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摘 要：本文研究了不同强度等级的混凝土与螺纹和光圆两种钢筋在经受低温循环作用后的粘结性能，试验结果表明，低温循环作用会显著降低钢筋与混凝土的粘结性能，光圆钢筋和螺纹钢筋被拔出时混凝土的破坏形态不同；随着混凝土相对动弹性模量的降低，钢筋被拔出的峰值荷载迅速下降，相同荷载下的滑移值增大；混凝土的相对动弹性模量相同时，螺纹钢筋与混凝土间脱粘的峰值荷载约为光圆钢筋的3倍。
关键词：低温循环；钢筋混凝土；粘结性能
钢筋与混凝土之间的粘结作用是二者共同工作的基本前提。它是一种复杂的相互作用，所受的影响因素众多，加之试验技术方面相对滞后，使得目前有些基本问题还未得到很好的解决，一套充分完整的粘结性能理论还有待建立。从我国东北地区来看，混凝土结构破坏的一个主要原因是受到低温循环作用。低温循环作用不但会使混凝土内部结构发生破坏、强度明显降低，还会对混凝土与钢筋的粘结性能产生影响，国内外有关混凝土低温破坏、锈蚀钢筋等的单项研究很多，但对于低温作用下钢筋与混凝土粘结性能的研究报道很少。因此，本文针对低温循环作用后，不同强度等级混凝土与钢筋间的粘结性能开展试验研究，为寒冷地区钢筋混凝土工程结构的耐久性能设计以及结构服役过程中的可靠度评估分析提供理论参考。
一、低温下混凝土的变形
混凝土降温的过程中，在刚降到℃以下时，其中的部分水会结冰，混凝土轻微膨胀。在这之后随温度的降低而收缩，温度到-30～-60℃时，体积随温度的降低而膨胀的，此后一直到-196℃体积都在收缩。回温时的变形曲线与升温时基本平行（-50～-20℃时收缩，与降温时稍有不同）。笔者在研究中也得出了近似的结论，但所不同的是，笔者认为在-25～-70℃时混凝土是膨胀的，并且对比了波特兰水泥与高炉矿渣水泥在低温下的变形性能，得出波特兰水泥在-25～-70℃时的膨胀率更小的结论。低温下混凝土的抗压强度随着含水率的提高而增大，若混凝土中水分处于饱和状态，则抗压强度提高达80%～150%，劈裂强度提高60%～70%，而在干燥状态下即使降温也不会使混凝土的强度提高。因此这里根据函数曲线可以看出：在已知混凝土常温状态下的强度和含水率的情况下可以计算在低温下的强度。
二、低温对粘结性能的影响
低温循环对混凝土的性能有重大的影响，低温下混凝土强度和弹性模量都会调高，从而使得结构更加偏于安全。但在低温循环下，混凝土性能将急剧下降，对结构极为不利。尤其第一次低温循环下，混凝土强度降低最大，而此时结构往往不会引起足够重视，因此对其应该予以研究。研究表明混凝土残余应变随着低温次数的增多而不断增大，在-20℃时其残余应变基本不随低温次数而变化，在-30℃时其变化很小，在-50℃之后其变化基本恒定，随着低温循环次数的增多，每次残余应变的增量会减小，可以推测在10次低温循环之后其残余应变将会很少降低。弹性模量与抗压强度有几乎相同的倾向，在水灰比小的情况下，30次循环左右就显著下降。在-50℃时，弹性模量下降最快，经过一次低温循环后下降20%左右，其它温度下的下降速度要比-50℃时慢。高含水率使得低温下混凝土的弹性模量和强度都大幅度提高，但回温后弹性模量下降得也最快，说明高含水率对低温循环是极为不利的；空气的含量也会影响弹性模量，试验表明混凝土中空气含量越高，对低温循环的破坏抵抗性越强，弹性模量降低得越小。而水灰比的提高有利于低温下混凝土强度和弹性模量的提高，但在低温循环时混凝土的弹性模量会迅速降低。低温循环后的混凝土强度是降低的，此时是对结构最不利的，对它的研究是很有必要的。对于饱和状态的硅酸盐水泥混凝土试块，经过12次低温循环，其抗压强度在最低温度为-30、-70、-170℃时分别降低50%、60%和55%，抗拉强度则分别降低60%、70%和70%。
