《Materials》：Transformation Behavior of Fe, V and Ti in Pre–Reduced Vanadium–Titanium Magnetite During Electric Furnace Smelting
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本研究通过中心拉拔试验（central pull-out tests）系统探究了新型环氧树脂混凝土（epoxy resin concrete, ERC）与带肋HRB400钢筋之间的粘结行为。研究人员共设计了30组试件，评估了混凝土强度、混凝土保护层厚度、钢筋直
本研究通过中心拉拔试验（central pull-out tests）系统探究了新型环氧树脂混凝土（epoxy resin concrete, ERC）与带肋HRB400钢筋之间的粘结行为。研究人员共设计了30组试件，评估了混凝土强度、混凝土保护层厚度、钢筋直径、锚固长度及箍筋配筋率对粘结性能的影响。结果表明：提高ERC强度可显著增强其与钢筋的粘结力，主要通过改善化学胶着力（chemical adhesion）和机械咬合力（mechanical interlock），同时抑制内部裂缝发展。混凝土保护层厚度对粘结强度影响显著，在合理范围内增加保护层厚度可有效防止劈裂破坏。将钢筋直径从16 mm增大至20 mm可提升粘结强度，但当直径超过20 mm后提升效果减弱。锚固长度与极限粘结强度呈负相关关系。粘结应力沿锚固长度分布不均匀，两端应力较高而中部区域应力较低。与同等级普通混凝土相比，ERC与钢筋的粘结性能提升了79%。这些发现为ERC在工程结构中的设计与应用提供了理论依据。
新型环氧树脂混凝土与钢筋粘结性能的系统研究解读
一、研究背景与意义
环氧树脂混凝土（epoxy resin concrete, ERC）是一种先进混凝土材料，具有高强度、良好韧性、抗冲击性、耐腐蚀性、抗渗性和抗冻融耐久性等优点。然而，在工程结构设计中，ERC与钢筋之间的粘结性能是关键问题之一。已有研究表明，特定条件下ERC的抗拉强度显著高于同等级普通混凝土，而根据混凝土结构设计规范GB 50010-2002，混凝土与钢筋间的粘结滑移强度与混凝土抗拉强度正相关。但目前关于钢筋与ERC粘结行为的系统性研究十分有限。为此，研究人员开展了本项研究，旨在系统揭示ERC与HRB400带肋钢筋的粘结锚固机理，为ERC在工程结构中的应用与设计提供理论基础。
二、关键技术方法
研究人员采用中心拉拔试验方法，使用200吨万能拉压试验机对置于反力架内的试件进行单向加载。为精确测量纯滑移量，在钢筋两端安装伸长量夹具，并在加载端、自由端及整个反力架处布置位移计。对于部分试件，通过在钢筋表面铣槽并粘贴应变片的方式观测粘结区内不同位置的应力变化。基于实测数据，利用公式计算各荷载水平下钢筋与混凝土的相对滑移值和粘结强度。
三、研究结果
3.1 粘结性能基本数据
研究人员测定了各组试件的立方体平均抗压强度、平均劈裂抗拉强度、平均极限荷载、平均极限粘结强度及极限荷载下的平均相对滑移值，并记录了破坏模式，包括拔出破坏（B）、劈裂-拔出破坏（S）和钢筋屈服破坏（Y）。
3.2 混凝土强度的影响
选择锚固长度为1d和5d的试验组进行比较，在其他条件相同的情况下，新型环氧树脂混凝土强度的提升显著提高了试件的极限粘结强度。这是因为环氧树脂含量增加不仅改善了化学胶着力和拉伸性能，还有效抑制了内部裂缝发展。此外，由于ERC完全由砂浆组成不含粗骨料，这显著降低了通过钢筋横肋传递力的纵向分量，有助于减缓内部裂缝扩展。
3.3 侧向约束效应
通过两种不同的钢筋布置方式研究混凝土保护层厚度的影响。结果显示，在一定条件下，极限粘结应力随保护层厚度增加而增大，因为保护层较薄的试件对受力钢筋的侧向约束力较小，更易产生内部裂缝并快速扩展到表面导致劈裂。箍筋存在与否对极限粘结强度影响甚微——无箍筋试件的平均粘结强度仅比有箍筋试件低1.0%，表明当保护层达到一定阈值防止劈裂-拔出破坏时，箍筋对粘结应力的影响可忽略不计。
3.4 钢筋直径的影响
选取三组呈现纯拔出破坏的试件比较发现，在ERC中，相对粘结强度随钢筋直径增大而增加，但当直径超过20 mm后增幅趋于平缓。这可能是因为ERC的力学性能能被更有效地调动，但直径超过20 mm后相对肋面积减小导致贡献降低。与普通混凝土不同，在ERC中增大受拉钢筋直径可使粘结强度提升高达39%，这归因于ERC不含粗骨料从而大幅降低了横肋产生的侧向劈裂力。
3.5 锚固长度的影响
随着锚固长度增加，试件的平均极限荷载呈上升趋势，而平均极限粘结应力则随之下降。研究人员拟合了直径16 mm的ERC试件数据，发现极限粘结强度与抗拉强度之比与相对锚固长度近似呈线性关系。当相对锚固长度达到或超过5时，新型ERC的该比值未出现普通混凝土中观察到的逐渐趋缓现象，这是由于ERC弹性模量更低、抗拉和劈裂抗拉强度更高，使得粘结应力分布更加均匀。
3.6 粘结应力沿锚固长度的分布
通过在钢筋有效锚固长度内等距埋设应变片直接测量微应变，研究人员计算得到各点的应力水平和相邻点间的粘结应力。结果表明，粘结应力在加载端和自由端附近最高，而在中部区域相对较低。在较短锚固长度试件中，粘结应力分布较为不均匀。研究人员认为，这是因为新型ERC在钢筋拉拔过程中比传统混凝土更容易被压碎成粉末状，导致中部粘结失效，摩擦引起的相对位移进一步粉碎中部混凝土并向自由端积聚，从而造成两端局部应力更高。
四、总结与结论
研究人员通过数据拟合得出了不同锚固长度试件粘结区粘结应力分布的初步经验公式，并通过将局部粘结应力沿锚固长度积分与实测拉拔荷载对比验证了数据的可靠性（集成力与实测破坏荷载相差仅1.3%），确认了应变片测量和截面缩减修正共同产生了沿界面的协调力平衡。
研究得出以下结论：(1) ERC强度的提升显著改善了与钢筋的粘结性能，通过增强化学胶着和机械咬合同时抑制内部裂缝发展来提高极限粘结强度；(2) 侧向约束条件是影响ERC与钢筋粘结强度的关键因素，其中混凝土保护层厚度尤为重要，增加保护层厚度可显著提升极限粘结强度并降低劈裂风险；(3) 与普通混凝土相比，将钢筋直径从16 mm增至20 mm有助于提高粘结强度，但超过20 mm后提升趋于平稳；(4) 锚固长度与极限粘结应力呈负相关，粘结强度与抗拉强度之比随相对锚固长度变化保持相对稳定；(5) ERC与钢筋间的粘结应力分布不均匀，加载端和自由端附近应力较高，中部区域相对较低。
