊界面的強(qiáng)度特性，為今后的工程應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料基本力學(xué)性能

1.1 鋼筋。本次研究采用HRB400 的鋼筋作為混凝土植筋，在試驗(yàn)開(kāi)始前測(cè)定鋼筋的力學(xué)性能，具體參數(shù)見(jiàn)表1。結(jié)果表明本次試驗(yàn)所用的HRB400 鋼筋滿足要求。

表1 鋼筋力學(xué)性能

1.2 再生骨料。本次研究所選用的再生粗骨料基體主要來(lái)源于陜西西安農(nóng)村建筑拆除后的廢棄混凝土。依據(jù)《混凝土用再生粗骨料》GBT25177-2010[6]測(cè)試了再生粗骨料的吸水率、堅(jiān)實(shí)度指數(shù)、壓碎指數(shù)和表觀密度，并制備了I 類再生粗骨料。骨料基本物理性能如表2 所示。

表2 I 類粗骨料的基本物理性能

1.3 鉆孔舊混凝土強(qiáng)度。本次試驗(yàn)需要在C30 舊混凝土之上鉆孔植筋，考慮到鉆孔之后，植筋孔會(huì)不會(huì)對(duì)混凝土本身的強(qiáng)度造成影響，因此對(duì)鉆孔之后的混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表3 所示。測(cè)試結(jié)果表面，鉆孔后的混凝土抗壓強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，說(shuō)明本次植筋鉆孔對(duì)混凝土的影響較小，滿足試驗(yàn)要求。

2 試驗(yàn)破壞模式分析

本次研究主要對(duì)未植筋試件（試件A）、植筋試件（試件B）和植筋涂抹界面劑試件（試件C）三類接觸面進(jìn)行剪切試驗(yàn)，每三塊試件為一組進(jìn)行試驗(yàn)。

表3 C30 混凝土強(qiáng)度

2.1 界面刻槽未植筋試驗(yàn)。試件A 的破壞形式為脆性斷裂，且斷裂面集中出現(xiàn)在刻槽處，表明再生混凝土新舊接觸面為混凝土整體受力的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)試件破壞時(shí)，新舊混凝土完全分離。從分離的界面處（圖1）可以觀察到，切槽對(duì)試件破壞位置影響并不大，與無(wú)切槽的試件相比同樣發(fā)生在結(jié)合面處，在界面處可以發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)混凝土的斷裂橫截面。另外，從試驗(yàn)過(guò)程曲線可以看出，切槽試件的破壞荷載明顯高于不切槽試件的破壞荷載，表明切槽對(duì)試件的抗剪強(qiáng)度提高顯著，但是結(jié)合面的破壞形式仍是脆性破壞。

圖1 試件A 破壞形式

2.2 界面刻槽植筋試驗(yàn)。試件B 在加載初期，剪力迅速增長(zhǎng)且呈線性發(fā)展。隨著剪力的逐漸增大，開(kāi)始出現(xiàn)初始豎向裂縫，在極短的時(shí)間內(nèi)豎向裂縫發(fā)展到整個(gè)界面，此時(shí)剪力增加逐漸放緩，且曲線不在以線性發(fā)展。當(dāng)達(dá)到界面破壞值后，接觸面發(fā)生破壞，但剪切力仍繼續(xù)增大，出現(xiàn)了又一個(gè)屈服點(diǎn)后，曲線才開(kāi)始略微下降，逐步走向反方向。直到試驗(yàn)停止，還有剪力存在并未像試件A一樣發(fā)生脆性破壞，加載到最后階段界面的承載基本由鋼筋來(lái)承擔(dān)，表面植筋試件的延性較好。與未植筋試件A 的荷載-位移曲線相比可知，植筋試件的極限破壞荷載明顯略高于不植筋試件，但是其破壞數(shù)值差距很小，且試件B 的抗剪延性顯著提高，不會(huì)發(fā)生脆性破壞，混凝土的整體性能較好。破壞界面如圖2 所示。

