纤维聚合物水泥砂浆与基体界面粘结性能研究

通过实验研究钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维等三种不同种类纤维和SBR乳液在单掺、复掺时对新拌砂浆与水泥混凝土基体之间界面粘结强度的影响,寻求适合于混凝土结构修补的新材料。在预先处理的基体表面浇筑不同类型的新拌水泥砂浆,在温度为(20±2)℃,湿度为(60±5)RH%的养护室中养护28d后,测试粘结面的粘结强度,通过粘结强度来反映不同种类纤维和乳液单掺、复掺对新旧水泥基体料粘结效果的影响。同时分析了纤维和乳液对新旧水泥基界面粘结性能作用的机理。研究结果表明,掺量为0.1%的碳纤维砂浆以及掺量不小于0.3%的钢纤维砂浆在复掺SBR(styrene-butadiene rubber)乳液的情况下对界面粘结性能作用效果比纤维、乳液单掺情况下均要好,而聚丙烯纤维与乳液复掺效果不明显。不同种类的纤维砂浆在复掺SBR乳液的情况下,均能有效改善新拌纤维砂浆与基体之间界面结性能,且随着乳液掺量的增加作用效果越好。钢纤维聚合物砂浆和碳纤维聚合物砂浆适用于混凝土结构修补。     

异型钢纤维与砂浆基体间的粘结性能

对异型钢纤维从砂浆基体中进行了拔出试验 ,测定了纤维拔出载荷 位移全曲线 ,得到了纤维与砂浆基体间的粘结强度 ,比较了不同形状纤维的粘结强度、拔出耗能和变形特性等。试验证明 :凸球型纤维的拔出荷载 位移全曲线出现了第 2个峰值载荷 ,表明纤维有良好的抗拔能力 ,拔出过程中消耗更多的能量 ;凸球型纤维的拔出荷载明显大于波纹型纤维和平直型纤维 ;纤维端部的凸头加大了纤维在拔出过程中与基体间的摩擦力及机械咬合力     

钢纤维与混凝土基体粘结性能的试验研究

为研究异型外观的钢纤维与混凝土的粘结性能,设计开发了弓型、螺旋型、端勾型、束状钢纤维等系列异型钢纤维,再分别将平直型和异型的钢纤维埋入砂浆中,开展了粘结强度的对比试验,并进行了分析。试验研究结果表明:钢纤维截面形态的改变使其与混凝土基体的粘结强度的增长超过100%;两端锚固作用改进后的钢纤维对粘结强度的提高是平直型钢纤维的400%;经过两类改进工艺叠加实施的异型钢纤维,对比平直型钢纤维,其粘结强度的提升超过了700%。     

短纤维及混杂纤维砂浆轴向拉伸试验研究

采用自行设计的试验加载装置，对在砂浆中分别掺人钢纤维、PVA纤维以及同时掺人两种纤维的水泥基复合材料进行了直接拉伸试验，成功地获得了完整的应力-应变全曲线．数据采集采用动态应变测试系统，结果表明，在砂浆中掺人钢纤维．可以大大提高基体的抗拉强度及韧性，试件的最终破坏取决于钢纤维与基体之间的界面粘结强度；在砂浆中掺人PVA纤维对提高基体的抗拉强度有限，但却可以较大幅度地提高基体的韧性，试件的破坏是随着纤维的逐渐断裂而破坏。混杂纤维增强砂浆的破坏形式则是由基体、钢纤维、PVA纤维的材料特性共同决定。     

异形钢纤维与混凝土粘结性能试验研究

自行设计了异形钢纤维与混凝土粘结强度试验方法.以混凝土基体强度、钢纤维形状和钢纤维埋角为参数,制作了24组试件,进行了钢纤维与混凝土基体的粘结试验.试验结果表明:混凝土基体强度、钢纤维形状以及钢纤维埋角是影响钢纤维与混凝土界面粘结强度以及异形钢纤维在拔出过程中所耗能量的主要因素;界面粘结强度随混凝土基体强度的提高而增大;B型(书钉型)钢纤维的粘结性能和拔出时所耗能量均优于J型(剪切平直型)钢纤维;界面粘结强度以及钢纤维拔出时的总耗能随钢纤维埋角的增大而降低.     

