基於改性錨固材料的化學錨栓錨固及破壞機理試驗研究
工業技術
作者：楊紅玉 吳誌強 吉臨鳳
[摘 要]本文進行4組12根基於改性錨固植筋材料化學錨栓的混凝土錨固拉拔力試驗，通過對試驗過程及現象觀察、荷載作用的測定、破壞狀態的分析，研究了化學錨栓錨固的受力性能與破壞機理。結合分析試驗結果和總結前人研究成果，給出了混凝土化學錨栓錨固承載力計算公式，並對以後化學錨栓的工程應用和設計提出了一些建設性的建議。
[關鍵詞]化學錨栓；粘結；破壞機理；錨固性能
中圖分類號：O6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）35-0104-01
1.前言
近年來，混凝土後錨固技術的應用領域日趨廣泛，特別是在建築改造、擴建、設備安裝、以及幕牆施工項目中，後錨固技術以高效、靈活、經濟等性能，倍受工程界的青睞。錨栓錨固技術是後錨固技術的一種，更因其廣泛的適應性得到了較好的應用。化學錨栓錨固技術在國外起步較早，如德國、瑞士等國家，隨著化學錨栓技術應用的範圍不斷擴大和深入，並形成了一套成熟的設計和施工規範。在我國，化學錨栓技術起步比較晚，至今還沒有現成的設計規範，大多數工程設計參考生產廠家的建議，工程的驗收常常需要通過現場試驗而定。隨著現代化建築發展，化學錨栓的應用越來越廣。為了既安全可靠又經濟合理地應用這一技術，正確有序地引導我國後錨固技術的健康發展，積極開展改性錨固材料化學錨栓錨固的試驗和理論研究，盡快製定適合我國國情的相關技術規範，勢在必行。
受拉拔破壞機理是混凝土後錨固的基本研究內容。本文通過對單根改性錨固材料化學錨栓進行軸向拉拔試驗，觀察其受力破壞過程，分析其在靜力作用下的粘結破壞模式，探討粘結錨固的受力機理。
2.試驗研究
2.1混凝土試件製作
共澆築了4個基材素混凝土試件，尺寸為1000×300×300mm3。設計混凝土強度等級為C30，錨栓采用市場采購的錨栓標準件，規格為M12。錨固材料采用自研的改性植筋材料，為了更好地體現混凝土試件破壞狀態，本試驗采用非約束性破壞拔拉試驗。混凝土試件上植入化學錨栓位置示意圖見圖1，試件編號、錨固深度、植入錨栓數量。
12.2無機化學錨栓施工
本次試驗全部采用型號為M12錨栓標準件，錨固材料采用自研改性植筋材料，二者采用藥包形式的植筋材料組合成基於改性錨固植筋材料的無機化學錨栓，此錨固係統可在混凝土等基材上錨固，用來固定玻璃幕牆、幹掛石材幕牆、設備安裝等工程。此種化學錨栓采用的藥包形式的植筋材料，是混合型無機材料植筋材料藥包，不含任何有害物質，安全無毒副作用，不會結空氣造成汙染，是一種綠色環保型化學錨栓，且耐老化、耐高溫、常溫下不會發生蠕變，施工適應溫度在-5oC～+40 oC之間，還適應於潮濕環境施工，防火性能及抗震性能都很好。錨栓施工工藝[1]（如圖2）。
鑽孔直徑為14mm，操作時使孔盡量保持垂直。鑽孔完畢後用噴壺衝洗孔內的灰塵，使它隨著水向孔外流出，然後藥包浸水，浸水的時間不能過長也不能過短，一般控製在10～15s，直到藥包不冒氣泡為止，迅速從水中取出藥包插入相應的孔中，隨後將錨栓栓迅速打入安有藥包的孔中，直到聽到“嘣嘣”的聲音，也即將錨栓栓體打到孔底，打入錨栓栓體發現有少部分的粘結料溢出孔外為佳，這樣可保證安裝的化學錨栓有足夠的錨固粘結深度的要求。等錨栓養護1～3d後方可對其進行拉拔力試驗，注意在養護的過程中不能撓動錨栓，這樣可以保證無機化學粘結料有足夠時間凝結固化並不受外荷載作用。
2.4試驗結果與分析
2.4.1試驗現象與結果
在12個化學錨栓拉拔試驗的破壞過程基本一致，在加載初期，拉力穩步上升。當荷載加到一定程度，會發展錨栓栓體根部的混凝土隆起，周圍出現環狀裂縫和起皮現象，此時錨栓的拉拔力還在不斷地增加，但增加的速度有所減小，當荷載還加大時就能聽到輕微的混凝土開裂的聲音。這是由於錨栓栓體受力拉長，而錨栓栓體與膠之間粘結作用，使得錨栓體帶著混凝土一起變形，當混凝土的拉應力越過混凝土的抗拉強度時，混凝土便出現環狀裂縫並發展為錐體破壞。繼續加載會突然出現很大的“啪”的聲音，有時還有可能會彈出混凝土碎屑。此時錨栓的拉拔力個別還會出現很小的增加，但是大多數情況下，錨栓此時的拔拉力不會再增加了，錨栓隻有滑移量的增加。12個試件的錨栓體的根部（錨栓體錨固段靠近混凝土表麵的部位）全都發生混凝土淺錐體破壞，淺層錐體破壞深度在15～30mm之間，各個試件變化不大，淺錐體表麵直徑在50～120mm之間，呈現不規則形狀並不全為圓形。