地震对新浇注混凝土钢筋握裹力的影响

摘要:本文对5.12震后灾区在建工程新浇混凝土进行现场调查、取芯试验，系统的研究了地震对新浇混凝土钢筋握裹力的影响。用非破损检测技术、体视显微镜观测分析对新浇混凝土内部损伤进行了系统检测和研究，分析了地震对钢筋握裹力影响的机理。如果地震对新浇注的混凝土的握裹力影响不大甚至没有影响，那么我们是否能得出这种新浇注混凝土在28天后的强度达到工程要求。这对地震灾区有很重要的经济意义。
　　关键词:地震，新浇注混凝土，混凝土强度，混凝土损伤
　　引言
　　汶川地震是建国以来震级最大、受灾面积最大的地震，给人民的生命财产造成巨大的损失，近9万人遇难或失踪，损坏房屋346万间，2万余公里的道路受损。有资料认为估计直接经济损失为1300～1500亿元，房屋和基础设施的重建费用估计在3000亿元以上，从目前投入的重建资金来看还远不止这些。汶川地震时，正是我国大规模的基本建设时期，在建的工程很多。对于既有结构物，地震后对于混凝土结构物的损伤鉴定，可以遵循有关标准和规定进行。但对于在建的工程地震对新浇注的混凝土的强度和钢筋握裹力的影响却没有明确的定论。鉴于此，新浇注的混凝土的强度和钢筋握裹力是否受到地震影响及影响程度如何，对于工程建设有重大经济意义。
　　地震对灾区建筑和土木工程基础设施带来严重的影响，很多结构损伤严重。但是，灾区周边的地区的地震烈度相对较小，受灾较轻。如果结构物表面没有损伤，或损伤较轻（只有少量的细裂缝），地震后新浇混凝土能否继续使用？钢筋握裹力是否满足承载的要求？如何处理这种结构？由于没有明确经验可循，而且，已有的研究文献结果相差很大，甚至有矛盾之处。因此，在5.12地震后，评定地震后新浇注混凝土强度和解决混凝土质量争议等问题中遇到了很大的困难。因此在处理5.12后灾区新浇混凝土结构时，基本借鉴台湾不太成熟的处理方法，同时对采取的处理的方法也不踏实。有的项目采取拆除的方法，但由于拆除时候龄期已经很长（超过28d），上部结构的拆除震动等对下部结构影响很大，造成更大的工程隐患。
　　1实验概况
　　通过现场调查以建工程新浇混凝土的损伤情况全面了解的基础上，利用地震灾区受灾的在建混凝土结构，试验测试新浇混凝土的钢筋握裹力。第二步模拟地震试验，采用专业的模拟地震台（典型的地震时程曲线）和其他仪器设备，研究模拟地震后新浇混凝土28d的钢筋握裹力。通过微观测试分析来验证试验结果并对其影响机理进行探索。
　　2现场取样的钢筋握裹力室内试验
　　钢筋握裹力的现场取样主要为混凝土楼板，边长为400～500mm，板厚100～120mm，取样地点主要为地震受损较严重的结构。所取混凝土板选在局部无裂缝、无损伤的部位。甩筋对新浇混凝土有影响，严重的部位混凝土被挤压破碎，不过这种情况相对较少。
　　2.1握裹力实验方法
　　目前，混凝土握裹力测试方法主要是通过拔出钢筋试验来测试。在试验中测试钢筋滑移在0.01mm、0.05mm、0.10mm时分别对应的荷重，0.01mm对应的为钢筋初始滑移荷重，0.10mm对应的最大滑移荷重。初始荷重试验变异较大。本试验参照国家、行业标准进行。如DL/T5150-2001水泥混凝土试验规程、JTGF30-2003公路水泥混凝土路面施工技术规范附录C混凝土与钢筋握裹力试验方法,混凝土结构试验方法GB50152-92（有关钢筋握裹力试验方法）等，这些试验方法基本相同，主要用于判断钢筋的握裹强度大小或其他涂层钢筋、纤维筋等相对握裹力比例。
　　试验规程均规定采用边长为150mm的立方体试件，浇注混凝土时中间埋植直径为20mm的螺纹钢筋，成型后标养28d，做握裹力试验。当达到下列任一情况时停止加荷：(1)、钢筋达到屈服；(2)、混凝土发生劈裂；(3)、钢筋的滑移变形超过0.10mm。如果发生第(1)、(2)种状况，说明混凝土的握裹力没有问题。只有第(3)种情况，混凝土中的钢筋握裹力可能达不到要求，有一个定量的试验数据。
　　为了定量的评定混凝土中钢筋握裹力大小，应选择试件的大小，并拔出钢筋，比较钢筋的握裹力。现场取样主要为现浇楼板，钢筋的直径一般为6～8mm（圆钢），10～12mm（变形钢筋），与试验规定的直径20mm不一致。因此需要对试验方法进行改进。本实验试件的尺寸的选用。参照英国BS4449:1997附录D的试验方法，钢筋的握裹长度按照fyФ/28选用，即钢筋屈服强度乘以钢筋直径除以28，我国学者在研究涂层钢筋握裹力时也曾采用此方法。本试验所用钢筋握裹长度为60mm～120mm，具体由fyФ/28计算得到，混凝土的截面边长一般选用100mm～150mm。试件的加工。首先对工地截取的混凝土板加工，切割成握裹力拉伸所需试件，待试件在空气中干燥后，用环氧树脂砂浆对保护层的一面补强。修补成边长为100mm以上的混凝土试件，曾经采用高强度普通水泥砂浆或高强度硫铝酸盐水泥砂浆对钢筋握裹力混凝土试件进行修补，但是在握裹力试验中均是混凝土首先破坏，破坏点都在钢筋保护层的一面（修补砂浆），即修补砂浆不起作用。
　　现场混凝土的龄期。由于从现场切割取样、样品加工修补和环氧树脂砂浆补偿等。拉拔试验时混凝土的龄期一般在5个月左右。
　　通过环氧砂浆修补，并参照英国BS4449:1997附录D的试验方法，选取钢筋的握裹长度，钢筋能够拔出，而且没有屈服，混凝土试件也没有开裂。
　　试验时，力传感器和数字机电千分表通过专用的程序接入电脑，同时对力和变形进行校核，在电脑上画出拔出力与钢筋滑移之间的关系曲线。目前行业标准及国家标准没有强制要求画出拔出力与钢筋滑移之间的关系曲线，本试验这样做的原因：其一是可以更容易的确定钢筋握裹力在3种拔出滑移下对应的拉拔力的数值；其二是通过分析钢筋握裹力与钢筋拔出滑移之间关系曲线变化，更好的分析地震对钢筋握裹力影响的规律。
　　钢筋握裹强度按下式计算：
　　τ=
　　式中：τ━钢筋握裹强度，MPa；
　　━滑动变形为0.01mm时的荷载，KN；
　　━滑动变形为0.05mm时的荷载，KN；
　　━滑动变形为0.0mm时的荷载，KN；
　　A━埋入混凝土的钢筋表面积（A=ΠDL）,；
　　D━钢筋的计算半径，mm；
　　L━钢筋埋入的长度，mm。
　　为了对比混凝土的握裹力损失状况，制作C30～C40的混凝土强度等级的试件，测试其钢筋握裹力，并与工地样品对比，考察混凝土受地震后钢筋握裹力的状况。方法如下：
　　选用与工地相同的钢筋，光圆及月牙肋变形钢筋；成型C30～C40的混凝土，试件的边长为100mm，高度（钢筋握裹长度）与工地取样加工后的握裹长度相同。由于现场的混凝土龄期较长，试验模拟的混凝土的龄期取56d左右，握裹力的测试方法与工地样品的方法相同。
　　国标采用的评定方法是荷载与握裹面积的比值。这种方法对于不同的钢筋直径或握裹长度，结果有变化。其规律是：钢筋握裹长度减少，钢筋变细均使得评定结果提高。所以在比较钢筋的握裹力时，尽可能采用相同的钢筋品种、钢筋握裹长度及钢筋直径。
　　2.2握裹力实验结果及分析
　　加工后的钢筋握裹力试样（包括试验室内非震动的对比试件、灾区遭受地震的试件）试验前表面以及钢筋与混凝土相连的周边均无肉眼可见的裂缝。只统计握裹力试验后钢筋被拔出，而且混凝土完好的试验结果。
　　握裹力试验过程分析。加荷初期，钢筋与混凝土界面上开始受剪时，化学胶结力其主要作用，此时界面上无滑移；随着拉力的增大，从加载端开始化学胶结力逐渐丧失，摩擦力开始起主要作用，滑移逐渐增大；握裹应力达到峰值后，滑移急剧增大，此时嵌入钢筋表面凹陷处的混凝土被陆续剪碎抹平，摩擦力不断减小；破坏时，拔出的钢筋表面与其周围混凝土表面沾满了砂浆、个别有铁锈粉末，并有明显的纵向摩擦痕迹。光面钢筋的握裹破坏属于剪切型破坏。当0.01mm以上对应的握裹力没有降低时，表明震动主要影响一部分化学胶结力，对握裹力的影响较小。
　　由于钢筋握裹力分布比较离散，单独的分析每一变量很难发现变化规律，对同一强度混凝土对应的钢筋握裹力作平均值进行比较，表1为试验室试样（非震动）和灾区取样的试件握裹力对比结果。
　

