粘結(jié)力

　　粘結(jié)力指粘結(jié)劑與被粘結(jié)物體界面上分子間的結(jié)合力。
　　鋼筋混凝粘結(jié)力的影響
　　長(zhǎng)期以來(lái)，鋼筋銹蝕對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件粘結(jié)力的影響一直被工程界所重視，其影響主要集中在粘結(jié)力和承載力的變化上。目前應(yīng)用有限元方法模擬鋼筋銹蝕影響的方法大體可分為兩種，一種是模擬鋼筋銹蝕時(shí)的體積膨脹引起的內(nèi)力，另一種則是模擬膨脹時(shí)的位移量。本文試從溫度角度出發(fā)，即施加于鋼筋一定的溫度模擬其膨脹過(guò)程對(duì)構(gòu)件粘結(jié)力及承載力的影響，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　對(duì)于巖石來(lái)說(shuō)，巖石的抗壓強(qiáng)度σc、抗拉強(qiáng)度σt、抗剪強(qiáng)度τo、和粘結(jié)力C有如下關(guān)系：
　　σc=10σt (σt的系數(shù)變化范圍為6~20)
　　σc=5τo (τo的系數(shù)變化范圍為6~20)
　　τo=1.8σt (σt的系數(shù)變化范圍為6~20)
　　τo=0.7C (C的系數(shù)變化范圍為6~20)
　　有限元模型的建立
　　單元的選擇與劃分
　　采用軸對(duì)稱有限元分析模型，對(duì)稱軸取在主筋長(zhǎng)向的形心線上。混凝土為一內(nèi)半徑為7mm、外半徑為50mm的圓環(huán)。主筋直徑為14mm.鋼筋在混凝土中的錨固長(zhǎng)度取10倍鋼筋直徑即140mm，主筋為一內(nèi)徑為5mm、外徑為7mm的鋼圓環(huán)。主筋肋高取0.5mm，肋間距取7mm.箍筋采用矩形截面等效圓形截面面積。混凝土及箍筋取4點(diǎn)軸對(duì)稱塊體單元，主筋及肋采用2節(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱殼體單元。鋼筋與混凝土間的摩擦力被忽略，但以主筋肋截面為矩形作為補(bǔ)充。利用ABAQUS程序進(jìn)行分析，有限元單元?jiǎng)澐帧?br />材料性能
　　混凝土被視為彈塑性材料，彈性模量E=34500MPa，波松比ν=0.18，抗壓強(qiáng)度f(wàn)c=50MPa，抗拉強(qiáng)度f(wàn)t=4.25MPa，破壞時(shí)的塑性應(yīng)變?nèi)?.4×10-3，產(chǎn)生裂縫后考慮由于剪切剛度變化引起的軟化。假定裂縫后混凝土抗拉強(qiáng)度為線性損失并在應(yīng)變?yōu)?.2×10-3后無(wú)拉應(yīng)力存在。混凝土雙軸極限抗壓強(qiáng)度與單軸抗壓強(qiáng)度之比為1.16.箍筋為彈性材料，主筋為彈塑性材料，彈性模量E=2.06×105MPa，波松比ν=0.3，鋼材屈服強(qiáng)度為550MPa，抗拉強(qiáng)度為600MPa.1.3分析步驟數(shù)值分析由鋼筋銹蝕前的加載階段、鋼筋銹蝕階段和銹蝕后的加載階段組成，構(gòu)件在荷載作用下的破壞過(guò)程按照不穩(wěn)定分析原理并采用修正的RIKS方法進(jìn)行分析，同時(shí)考慮幾何非線性變化的影響。
　　由于鋼筋銹蝕而導(dǎo)致的鋼筋體積膨脹在分析中采用主筋單元在溫度作用下的體積膨脹，鋼材的膨脹系數(shù)采用在溫度作用下的正交膨脹性質(zhì)，也即考慮環(huán)向膨脹而忽略沿鋼筋長(zhǎng)向和徑向的膨脹。
　　設(shè)鋼筋在銹蝕前的原始半徑為r0，在溫度作用下銹蝕深度為X，膨脹后的半徑為r，t為膨脹量，則：