纤维对GFRP筋与自密实混凝土基体粘结性能影响分析

通过18个中心拉拔试件试验,研究在基体中加入不同纤维(聚丙烯长纤维(PPA)、聚丙烯短纤维(PPB)、钢纤维(SF)以及混杂纤维)对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋与混凝土基体粘结性能的影响,旨在寻找改善GFRP筋与混凝土基体粘结性能的有效途径。参照德国纤维混凝土标准DBV和国际材料与结构研究试验联合会标准RILEM弯曲韧性评价方法,采用等效抗弯强度和变形能来评价粘结韧性。试验结果表明：与素混凝土（NC）基体相比,GFRP筋与掺入混杂钢纤维与聚丙烯长纤维以及各自单掺基体的粘结强度可提高13%～35%,还可改善粘结韧性;同时,GFRP筋与基体的粘结强度随钢纤维掺量增大而提高。根据试验结果拟合得出粘结滑移曲线上升段的模型参数,计算结果与试验结果吻合良好。图11表6参13     

钢纤维外形对其增强性能的影响

通过对比两种不同类型的钢纤维增强水泥砂浆，发现螺旋型钢纤维与基体的粘结强度要明显高于平直型钢纤维，从而得出钢纤维外形在钢纤维增强混凝土中具有不可忽略的意义，同时也为螺旋型钢纤维的应用提供了实验依据。     

高强钢绞线与纤维增强聚合物砂浆粘结滑移性能研究

高强钢绞线-纤维增强水泥基材料作为新型建筑加固修复材料，依靠其内部各组分材料的有效粘结应力，起到加固修复、阻裂增韧的效果。为理清高强钢铰线与纤维增强聚合物之间的粘结滑移机理，共设计55个轴心拉拔试件。得出试件的拉拔力-位移曲线并计算钢绞线与纤维水泥基材料界面粘结强度，分析多种短切纤维、不同基体强度、不同锚固长度等对加固材料粘结能力的影响。结果表明：锚固界面以剪切破坏为主；掺入纤维会削弱基体与钢绞线间的界面机械咬合力，钢纤维可增强基体与钢绞线滑移后的界面摩擦力，使拉拔力下降幅度较小，为15%～35%。     

钢纤维高强陶粒混凝土与钢筋的粘结性能试验研究

主要通过42个局部粘结的中心拔出试验,研究不同钢纤维体积率、不同钢筋直径和不同钢纤维长径比对钢纤维高强陶粒混凝土与钢筋粘结性能的影响;用能量吸收和等效粘结强度评价了钢纤维高强陶粒混凝土与钢筋之间的粘结韧性。试验结果表明:不掺钢纤维的高强陶粒混凝土的破坏形式为劈裂破坏,掺钢纤维的高强陶粒混凝土的破坏形式为钢筋拔出破坏;在其他条件相同的情况下,钢纤维掺量越高其极限粘结强度越高(相对于不掺钢纤维的陶粒混凝土,钢纤维体积率为0.5%,1%,1.5%时,其极限粘结强度分别提高了6.7%,13.4%,18.6%);直径为22mm的钢筋的极限粘结强度比直径为16mm的钢筋的极限粘结强度低12.3%。     

硅灰和SBL对钢纤维砂浆结构和强度的影响

采用硅灰增强和丁苯乳液增强2种方式对钢纤维-水泥基体界面过渡区进行增强,以改善钢纤维砂浆的微观结构和力学性能.测试了硅灰、丁苯乳液增强钢纤维砂浆3,28,90 d龄期的抗压、抗折强度.同时,以微观图像和理论分析研究了不同增强方式下钢纤维、水泥基体的受力与破坏特点.根据测试与分析结果,提出了刚性、柔性增强钢纤维-水泥基体界面过渡区的概念,认为硅灰刚性增强钢纤维-水泥基体界面,而丁苯乳液则柔性增强钢纤维-水泥基体界面.刚性增强界面增加了钢纤维桥接作用失效的几率;而柔性增强界面则不存在纤维失效问题,从本质上揭示了不同增强方式对钢纤维砂浆长期力学性能作用的差异性.     