三、低温下混凝土与钢筋粘结性能分析
随着混凝土强度提高，试件极限荷载值也增大但不成比例。钢筋粘结锚固性能试验中大致分为三个阶段：微滑移、滑移和劈裂。第一阶段拉拔力很小，主要是化学粘结力起作用，自由端无滑移；第二阶段化学粘结力破坏，自由端开始滑移，摩擦力和机械咬合力起作用；第三阶段是在临近破坏时，咬合力的横向分力使试件劈裂。混凝土强度越高，三段式越明显，强度越低，曲线越圆滑，分段越不明显。根据钢筋与混凝土粘结性能的机理知道，粘结强度，对于变形钢筋，是与混凝土的抗拉强度有必然联系的。从上面的研究中可以看出在混凝土的强度（包括抗拉、抗压）随着混凝土温度的降低是提高的，尤其是在高含水量的情况下，因此可以推测在低温下混凝土与钢筋的粘结性能会有所提高。比较潮湿和干燥状态下的粘结强度，证明在潮湿状态下混凝土的粘结强度高于干燥状态下的强度，这也同样验证了上面的推测。但是，从同一种混凝土在不同温度下粘结强度的对比来看，粘结强度并没有随着温度的降低而提高。同时从表中可以看到，随着粘结长度的增加，钢筋与混凝±之间的粘结破坏荷载增大，但粘结应力是减小的，这与常温下混凝±与钢筋的粘结性能是一致的。随着箍筋数量的增多，钢筋与混凝土的粘结强度是有明显提高的，这一点与带肋钢筋粘结机理是一致的，即箍筋的加入使混凝土处于三向受力状态，抗拉强度得到提高，从而使粘结强度提高。试验得出钢筋直径越大，极限荷载值越大，但平均粘结应力越小。
四、结束语
混凝土强度在低温下会提高，但并不是随温度线性变化，抗压强度在某一温度达到其最高点，从已有文献资料中可以看出该点在-100℃左右；混凝土的弹性模量也有相似的趋势。含水率对混凝土低温下的强度影响很大，混凝土含水率高则强度提高得多，干燥状态下混凝土强度基本不提高，但含水率越高在低温循环时对混凝土的破坏也越大。低温循环时，混凝土强度和弹性模量均会降低。
参考文献：
[1]金伟良.钢筋与混凝土粘结本构关系的试验研究[J].建筑结构学报，2015.
[2]何世钦.氯离子环境下钢筋混凝土构件耐久性能试验研究[J].企业文化，2015.
关键词：低温循环；钢筋混凝土；粘结性能
钢筋与混凝土之间的粘结作用是二者共同工作的基本前提。它是一种复杂的相互作用，所受的影响因素众多，加之试验技术方面相对滞后，使得目前有些基本问题还未得到很好的解决，一套充分完整的粘结性能理论还有待建立。从我国东北地区来看，混凝土结构破坏的一个主要原因是受到低温循环作用。低温循环作用不但会使混凝土内部结构发生破坏、强度明显降低，还会对混凝土与钢筋的粘结性能产生影响，国内外有关混凝土低温破坏、锈蚀钢筋等的单项研究很多，但对于低温作用下钢筋与混凝土粘结性能的研究报道很少。因此，本文针对低温循环作用后，不同强度等级混凝土与钢筋间的粘结性能开展试验研究，为寒冷地区钢筋混凝土工程结构的耐久性能设计以及结构服役过程中的可靠度评估分析提供理论参考。
一、低温下混凝土的变形
混凝土降温的过程中，在刚降到℃以下时，其中的部分水会结冰，混凝土轻微膨胀。在这之后随温度的降低而收缩，温度到-30～-60℃时，体积随温度的降低而膨胀的，此后一直到-196℃体积都在收缩。回温时的变形曲线与升温时基本平行（-50～-20℃时收缩，与降温时稍有不同）。笔者在研究中也得出了近似的结论，但所不同的是，笔者认为在-25～-70℃时混凝土是膨胀的，并且对比了波特兰水泥与高炉矿渣水泥在低温下的变形性能，得出波特兰水泥在-25～-70℃时的膨胀率更小的结论。低温下混凝土的抗压强度随着含水率的提高而增大，若混凝土中水分处于饱和状态，则抗压强度提高达80%～150%，劈裂强度提高60%～70%，而在干燥状态下即使降温也不会使混凝土的强度提高。因此这里根据函数曲线可以看出：在已知混凝土常温状态下的强度和含水率的情况下可以计算在低温下的强度。