　　r-r0=t（1）
　　設(shè)由膨脹引起的混凝土裂縫長(zhǎng)度為lcr，寬度為w，由產(chǎn)生裂縫前后狀態(tài)時(shí)構(gòu)件的體積相等導(dǎo)出銹蝕深度X為：
　　X=t[1+lcr/（2r0）]（2）
　　式（2）中，膨脹量t由有限元計(jì)算直接得出，lcr從裂縫開(kāi)展圖中得出。
　　數(shù)值結(jié)果
　　加荷階段
　　加載端的荷載－位移曲線。可以看出，當(dāng)將混凝土視為非線性彈塑性體時(shí)，在劈裂破壞后將顯示出明顯的應(yīng)變軟化。
銹蝕階段
　　為鋼筋在銹蝕狀態(tài)下混凝土單元的位移，與試驗(yàn)的裂縫開(kāi)展位置基本吻合。
銹蝕后的加載階段
　　為了比較箍筋配置的影響，分別情況1和去掉中間一根箍筋情況2兩種情況進(jìn)行分析計(jì)算。兩種情況下銹蝕深度與最大荷載的關(guān)系曲線。可以看出，在銹蝕開(kāi)始階段，均有一個(gè)較明顯的下降趨勢(shì)，這也是多數(shù)試驗(yàn)結(jié)果的趨勢(shì)。最大粘結(jié)力均大于銹蝕前的最大值。同時(shí)，也可發(fā)現(xiàn)兩條分析曲線與試驗(yàn)曲線在中間位置較為逼近。
　　結(jié)語(yǔ)
　　（1）應(yīng)用本文方法所得的粘結(jié)力變化趨勢(shì)及荷載數(shù)值與試驗(yàn)結(jié)果接近。
　　（2）利用溫度膨脹模型模擬鋼筋銹蝕對(duì)鋼筋混凝土粘結(jié)力及承載力的影響是有效的和可行的，并避免了采用給鋼筋施加均勻內(nèi)力及變形模擬銹蝕影響的與實(shí)際情況偏離的不利影響，是對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕問(wèn)題的數(shù)值分析方法的補(bǔ)充與完善。
　　瀝青混凝土路面粘結(jié)力提高
　　當(dāng)瀝青層之間或?yàn)r青層與基層之間結(jié)合面上的摩阻力大大低于瀝青混合料本身時(shí),層間界面會(huì)存在抗剪強(qiáng)度不足的薄弱環(huán)節(jié),當(dāng)路面受到較大的水平剪切力時(shí)易發(fā)生剪切位移,使瀝青面層發(fā)生水平推移、車轍及壅包等病害。粘結(jié)層對(duì)瀝青層之間的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的傳遞有至關(guān)重要的作用,層間粘結(jié)力不足會(huì)導(dǎo)致層間推移及上面層層底拉應(yīng)力集中,這種應(yīng)力集中將加速疲勞開(kāi)裂導(dǎo)致整個(gè)路面的破壞。為了保證瀝青路面的優(yōu)良路用性能,必須在瀝青混凝土層間鋪設(shè)粘結(jié)層或經(jīng)過(guò)處理以提高層間的粘結(jié)力。結(jié)合國(guó)內(nèi)對(duì)提高瀝青層間粘結(jié)力的討論,應(yīng)該從以下幾方面加以闡述。
　　瀝青粘結(jié)層的分析
　　粘結(jié)層的分類
　　1)下封層。多用于多雨潮濕地區(qū)的高速公路、一級(jí)公路的瀝青面層空隙較大、滲水嚴(yán)重的路面或鋪筑基層后不能及時(shí)鋪筑瀝青面層而需要開(kāi)放交通時(shí),宜在噴撒透層油后鋪筑下封層。下封層的瀝青油石比為7.5%～13.5%,石料用量為5.4kg/m2～8.1kg/m2,石料規(guī)格為Ⅱ級(jí)配礦料,施工工藝為稀漿封層機(jī)拌和攤鋪。
　　2)粘層。雙層或三層熱拌熱鋪瀝青混合料路面在鋪筑上面層前,其下面的瀝青層已被污染,水泥混凝土路面上鋪筑瀝青面層時(shí)必須撒鋪粘層。瀝青用量為0.3L/m2～0.5L/m2,施工工藝為噴撒,不需要用石料。