钢纤维高强混凝土与钢筋的粘结性能试验研究

通过126个尺寸为150mm立方体的钢纤维高强混凝土标准试件，进行了钢筋全长粘结的拔出试验，分别量测出光圆钢筋、变形钢筋与钢纤维高强混凝土的荷载与自由端的粘结滑移关系，研究了钢纤维体积率和钢纤维类型对钢纤维高强混凝土粘结性能的影响。根据现行《钢纤维混凝上试验方法》进行的试验结果表明，钢纤维的加入对光圆钢筋与高强混凝土的极限粘结强度无显著影响；对变形钢筋与高强混凝土的极限粘结强度有一定影响，但缺乏明显的规律性。通过对试件破坏形态及试验结果的分析得出结论，现行《钢纤维混凝土试验方法》有关粘结性能的试验方法不适用于高强混凝土及钢纤维高强混凝土。     

型钢混凝土的极限粘结强度试验研究

对11个具有不同截面尺寸、粘结长度、混凝土强度等级、保护层厚度、配箍率的型钢混凝土短柱进行了试验研究。测量的关键参数是型钢混凝土之间的粘结应力和滑移。型钢的粘结长度、混凝土强度等级、混凝土保护层厚度、配箍率是影响粘结性能和粘结强度的主要因素。提出了型钢翼缘和腹板处的粘结应力分布模式及极限粘结强度的计算公式。     

型钢高强混凝土界面黏结传力机理及影响因素分析

为了揭示型钢高强混凝土界面黏结传力机理,以混凝土强度、横向配箍率、保护层厚度、型钢锚固长度和抗剪件设置部位为变化参数,设计12个试件进行静力推出试验,观察试件的受力破坏过程及裂缝发展形态,获取各试件加载端和自由端的荷载-滑移全过程曲线,基于试验结果对型钢高强混凝土界面黏结传力机理进行了详细阐述,并对各变化参数的影响规律进行了深入分析,最后对型钢高强混凝土界面黏结强度计算方法进行了探讨,并提出其实用计算方法。研究结果表明：适当增大截面的横向配箍率和混凝土保护层厚度,能有效提高型钢高强混凝土的界面黏结强度;当型钢锚固长度满足一定值后,增大锚固长度对提高极限黏结强度并不明显;对高强混凝土而言,随着混凝土强度等级的提高,界面极限黏结强度却有所降低;通过设置抗剪件的方法能有效提高界面黏结传力性能;型钢高强混凝土界面黏结传力的组成中,化学胶结力占比重最大,摩擦力次之,机械咬合力最小。     

反复荷载作用下钢筋与纤维混凝土黏结性能试验研究

为研究添加钢纤维和钢碳混杂纤维对于钢筋与混凝土在反复荷载作用下黏结性能影响,进行了48个混凝土轴心受力钢筋短锚试件在单调、等幅反复荷载以及变幅反复荷载作用下黏结性能的试验研究。结果表明：添加纤维可在一定程度上改善钢筋与混凝土间的黏结性能;黏结性能的退化在等幅反复荷载作用下主要体现在黏结应力-滑移滞回曲线峰值黏结应力的退化;在变幅反复荷载作用下主要表现为黏结强度、卸载刚度、摩阻力的不断降低,以及卸载至零时残余滑移量的不断增长;影响黏结退化的主要因素是前期的最大控制位移水平,低控制位移水平下的加载循环对高控制位移水平下的黏结性能影响较小,并给出了合理的退化机理解释。     

