范吉軍，余南輝，文國知，程光輝

(1.武漢工業(yè)學院數(shù)理科學系，湖北武漢430023;2武漢工業(yè)學院機械工程學院，湖北武漢430023)

建筑腐蝕是全球建筑業(yè)所面臨的一個十分棘手的問題［1］。目前鋼筋混凝土已廣泛地應用于各種建筑構(gòu)筑物中，但多年以來一直存在著鋼筋的腐蝕問題，即當鋼筋混凝土在具有侵蝕性環(huán)境中工作時，鋼筋在各種腐蝕性氣體、腐蝕劑、防凍劑和鹽的作用下生銹而使鋼筋本身體積膨脹，從而導致混凝土開裂，降低混凝土的使用壽命。提高鋼筋混凝土耐腐蝕能力的傳統(tǒng)做法是在鋼筋表面加防腐層，如鋼筋鍍鋅或涂覆樹脂等。但依然存在防腐層脫落的問題，因此這種方法未根本解決鋼筋的防腐蝕問題。

聚合物基復合材料(FRP)具有比強度和比模量遠比普通結(jié)構(gòu)材料高的特點，在強度和模量要求相同的情況下，采用聚合物基復合材料可以大大減輕產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)重量。此外，聚合物基復合材料在耐疲勞性能、耐高溫燒蝕性能、破壞安全性、減震性及加工工藝性等方面具有一系列優(yōu)異性能［2］。因此其有逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑材料的趨勢［3-4］。

筆者對玻璃鋼棒材的表面進行了處理得到了外形類似螺紋鋼的玻璃鋼筋，并對其抗拉強度進行了測量;制作了玻璃鋼筋混凝土立方體拔出試件，對玻璃鋼筋與混凝土的握裹力進行了研究。

1 玻璃鋼筋的制作

1.1 玻璃鋼棒材的制作

制作玻璃鋼棒材的增強材料選用E-玻璃纖維，其優(yōu)點為拉伸強度較高、斷裂伸長率較大和耐候性強;基體材料選用乙烯基不飽和聚酯樹脂，其突出的優(yōu)點是耐腐蝕性能優(yōu)異，采用拉擠成型工藝制作玻璃鋼棒材。

1.2 玻璃鋼棒材的表面處理

用粗紗布將玻璃鋼棒材打磨粗糙后，將涂有脫模劑的磨具裝在玻璃鋼桿上，并按一定的間距排布好，用浸潤樹脂的纖維布按一定圈數(shù)人工纏繞在模具之間。待固化后，脫模，并將肋頂打磨平。所制作的玻璃鋼筋的外形參數(shù)如表1所示。

表1 玻璃鋼筋的外形參數(shù) /mm

1.3 玻璃鋼筋抗拉強度

隨機抽取6個直徑為10mm、長度為250 mm的玻璃鋼筋試件，實測其抗拉強度值(測量結(jié)果見表2)。

表2 玻璃鋼筋抗拉強度的實測值

2 實驗

2.1 試件的制作

實驗采用無橫向鋼筋的立方體中心撥出實驗方法，所用玻璃鋼筋的直徑為6.9 mm和10 mm;玻璃鋼筋表面形式分為光滑的和加肋的;試件中玻璃鋼筋的埋入深度分為5 d和10 d，共制作八組，每組3個試件。

試件的制作均采用鋼模(100×100×200)，水平澆筑，機器振搗，振動臺上成型，各組試件均用標準方法養(yǎng)護28d。

2.2 實驗裝置

實驗在300 kN萬能試驗機上加載，裝置如圖1所示。采用了吊籃，吊籃上下端加荷板上均有球鉸，可以避免拉玻璃鋼筋時產(chǎn)生彎曲，防止因錨筋與受荷面不垂直時引起混凝土的撕裂破壞，從而保證比較理想的錨固拔出破壞。同時承壓墊板孔徑取直徑的兩倍，有利于筋的對中，并可減少摩擦。