　　3)透層。瀝青路面的級(jí)配砂礫、級(jí)配碎石基層及水泥、石灰、粉煤灰等無(wú)機(jī)料穩(wěn)定土或粒料的半剛性基層上必須撒透層瀝青。瀝青用量為0.7L/m2～1.1L/m2,石料用量為2kg/m2～3kg/m2,石料規(guī)格為石屑或砂,施工工藝為撒瀝青、撒石屑并碾壓。
粘結(jié)層受力分析
　　粘結(jié)層的作用是把上下瀝青面層粘結(jié)起來(lái),使荷載從上面的瀝青層傳遞到下面的瀝青層的同時(shí)沒(méi)有層間滑移或分層現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中闡述的觀點(diǎn),試驗(yàn)溫度為60℃時(shí),在一定的范圍內(nèi)隨著瀝青用量的增加抗剪強(qiáng)度有所增加其原因在于,瀝青混合料在基底表面擊實(shí)后,瀝青混合料與基底表面緊密接觸,抗剪強(qiáng)度源于瀝青混合料中的骨料與基底的摩擦力及瀝青的粘結(jié)力,由于瀝青用量的增加,瀝青混合料與基底的接觸面增大,這樣抗剪強(qiáng)度有所增加。粘結(jié)層瀝青厚度超過(guò)瀝青混合料紋理深度之后,瀝青粘結(jié)層的粘結(jié)力降低,由于擊實(shí)的作用多余的瀝青被擠出試件,其粘結(jié)力降低的水平趨于穩(wěn)定。試驗(yàn)溫度30℃時(shí),由于溫度的降低,瀝青的粘度增加從而粘結(jié)力有所增加,但隨著瀝青用量的增加多余的瀝青被擠出,其粘結(jié)力趨于穩(wěn)定。
　　原材料的因素
　　瀝青含量與路用性能的關(guān)系
　　下封層、粘層及透層油的施工工藝有一個(gè)共同的特點(diǎn),就是都可以提高剛性、柔性結(jié)構(gòu)層之間的抗剪強(qiáng)度,但它們的抗剪強(qiáng)度不同。下封層作為瀝青路面結(jié)構(gòu)層間結(jié)合料時(shí)的抗剪強(qiáng)度最大,作為粘結(jié)過(guò)渡層效果最好。
　　一般可用擊實(shí)法模擬工程實(shí)際,既可用于確定瀝青粘結(jié)層的合理用量,也可以用來(lái)確定瀝青粘結(jié)層的抗剪強(qiáng)度,但對(duì)基底材料的強(qiáng)度要求較高,否則擊實(shí)時(shí)基底材料會(huì)破壞。試件的試驗(yàn)溫度是關(guān)鍵,溫度低抗剪強(qiáng)度高,溫度高抗剪強(qiáng)度低。同樣條件下,利用擊實(shí)法成型的試件,水泥混凝土為基底的試件的抗剪強(qiáng)度要比以鋼板為基底的試件的抗剪強(qiáng)要高,這說(shuō)明基底的粗糙程度對(duì)抗剪強(qiáng)度有影響,而且比基底的強(qiáng)度對(duì)抗剪強(qiáng)度影響大。所以要在提高基底強(qiáng)度的同時(shí)注意提高其粗糙程度,而得到較高的抗剪強(qiáng)度。
瀝青材料的確定
　　瀝青具有熱粘性,但存在軟化點(diǎn)偏低、易吸熱軟化的缺點(diǎn)。由于瀝青缺乏高溫抗變形能力,因而降低了高溫環(huán)境下路面的承載能力,容易形成車轍等病害,當(dāng)然瀝青放在面層當(dāng)中還會(huì)出現(xiàn)粘附輪胎現(xiàn)象,致使車輪飄滑,造成安全隱患。下封層宜采用層鋪法表面處治或稀漿封層法施工。稀漿封層可采用乳化瀝青或改性乳化瀝青作結(jié)合料。透層油的選擇是根據(jù)基層類型,常用的有液體瀝青、乳化瀝青、煤瀝青等。液體石油瀝青根據(jù)使用目的與場(chǎng)所,可選用快凝、中凝、慢凝。宜采用針入度較大的石油瀝青,使用前按先加熱后加稀釋劑的順序,摻配煤油或輕柴油,經(jīng)適當(dāng)?shù)臄嚢琛⑾♂尪�成。