表1为试验室试样（非震动）和灾区取样的试件握裹力对比结果

　　可以看出地震对钢筋握裹力影响不大，与非震动的混凝土在同一级别，变化小于10%。原因可能是经过5个月左右水泥水化反应，生成产物如凝胶体、晶体不但填充混凝土与钢筋间的间隙，而且恢复了化学胶着力，接近或达到非震动的水平。
　　3结论
　　通过对灾区在建工程新浇混凝土的调查和室内试验研究，得到初步结论如下：
　　（1）新浇混凝土一般处在结构物的顶面，而在同一顶面，地震对新浇混凝土构件的损伤比旧混凝土严重，但可能比下层的旧混凝土轻。对于受损严重的新浇混凝土构件，破坏部位和程度与结构的形式、模板的支撑刚度以及地震波的走向（或叠加）等有关。另外地震后新浇混凝土表面常有发白失水、养护不够的现象。
　　（2）同强度等级混凝土按照平均握裹力来评定，现场取样的混凝土中钢筋握裹强度与试验室非震动的混凝土基本相当。不过，同强度等级的钢筋握裹力变化幅度较大，不排除个别区域对握裹力产生更不利的影响。
　　（3）强烈的地震后，养护被迫中断。10d～14d后才开始对新浇混凝土养护。混凝土前期养护中断将造成强度偏低及握裹力降低。
　　参考文献
　　[1]李乔赵世春等汶川大地震工程震灾分析西南交通大学出版社2008.9
　　[2]汶川地震建筑震害调查与灾后重建分析报告中国建筑工业出版社2008.10601～604
　　[3]中华人民共和国住房与城乡建设部地震灾后建筑鉴定与加固技术指南2008.7
　　[4]中华人民共和国国家标准《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-1999
　　[5]中华人民共和国住房与城乡建设部《建筑地震破坏等级划分标准》（（90）建抗字第377号)