型钢与混凝土的极限粘结强度

为研究型钢与混凝土的粘结滑移性能,对11根不同截面尺寸、粘结长度、混凝土强度等级、保护层厚度、配箍率的型钢混凝土短柱进行了试验。测量的关键参数是型钢与混凝土之间的粘结应力和滑移。试件在型钢翼缘和腹板上开槽后,粘贴应变片并埋置于混凝土中。试验在长柱试验机上进行,采取线性轴向加载,记录型钢在自由端和固定端的滑移。型钢的粘结长度、混凝土强度等级、混凝土保护层厚度、配箍率是影响粘结性能和粘结强度的主要因素。提出了型钢翼缘和腹板处的粘结应力分布模式和极限粘结强度的算法。     

木材表面嵌筋黏结锚固性能试验研究

木材与钢筋之间的可靠黏结与锚固，是保证内嵌钢筋加固木柱协同工作的根本条件。为研究钢筋与木材的黏结滑移性能和锚固特性，对50个木材表面嵌筋试件进行了中心拔出试验，总结了试件的破坏形态，分析了黏结滑移曲线的分布规律。进而分析了锚固长度(80、120、160mm)、钢筋直径(16、20mm)这两个基本参数对极限荷载以及平均黏结强度的影响。试验结果表明：试件出现了4种典型的破坏形态，分别为拔出破坏、劈裂破坏、混合破坏以及剪切破坏，且黏结滑移曲线的分布与试件参数相关；随着锚固长度的增加，试件的极限荷载增加而平均黏结强度减小；随着钢筋直径的增加，试件的极限荷载增加而平均黏结强度基本不变。此外通过钢筋的内贴片方法得到了典型试件钢筋沿锚固长度的应变分布，参考既有计算方法计算并得到了黏结应力以及相对滑移量的分布规律，综合黏结应力以及滑移量的分布获得了各测点处的黏结滑移曲线。     

型钢-钢纤维混凝土组合结构的黏结破坏及传力机理研究

为了解决型钢混凝土组合结构的施工难题,利用离散的钢纤维代替传统钢筋笼,提出了型钢-钢纤维混凝土组合结构。以截面类型、钢纤维掺量、界面锚固长度和钢纤维混凝土保护层厚度为设计参数,进行了36个型钢-钢纤维混凝土试件的标准推出试验,研究了试件的受力性能,对破坏形态进行了统计归类,完成了损伤破坏全过程分析。试验结果表明：自由端与加载端的荷载-滑移关系并不同步,自由端先于加载端达到屈服;黏结劈裂裂缝首先出现在保护层厚度最小的钢纤维混凝土表面,然后由外向内发展,而黏结裂缝以型钢翼缘肢尖处为起点,沿45°斜向由内向外发展,直至达到钢纤维混凝土外表面;试件的破坏形态可分为黏结劈裂破坏、黏结锚固破坏、过渡破坏和型钢屈服破坏4种类型;型钢与钢纤维混凝土之间的黏结作用主要依靠化学胶结力、摩擦力和机械咬合力,推出试验的黏结滑移全过程可精细化地分为5个阶段和5个极限状态。     

新型FRP筋粘结性能研究

基于33个拉拔试件和27个梁式试件的试验结果,对新型FRP筋与不同环境介质(包括混凝土C30、掺纤维与不掺纤维的混凝土C50、R42.5水泥浆以及环氧树脂等)之间的粘结性能进行了较为系统的研究。研究表明,新型FRP筋的粘结强度略低于钢筋;混凝土强度等级对FRP筋的粘结性能影响较大,但是否掺加聚丙烯纤维对其粘结性能影响较小;基于梁式试验的FRP筋粘结强度稍低于基于拉拔试验的FRP筋粘结强度。