乳化瀝青類型根據(jù)集料品種及使用條件選擇。陽(yáng)離子乳化瀝青可適用于各種集料品種,陰離子乳化瀝青適用于堿性石料。乳化瀝青的破乳速度、粘度宜根據(jù)用途與施工方法選擇。煤瀝青用于各種等級(jí)公路的基層透層時(shí)宜采用T21級(jí)或T22級(jí),與道路石油瀝青、乳化瀝青混合使用,以改善滲透性并能與基層連接成為一體。粘層油宜采用快裂或中裂乳化瀝青、改性乳化瀝青,也可以采用快、中凝液體石油瀝青。粘層油品種和用量,應(yīng)根據(jù)下臥層的類型通過(guò)試驗(yàn)確定。當(dāng)粘層油上鋪筑薄層大空隙排水路面時(shí),粘層油的用量宜增加到0.6L/m2～1.0L/m2。當(dāng)瀝青層之間兼作封層而噴撒的粘層油宜采用改性瀝青或改性乳化瀝青,其用量不少于1.0L/m2。
　　施工因素
　　施工準(zhǔn)備
　　粘層施工前應(yīng)檢查基層或下臥瀝青層的質(zhì)量,不符合要求的不得鋪筑瀝青層。舊瀝青路面或下臥層已被污染時(shí),必須清洗或經(jīng)銑刨處理且待路面干燥后再進(jìn)行施工。施工應(yīng)盡量選在夏季且一天當(dāng)中氣溫較高時(shí),不允許夜間或凌晨施工。
施工方案
　　按照規(guī)范要求,粘層施工時(shí)須使瀝青噴撒成霧狀,在路面全寬內(nèi)均勻分布成一薄層。粘層油宜在當(dāng)天撒布,待乳化瀝青破乳、水分蒸發(fā)完成,或稀釋瀝青中的稀釋劑基本揮發(fā)完成后,緊跟著鋪筑瀝青層。透層瀝青施工時(shí),若瀝青為熱改性瀝青,特別是SBS改性瀝青,需要在高溫時(shí)進(jìn)行噴撒,施工質(zhì)量受施工環(huán)境、溫度及基層的清潔狀況影響。否則,容易出現(xiàn)離析、水和瀝青分離、噴撒不勻,瀝青阻塞灑布機(jī)出油孔等現(xiàn)象。透層瀝青的施工對(duì)石屑的干燥度要求很高,所用石屑必須經(jīng)過(guò)過(guò)篩。同時(shí),撒布石屑后必須及時(shí)碾壓才能達(dá)到滿意的質(zhì)量效果。下承層是半剛性基層的透層宜緊接在基層碾壓成型后表面稍變干燥,但尚未硬化的情況下噴撒。為了更好地使透層的粘結(jié)力增強(qiáng),無(wú)機(jī)結(jié)合料粒料基層上撒布透層瀝青應(yīng)在鋪筑瀝青層前1d～2d撒布。下封層的作用效果明顯優(yōu)越于粘層、透層。它是由級(jí)配石料、瀝青乳化液、添料、助劑,通過(guò)稀漿封層施工機(jī)械按比例集中投料、拌和并完成攤鋪的一種細(xì)料式瀝青混凝土薄層施工工藝,具有密級(jí)配、大油量的特點(diǎn),粘結(jié)性和密封性都特別好。在攤鋪瀝青面層時(shí)可直接進(jìn)行瀝青路面的施工,下封層會(huì)在瀝青混合料的高溫及壓路機(jī)的振動(dòng)下進(jìn)一步密實(shí),真正起到粘結(jié)、密實(shí)、防水的作用。
　　粘結(jié)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)
　　瀝青層間粘結(jié)力的評(píng)價(jià)主要是通過(guò)對(duì)瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)分析。目前有一種原理簡(jiǎn)單且參數(shù)可以改變的直剪儀器,這種設(shè)備還可以用來(lái)方便地測(cè)試路面鉆芯和試驗(yàn)室制備的圓柱體試件。為此設(shè)計(jì)制造了一種可在MTS上操作的簡(jiǎn)單直剪儀器。該儀器的兩個(gè)剪切套具間的間距可調(diào),并且利用MTS可以方便地以控制應(yīng)變或控制應(yīng)力的模式加載,荷載的大小和試驗(yàn)溫度也可調(diào)整。儀器通過(guò)剪切套具下的支撐的偏移來(lái)實(shí)現(xiàn)剪切,操作簡(jiǎn)便,試驗(yàn)數(shù)據(jù)由軟件自動(dòng)采集和輸出。
