考虑粘结长度与粘结剂类型的后置植入混凝土中带肋与带螺纹钢筋的粘结

不拆除就修复疲劳混凝土

在全球范围内，许多桥梁、建筑和停车场的老化速度超过了我们的替换速度。完全拆除并重建这些结构既昂贵又扰民，因此工程师们寻找加固现有结构的方法。本研究探讨了一种此类修复方法：在硬化的混凝土中钻孔，使用强力环氧将新钢筋粘入，然后利用这些“后置植入”钢筋为老旧混凝土延长使用寿命。

钢筋与粘结剂在混凝土内如何协作

钢筋混凝土之所以有效，是因为隐藏在混凝土中的钢筋能够抓住周围材料并分担荷载。传统上这些钢筋在模板中就位，随后浇筑混凝土。但在修复工程中，混凝土已硬化，施工人员必须钻孔、注入化学粘结剂，然后将新钢筋作为锚栓插入。升级后结构的安全性取决于这些新增钢筋与混凝土及粘结剂之间的粘结牢度，以及受拉时的相对滑移量。研究人员在受控条件下测量了这种粘结，并考察了不同钢筋形状、孔径和粘结剂对性能的影响。

在实验室中测试拔出强度

为模拟实际修复情况，团队浇筑了二十一块混凝土立方体，每块大致相当于一块小铺路石的尺寸。其中三块在浇筑时按传统方式埋入带肋钢筋，作为参考样本。其余十八块则为后置植入：钻入垂直孔、清孔、填入两种商业环氧之一，然后将带肋或全螺纹钢筋按规定深度插入。研究者改变了三个关键因素：钢筋与粘结剂接触的粘结长度、钻孔直径与钢筋直径的比值，以及钢筋表面是带肋（有不连续肋条）还是带螺纹（连续螺旋）。随后用液压千斤顶夹持试件，缓慢拉出钢筋，同时记录力与滑移数据。

什么造就了强健、安全的锚固

试验结果表明，几乎在所有情况下，破坏都是因为钢筋在经典的拔出过程中达到屈服强度，而非混凝土劈裂。这意味着粘结接头和周围混凝土通常比钢筋本身更强，这在设计上是理想的。用环氧在比钢筋略大的孔内（直径约大60%到80%）安装的钢筋，其拔出承载力与或略高于现场浇筑钢筋相当。孔径非常紧（仅约大20%）会降低强度。更长的粘结长度使钢筋能承受更大的总荷载，但将荷载分布得更广，从而降低了沿钢筋的平均粘结应力。比较钢筋形状时，常规带肋钢筋持续展现出比螺纹钢筋更高的粘结强度，主要因为其较粗糙的肋条对粘结剂和混凝土提供了更好的机械抓牢作用。

刚度与延展性如何协同

超出峰值强度之外，研究还考察了当钢筋开始移动时连接的刚性或柔性特征。环氧粘结锚固在初始加载阶段通常比现场浇筑钢筋更刚，意味着它们更能抵抗初始滑移。然而在许多配置中，尤其是较长粘结长度时，后置植入钢筋显示出更大的“延性”：在屈服后仍能发生显著滑移而不突然失去承载力。两种环氧在强度方面表现相似，但一种倾向于形成略为更刚、更不柔性的连接，另一种则允许在破坏前发生更多滑移。尽管螺纹钢筋在峰值粘结上较弱，但在高荷载下常表现出更大的滑移，表明其破坏过程更渐进、更可容许。

将试验数据转化为实用设计规则

作者利用完整的测量数据集，提出了一个简单方程，可根据混凝土强度、钢筋直径、粘结长度、孔径以及钢筋肋形几何预测后置植入钢筋的最大粘结应力。该公式经所有试验结果检验，给出了安全且较为准确的估算。对于工程师而言，这意味着在采取明智的孔径、埋深和钢筋类型选择的前提下，可以有把握地设计使用现代粘结剂的后置植入钢筋。对公众来说，结论是像这样的细致实验工作支撑了许多“看不见”的修复，使老化混凝土结构在无需全面更换的情况下得以加固并延长服役期，节省成本并减少扰动。

引用: Fayed, S., Alkharisi, M.K., Bayoumi, ES.A. et al. Bond of ribbed and threaded steel reinforcement bars post-installed in concrete considering bonded length and adhesive type. Sci Rep 16, 10762 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42964-4

关键词: 后置植入锚栓, 环氧粘结钢筋, 钢筋混凝土修复, 粘结强度, 结构加固改造