二、低温对粘结性能的影响
低温循环对混凝土的性能有重大的影响，低温下混凝土强度和弹性模量都会调高，从而使得结构更加偏于安全。但在低温循环下，混凝土性能将急剧下降，对结构极为不利。尤其第一次低温循环下，混凝土强度降低最大，而此时结构往往不会引起足够重视，因此对其应该予以研究。研究表明混凝土残余应变随着低温次数的增多而不断增大，在-20℃时其残余应变基本不随低温次数而变化，在-30℃时其变化很小，在-50℃之后其变化基本恒定，随着低温循环次数的增多，每次残余应变的增量会减小，可以推测在10次低温循环之后其残余应变将会很少降低。弹性模量与抗压强度有几乎相同的倾向，在水灰比小的情况下，30次循环左右就显著下降。在-50℃时，弹性模量下降最快，经过一次低温循环后下降20%左右，其它温度下的下降速度要比-50℃时慢。高含水率使得低温下混凝土的弹性模量和强度都大幅度提高，但回温后弹性模量下降得也最快，说明高含水率对低温循环是极为不利的；空气的含量也会影响弹性模量，试验表明混凝土中空气含量越高，对低温循环的破坏抵抗性越强，弹性模量降低得越小。而水灰比的提高有利于低温下混凝土强度和弹性模量的提高，但在低温循环时混凝土的弹性模量会迅速降低。低温循环后的混凝土强度是降低的，此时是对结构最不利的，对它的研究是很有必要的。对于饱和状态的硅酸盐水泥混凝土试块，经过12次低温循环，其抗压强度在最低温度为-30、-70、-170℃时分别降低50%、60%和55%，抗拉强度则分别降低60%、70%和70%。
三、低温下混凝土与钢筋粘结性能分析
随着混凝土强度提高，试件极限荷载值也增大但不成比例。钢筋粘结锚固性能试验中大致分为三个阶段：微滑移、滑移和劈裂。第一阶段拉拔力很小，主要是化学粘结力起作用，自由端无滑移；第二阶段化学粘结力破坏，自由端开始滑移，摩擦力和机械咬合力起作用；第三阶段是在临近破坏时，咬合力的横向分力使试件劈裂。混凝土强度越高，三段式越明显，强度越低，曲线越圆滑，分段越不明显。根据钢筋与混凝土粘结性能的机理知道，粘结强度，对于变形钢筋，是与混凝土的抗拉强度有必然联系的。从上面的研究中可以看出在混凝土的强度（包括抗拉、抗压）随着混凝土温度的降低是提高的，尤其是在高含水量的情况下，因此可以推测在低温下混凝土与钢筋的粘结性能会有所提高。比较潮湿和干燥状态下的粘结强度，证明在潮湿状态下混凝土的粘结强度高于干燥状态下的强度，这也同样验证了上面的推测。但是，从同一种混凝土在不同温度下粘结强度的对比来看，粘结强度并没有随着温度的降低而提高。同时从表中可以看到，随着粘结长度的增加，钢筋与混凝±之间的粘结破坏荷载增大，但粘结应力是减小的，这与常温下混凝±与钢筋的粘结性能是一致的。随着箍筋数量的增多，钢筋与混凝土的粘结强度是有明显提高的，这一点与带肋钢筋粘结机理是一致的，即箍筋的加入使混凝土处于三向受力状态，抗拉强度得到提高，从而使粘结强度提高。试验得出钢筋直径越大，极限荷载值越大，但平均粘结应力越小。
四、结束语
混凝土强度在低温下会提高，但并不是随温度线性变化，抗压强度在某一温度达到其最高点，从已有文献资料中可以看出该点在-100℃左右；混凝土的弹性模量也有相似的趋势。含水率对混凝土低温下的强度影响很大，混凝土含水率高则强度提高得多，干燥状态下混凝土强度基本不提高，但含水率越高在低温循环时对混凝土的破坏也越大。低温循环时，混凝土强度和弹性模量均会降低。
参考文献：
[1]金伟良.钢筋与混凝土粘结本构关系的试验研究[J].建筑结构学报，2015.
[2]何世钦.氯离子环境下钢筋混凝土构件耐久性能试验研究[J].企业文化，2015.