　　根據(jù)文獻(xiàn)[4]得知:表面有水(模擬雨水)的粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度比相同情況下干燥路段的要低。潮濕路段的粘結(jié)強(qiáng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng),但始終不能達(dá)到相同條件下干燥路段的強(qiáng)度。層間結(jié)合料用量為0.36L/m2,潮濕路段的剪切強(qiáng)度比層間結(jié)合料用量為0.09L/m2的潮濕路段的要高。
　　結(jié)語(yǔ)
　　通過(guò)對(duì)粘結(jié)力影響重大的主要結(jié)構(gòu)層進(jìn)行分析,從瀝青粘結(jié)層結(jié)構(gòu)、材料特征、施工等方面提煉出改善瀝青粘結(jié)力的注意事項(xiàng),以便更全面地指導(dǎo)瀝青路面的施工。
　　粘結(jié)力強(qiáng)的釉面瓷磚
　　釉面磚是一種廣泛用于墻面裝飾的飾面磚，普遍用低廉的水泥沙漿鑲貼施工。但由于水泥沙漿作為粘結(jié)料的粘結(jié)力差，鑲貼于墻面的釉面易脫落，這不僅嚴(yán)重影響墻面裝飾效果，而且重新鑲貼施工麻煩。因此為防止脫落，釉面磚底面普遍均帶槽紋。近來(lái)，一種與水泥沙漿粘結(jié)力更強(qiáng)的釉面磚問(wèn)世海外。
　　據(jù)介紹，這種釉面磚是用石膏和玻璃屑為主要原料的坯料作底層，在其上面填入磚坯料，加壓成復(fù)合坯體，干燥、施釉、燒結(jié)而成。燒結(jié)后的底層為石膏瓷質(zhì)層，主體層為陶瓷質(zhì)層，底層厚度為總坯體厚度的1/10～1/3。石膏瓷層不易溶于水，但石膏再結(jié)晶粒表面未被玻璃質(zhì)完全覆蓋，仍具有一定的吸水性。當(dāng)石膏瓷質(zhì)底面吸收沙漿中的水分，溶出無(wú)水石膏時(shí)，與沙漿中的水泥起反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣和水化硫鐵酸鈣針狀晶體，填充于石膏再結(jié)晶粒的微細(xì)間隙。因此石膏瓷質(zhì)底面能與水泥沙漿產(chǎn)生高粘結(jié)力。如將用無(wú)水石膏與碎玻璃屑作底層的釉面專用水泥沙漿（水泥：沙=1：2鑲貼于墻面，于空氣中養(yǎng)護(hù)28天，粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到22．6kg/cm2，而用同一沙漿或有機(jī)粘結(jié)劑鑲貼底面為槽紋的常用普遍釉面磚，粘結(jié)強(qiáng)度分別為12．2kg/cm2和24．9kg/cm2，兩者相比，用水泥沙漿鑲貼時(shí)，底面為石膏瓷質(zhì)的釉面磚較普通釉面磚的粘結(jié)強(qiáng)度相差極小，若將石膏瓷質(zhì)底面再形成槽紋，粘結(jié)強(qiáng)度提高得多；而與有機(jī)粘結(jié)劑鑲貼普通釉面磚的粘結(jié)強(qiáng)度相差極小?若將石膏瓷質(zhì)底面再形成槽紋?釉面磚粘結(jié)強(qiáng)度還能進(jìn)一步提高。
　　這種高粘結(jié)力釉面磚的問(wèn)世解決了水泥沙漿鑲貼時(shí)粘結(jié)力低的問(wèn)題，有效防止磚的脫落，減少因釉面磚脫落而需多次鑲貼施工的次數(shù)。