位移的測量選用百分表，共三個，加載端兩個，去平均值消除傾斜引起的誤差;自由端設有一個百分表。

圖1 拉拔實驗裝置圖

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 玻璃鋼筋的表面形式

圖2與圖3分別為光滑玻璃鋼筋與帶肋玻璃鋼筋混凝土試件的載荷—滑移曲線?？梢钥闯雠c普通鋼筋混凝土的載荷—滑移曲線不同，可將其分為四個受力階段。

圖2 光滑玻璃鋼筋的P—S曲線

3.1.1 微滑移段(O—Ps段)

圖3 帶肋玻璃鋼筋的P—S曲線

在加荷初期，由于膠結(jié)力的作用，加載端有一短暫的無滑移段，隨后僅發(fā)生了很小的滑移，而自由端無滑移。P—S曲線處于彈性階段。

3.1.2 滑移段(Ps—Pcr段)

隨著荷載的增加，自由端開始滑移，滑移量開始加大。對于帶肋筋的試件，滑移量比光滑筋的要小，且曲線的非線性也不明顯，而對于光滑筋試件的曲線此時已經(jīng)是非線性的了。

3.1.3 “劈裂段”(Pcr—Pu段)

載荷繼續(xù)增加，直至達到“峰值”，相對滑移量明顯增大。

3.1.4 殘余段(Pu—Pr段)

當載荷達到“峰值”后，滑移量大幅度增加，而載荷只有緩慢的波動。

實驗中試件的破壞形式主要為剪切型的“刮犁式”破壞，即玻璃鋼筋被徐徐地從混凝土中撥出;還有少數(shù)情形是混凝土先破壞，無玻璃鋼筋破壞的情形，如圖4所示。

圖4 試件的破壞形式

3.2 錨固長度

實驗表明，在保護層厚度、混凝土強度等級等條件均相同的情況下，隨錨固長度的增加，相對荷載是增大的，但平均黏結(jié)強度下降。

3.3 玻璃鋼筋的直徑

在其他條件相同的情況下，隨玻璃鋼筋直徑的不同，其黏結(jié)強度的變化主要與鋼筋的表面形式有關：(1)對于帶肋筋，黏結(jié)力主要來源于錨筋肋與混凝土齒的機械咬合作用，肋高加大、間距減小都可增加混凝土與玻璃鋼筋的咬合作用。所以隨著直徑的加大，黏結(jié)力雖然增加了，但黏結(jié)強度卻降低，且降幅較大，這是由于鋼筋的相對肋高和肋距降低的結(jié)果，見表1。(2)對于光滑筋，黏結(jié)力主要來源于膠結(jié)力和摩擦力，其黏結(jié)強度雖然隨著直徑的增加有所降低，但降低的幅度不是很明顯。

4 結(jié)論

4.1 在P-S曲線的滑移段，帶肋筋的試件，滑移量比光滑筋的要小，且曲線依然處于線性區(qū)域，而對于光滑筋試件則表現(xiàn)為明顯的非線性。說明筋的表面形式對黏結(jié)性能影響較大。

4.2 錨固長度的增加，相對荷載是增大的，但平均黏結(jié)強度下降。

4.3 隨著直徑的加大，帶肋筋黏結(jié)強度降低降幅較大，而光滑筋黏結(jié)強度降低較小。

4.4 從試件的破壞形式來看，主要為剪切型的“刮犁式”破壞，說明玻璃鋼筋的抗拉強度是其優(yōu)勢，但其抗剪強度較低。

［1］ 洪乃豐.建筑腐蝕可持續(xù)發(fā)展［J］.工業(yè)建筑，2006，3(36)：76-79.

［2］ 鄧宗才，李朋遠.FRP加固RC柱的抗腐蝕性能［J］.玻璃鋼/復合材料，2008，5：34-36，46.

［3］ 俞海勇，管小軍.玻璃纖維聚酯筋的性能及在混凝土中的應用［J］.新型建筑材料，1998(4)：16-18.

［4］ Tjandra R A.Strengthening of RC beams with external FRP tendons：tendon stress at ultimate.［C］//Kiang Hwee Tan.Fibre-reinforced polymer reinforce ment for cocrete structures.Singapore：World scientific Publishing，2003.