基于缓凝砂浆包裹的缓粘结预应力筋粘结性能试验研究

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1、基于缓凝砂浆包裹的缓粘结预应力筋粘结性能试验研究-->1绪论1.1研究背景预应力混凝土的出现，是混凝土技术的一次巨大进步，其用永久的预应力来抵消恒载产生的应力并防止在活荷载作用下出现裂缝，这样使混凝土结构就由非弹性材料转变成了各向同性材料。与钢筋混凝土结构相比，预应力混凝土结构在增强结构构件的抗裂性与耐久性、提高结构构件刚度、改善结构疲劳性能及节约工程材料等方面均有明显的优越性，经过一个世纪的不断研究完善和发展，预应力混凝土技术已经取得了瞩目的成就，在国内外各种工程结构领域均得到广泛应用。目前预应力混凝土结构多以后张法预应力混凝土

2、为主，后张法预应力混凝土按预应力筋与混凝土的粘结状况又分为有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。在无粘结预应力混凝土体系中，预应力筋束布置具有灵活方便，无成孔和灌浆等繁琐和复杂的施工工序，因此得到了广泛的应用[1-3]。但由于预应力筋自由滑移，使应变沿预应力筋全长几乎处处相等，易造成预应力筋和锚具的疲劳，还存在受拉区混凝土裂缝数量少，裂缝宽度大，钢筋易锈蚀，结构强度利用率低等缺点[4-9]。而有粘结预应力体系克服了无粘结预应力体系在工作中表现出来的缺点，但存在预留孔道对结构截面消弱较大，需要预留孔道，压浆等繁琐而复杂的施工工序，

3、且当灌浆材料施工质量无法保证时，会降低预应力筋与混凝土的粘结，导致预应力筋锈蚀等问题，常给结构的安全带来一些隐患[10-15]。现有的后张法预应力体系都存在一些不可克服的缺点，如何研究得到将后张法无粘结和有粘结预应力体系相结合，扬长避短，得到施工方便，结构安全可靠的预应力体系是各国工程人员面临的迫切需要解决的问题。KazuoSuzuki等(1990)[16]、王起才(1994)[17]提出了一种新的预应力体系——缓粘结预应力体系。缓粘结预应力体系的核心是在预应力筋周围包裹特殊的缓凝材料，前期预应力筋与缓凝材料之间几乎没有粘结力，施

4、工时与无粘结体系相同，在施工完成后，由于缓凝材料的凝结硬化（或固化），达到与有粘结预应力体系相同的效果。由于缓粘结预应力体系省去了有粘结体系的成孔，灌浆等施工工序，因而简化了施工工艺。同时，因后期缓凝材料的凝结硬化（或固化），对预应力筋产生握裹作用，而有效地解决无粘结预应力体系中的预应力筋和锚具的疲劳问题。缓粘结预应力筋既具有无粘结筋的占用空间小、布筋自由、无需设置孔道、无需压浆过程的施工工艺特点，又具有有粘结筋在后期使用上的力学特点和安全性的一种新型预应力技术已越来越被工程界所重视，并成为研究的一个热点。国内外科研工在缓凝材料、

5、缓粘结预应力筋和缓粘结预应力混凝土等方面进行了大量的研究，并取得了一定的成果。但缓粘结预应力技术是一项新技术，目前还处于探索、发展阶段，尚有许多方面有待进一步完善、创新和研究。对于缓粘结预应力技术中的缓凝材料凝结硬化（或固化）后，缓凝材料与钢绞线及混凝土之间粘结性能的研究还鲜有报道。鉴于此，本文以自主研发的缓凝砂浆为基础，从材料对粘结性能的影响角度出发，研究了缓凝砂浆硬化后基本力学性能，进行了缓凝材料与钢绞线及混凝土间的粘结试验研究，分析不同参数对缓粘结预应力筋的粘结性能的影响，并探讨了疲劳荷载作用下缓粘结预应力筋的粘结强度和刚度

6、的退化规律，基于试验研究和理论分析建立了缓粘结预应力混凝土试件的粘结本构关系公式，为缓粘结预应力混凝土体系的推广、结构设计、理论计算和既有缓粘结预应力混凝土结构的状态评估提供一些参考。......1.2缓粘结预应力技术国内外研究现状缓凝砂浆是由水泥、砂、水、矿物掺合料和高效缓凝剂按照比例拌合而成的一种特殊的砂浆。上世纪90年代，兰州交通大学（原兰州铁道学院）与铁道第一勘察设计院预应力技术开发中心合作，率先在国内进行了缓凝砂浆的研究，并成功研制了能在5~40℃范围内，30天内不凝结，而在30天后才开始硬化，并最终达到30MPa以上抗

7、压强度的超缓凝砂浆。王起才等（1994、1995、1996）[17-19]对这种超缓凝砂浆进行了不同环境温度条件下凝结硬化以及恒温和变温环境条件下凝结硬化情况进行了研究，并探讨了超缓凝砂浆的缓凝机理。研究结果表明超缓凝砂浆所受温度越高，其缓凝时间越长，而硬化速度越快，抗压强度越高。缓凝砂浆的缓凝机理一是由于复合缓凝剂吸附水泥颗粒表面或水化产物表面，使得水分子和Ca2+、SO42-等离子与铝酸三钙（C3A）类物质作用程度变弱，难以较快地生成钙矾石结晶，从而起到缓凝作用；二是由于复合缓凝剂与Ca2+作用，在水泥熟料相表面形成不溶性物质

8、膜，阻碍了水泥矿物成分正常的水化作用，而起到缓凝作用。当不溶性物质膜内渗透压增大使之破裂，暴露出新的熟料表面时，又会消耗缓凝剂，再生成不溶性物质，直到消耗尽复合缓凝剂后，才能使水泥正常水化，使缓凝砂浆凝结硬化并具有强度。张建玲（2006，2007）