2.3 界面刻槽-涂抹隔離劑植筋實(shí)驗(yàn)。試件C 與試件B 加載過(guò)程發(fā)生的界面裂縫和曲線變化基本相似。但是在前期試件C 和試件B 相比較可以觀測(cè)到試件C 的線性發(fā)展較長(zhǎng)，且極限破壞值也比試件B 高出許多。表明涂抹粘結(jié)劑，可以有效的提高新舊混凝土界面的粘結(jié)性能。

試件C 與試件B、試件A 中均可以發(fā)現(xiàn)再生骨科的斷裂情況，表明再生骨料的強(qiáng)度還是略微有一些偏低。但是，從破壞后的混凝土形式可以觀察到，試件C 在加載之后再生混凝土端的試件比試件B 的整體性要差，出現(xiàn)了很多裂縫，甚至破壞程度較高。表明了界面劑起到了一定的粘結(jié)作用，甚至逼近了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，導(dǎo)致界面還沒(méi)破壞，再生混凝土試件已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)了破壞。但與試件A、試件B 比較其極限破壞荷載最大，表明其抗剪強(qiáng)度最高。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同界面處理方式對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響

3.1.1 切槽-鑿毛處理結(jié)果分析。研究對(duì)比了人工鑿毛、高壓水射與切槽三種不同的界面處理方式下試件的抗剪強(qiáng)度，結(jié)果表明開(kāi)槽法試驗(yàn)得到的新舊混凝土界面的抗剪強(qiáng)度明顯高于人工鑿毛和高壓水射法，因此本次研究采用開(kāi)槽法處理接觸面，具體試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表4 界面處理方式參數(shù)

3.1.2 切槽涂抹-未涂抹界面劑處理結(jié)果分析。選用直徑為12mm 鋼筋制作植筋新舊混凝土試件，進(jìn)而開(kāi)展再生混凝土新舊界面之間涂抹界面劑和不涂抹界面劑的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究，界面劑選用沈陽(yáng)航星牌界面劑。由表5 可知，有界面劑的新舊混凝土界面的抗剪強(qiáng)度比無(wú)界面劑提高了大約5kN，表明涂沫界面劑可以提高新舊混凝土界面的抗剪強(qiáng)度。

表5 取代率為30%時(shí)有無(wú)界面劑參數(shù)

3.2 相同取代率下不同植筋率對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響。圖3 為再生粗骨料取代率為50%時(shí)，不同植筋率條件下界面抗剪強(qiáng)度曲線。由圖可知，當(dāng)植筋率增加時(shí)，新舊混凝土界面的抗剪強(qiáng)度也會(huì)提高。但是當(dāng)植筋直徑高于12mm 后，抗剪強(qiáng)度會(huì)有所降低。甚至低強(qiáng)度混凝土試件本身發(fā)生破壞，鋼筋從內(nèi)部鉆出。分析原因，可能是由于植筋直徑為14mm 時(shí)，對(duì)舊混凝土試件鉆孔之后，孔徑過(guò)大導(dǎo)致低強(qiáng)度混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破環(huán)，試件本身強(qiáng)度不夠引起了試件的破損和抗剪強(qiáng)度的降低。

3.3 相同植筋率下不同取代率對(duì)抗剪強(qiáng)度代率的增加，初始開(kāi)裂的時(shí)間逐漸提前，且抗剪強(qiáng)度明顯也在降低，甚至有些試件破壞發(fā)生在再生混凝土試件內(nèi)部。

圖3 50%取代率時(shí)不同植筋率的抗剪強(qiáng)度曲線

圖4 Φ12 不同取代率的抗剪強(qiáng)度對(duì)比圖

4 結(jié)論

通過(guò)開(kāi)展不同界面處理方式、不同植筋率、不同粗骨料取代率條件下的新舊混凝土界面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究，得出了以下結(jié)論：

4.1 未植筋試件的剪切破壞為脆性破壞，植筋、植筋+界面劑條件下表現(xiàn)出更好的延性，且界面強(qiáng)度有所提高。

4.2 相同粗骨料取代率條件下，隨植筋率增加，界面強(qiáng)度增大，但超過(guò)12mm 時(shí)，界面強(qiáng)度有所降低，說(shuō)明過(guò)大的植筋率會(huì)破壞混凝土自身強(qiáng)度。

4.3 相同植筋率條件下，隨粗骨料取代率的增加，界面強(qiáng)度降低明顯。