高温后方钢管再生混凝土界面黏结性能及本构方程学习体会

文献概况与技术背景

陈宗平等人在《湖南大学学报（自然科学版）》2022年第49卷第5期发表的这篇论文，聚焦于钢管混凝土结构在火灾或高温事故后，钢管与再生混凝土之间的界面黏结性能退化问题。该研究以最高经历温度T和再生粗骨料取代率γ为两个核心变量，设计了20个试件开展高温后推出试验，系统揭示了界面黏结强度、滑移特性及损伤演化规律，并建立了相应的本构方程。这一研究对于评估灾后钢管混凝土结构的剩余承载能力、制定修复策略具有重要的工程指导意义。

从钢管制造与焊接技术的角度来看，钢管混凝土结构中的钢管通常采用焊接钢管或无缝钢管，其焊缝质量和管壁厚度均匀性直接影响钢管与混凝土之间的协同工作性能。再生混凝土中粗骨料的表面粗糙度、孔隙率及与水泥浆体的黏结强度均与天然骨料有所不同，这使得界面黏结行为的预测更加复杂。

核心试验设计与结果分析

该研究采用推出试验方法测定界面黏结性能，这一方法在钢管混凝土研究中已被广泛采用。试验中设置加载端和自由端两个测点，通过对比两端的荷载-滑移曲线形态差异，可以识别界面黏结的局部化损伤特征。

试验结果表明，再生混凝土方钢管的界面黏结性能整体劣于普通混凝土方钢管，平均差距范围为3.10%~19.05%。这一差距的量化对于工程设计中黏结强度折减系数的确定具有直接参考价值。

特别值得注意的是，界面初始黏结损伤在T=600℃时明显推迟，这一现象可能与高温下混凝土中水化产物分解、骨料表面微裂纹扩展以及钢管表面氧化层增厚等复杂冶金过程有关。随着再生粗骨料取代率的提高，初始损伤反而逐渐提早，说明再生骨料表面的附着砂浆层在高温下更易与再生骨料本体脱开，形成薄弱界面。

本构方程的工程应用价值

论文提出的黏结强度计算公式和黏结滑移本构方程，为灾后钢管混凝土结构的精细化评估提供了定量工具。在实际工程应用中，本构方程的参数需要通过有限元模型进行标定，并与试验数据进行对比验证。

从焊接工艺的角度思考，钢管混凝土结构中的钢管焊缝区域是界面黏结性能的关键薄弱环节。焊缝热影响区（HAZ）在经历高温后，其微观组织可能发生再结晶或晶粒长大，导致局部硬度和韧性发生变化，进而影响钢管与混凝土之间的黏结传力。建议在实际工程中，对钢管焊缝区域进行专门的界面黏结性能测试，以获取更准确的损伤评估数据。

与工程实践的关联思考

在石化、电力等行业中，钢管混凝土结构常暴露于高温环境或火灾风险之中。再生混凝土的应用虽然有利于建筑废弃物的资源化利用，但高温后的界面性能退化问题不容忽视。对于承受高温工况的钢管混凝土结构，建议从以下方面加强设计控制：

• 选用耐火性能更优的钢管材料，如含铬镍合金钢，以降低高温氧化对界面黏结的不利影响。
• 在钢管内壁涂覆耐高温防腐涂层，减少钢管与混凝土之间的直接热耦合。
• 对再生混凝土的配合比进行优化设计，控制再生粗骨料的取代率不超过60%，以平衡经济性与结构安全。

该文献的研究成果为灾后钢管混凝土结构的性能评估和修复设计提供了重要的试验数据支撑和理论模型，值得从事钢管混凝土结构设计与维护的技术人员深入研读。