纤维编织网增强混凝土的研究进展及应用

纤维编织网增强混凝土(TRC)是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,它是纤维编织网与精细混凝土的结合。系统介绍纤维编织网与精细混凝土的界面性能、TRC基本力学性能和耐久性能、TRC用于结构加固修复的特点和TRC加固板、梁、柱等构件的力学性能、纤维编织网联合钢筋增强混凝土的抗弯性能及TRC在工程实际中的应用。最后,结合国内外的研究现状提出该研究领域中有待进一步研究的问题。     

界面形式对纤维编织网增强混凝土与混凝土界面的影响

采用双面剪切的试验方式研究不同界面形式对纤维编织网增强混凝土(TRC)与既有混凝土界面性能的影响。试验结果表明:对于单层纤维编织网、预制形式的TRC加固层,随着TRC加固层与既有混凝土黏结长度的增加,界面的最大剪切荷载有所提高,但是极限抗剪强度有下降的趋势,且其有效加固长度应在200~300 mm;当既有混凝土强度处于C20~C40时,既有混凝土的强度等级对TRC与既有混凝土界面性能的影响不大;与预制加固形式相比,现浇TRC加固形式对TRC与既有混凝土界面性能有很大改善。     

TRC加固受损砖柱轴压性能研究

通过对6根纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete, TRC)加固受损黏土砖柱进行轴心受压试验,研究了TRC中纤维网层数、纤维网搭接长度、纤维网表面粘砂及TRC基体掺加短切PVA纤维对砖柱轴压性能的影响。试验结果表明:采用TRC加固砖柱可明显提高其抗压强度;在一定范围内,砖柱的抗压强度随纤维网层数的增加而不断提高;纤维网搭接长度对TRC的加固效果无明显影响;在纤维网表面粘砂及在TRC基体中加入短切PVA纤维皆可提高试件的开裂荷载,其中纤维网表面粘砂试件的开裂荷载提高幅度可达33.3%,TRC基体加入短切PVA纤维后,试件开裂荷载提高幅度可达58.1%。并给出了TRC加固受损砖柱的轴压承载力计算方法,理论计算值与试验值吻合良好。     

纤维编织网增强细粒混凝土的抗弯计算理论分析

纤维编织网增强混凝土(TRC)结构是一种新型的结构形式,具有承载能力高、韧性强,构件尺寸小、重量轻,防磁化、施工简单等多种优点,以细粒混凝土作为纤维编织网增强混凝土基体,能增强混凝土与纤维网的粘结性,提高纤维编织网混凝土的性能。本文在介绍纤维编织网增强混凝土的基础上,对纤维编织网增强细粒混凝土的抗弯计算理论进行了分析,并采用四点弯曲试验,利用微机控制液压伺服试验机,通过分级加载,验证了公式的合理性。     

盾构管片横向大变形TRC控制方法及作用机制研究

 为有效控制盾构管片的横向变形,分析盾构隧道的加固特点和常用内表面加固方法存在的不足,提出纤维编织网增强混凝土(textile-reinforced concrete,TRC)控制方法。建立TRC加固层及界面模拟方法,并利用试验结果验证该方法的合理性,进一步采用数值手段研究隧道横向变形和顶拱接头张开量在不同地层刚度系数、加固时机、纤维编织网用量和加固层布置范围下的响应规律。在此基础上,结合管片的变形和内力规律,揭示TRC控制管片横向变形的作用机制。研究表明：TRC能有效控制隧道横向变形和顶拱接头张开量,地层刚度系数越小,控制效果越优异;加固前隧道已有变形会造成纤维编织网产生损失应变,已有变形越小,损失应变越小,控制效果越好;纤维编织网用量提高,控制效果增强,但纤维编织网利用率降低,因此增强趋势减弱;TRC加固层合理布置范围建议在顶拱反弯点间的受拉部位,在该范围内,加固层越长,控制效果越好。研究结果丰富了管片内表面加固方法,深化了内表面加固机制的认识,可为工程实践提供理论指导和技术支持。     

纤维编织网增强混凝土加固钢筋混凝土梁受弯性能研究

从改善纤维编织网增强混凝土(TRC)加固层中纤维束和精细混凝土的界面粘结及新老混凝土的界面特性入手,研究TRC增强钢筋混凝土(RC)梁的弯曲性能。试验结果表明:纤维编织网的表面黏砂处理能更好地发挥其有效约束能力,从而充分发挥TRC增强层的限裂和增强作用;新老混凝土的界面植入U型抗剪销钉可以提高增强后RC梁的整体受力性能,而涂抹界面剂对其几乎没有影响。此外,精细混凝土中掺加聚丙烯纤维有助于提高构件的起裂荷载;在RC梁配筋率一定的情况下,提高TRC层中的配网率可以有效地延缓结构主裂缝的发展,减小裂缝的宽度和间距,明显地提高梁的屈服荷载和极限承载力。最后,基于RC结构的抗弯设计理论,模拟TRC增强RC梁的荷载与跨中位移曲线,计算值与试验结果吻合得较好,证明了计算方法的可行性。     

纤维编织网增强混凝土加固隧道衬砌数值研究

为了克服隧道衬砌内表面常用补强方法的不足,探索纤维编织网增强混凝土(Textile-reinforced concrete,TRC)加固隧道衬砌的适用性。开展界面黏结试验,分析TRC加固隧道衬砌的界面应力分布规律,在此基础上建立TRC加固隧道衬砌的合理数值模型并开展加固参数优化分析。结果表明:TRC加固隧道衬砌的最大界面应力出现在加固层端部,并沿着加固层迅速降低;TRC适合加固处于大偏心受压的衬砌截面,偏心距越大,增强效果越明显;采用提高纤维编织网用量的方法在一定程度上可以增强加固效果,但是增强趋势呈现出减弱趋势;隧道衬砌前期受力对加固效果存在负面影响,前期受力越大,加固效果越弱;采用TRC抑制衬砌张拉裂缝扩展的效果优异。     

纤维编织网增强混凝土薄板耐高温力学性能的试验与有限元分析

文中对纤维编织网增强混凝土(TRC)薄板的耐高温力学性能进行了试验与ABAQUS软件的有限元分析.在试验研究的基础上,首先通过温度场的模拟,确定了纤维强度的衰减参数;其次,通过对混凝土基体及纤维本构模型的调整,结合纤维与基体的嵌固模型,进行了四点弯曲受力状态下有限元分析.结果表明,高温后混凝土本构的调整以及纤维衰减参数...     

海洋大气环境下TRC加固RC梁受弯时变性能

为预测海洋大气环境下纤维编织网增强混凝土（textile reinforced concrete,TRC）加固RC梁剩余受弯承载力,对TRC加固RC梁受弯时变性能进行研究。基于材料时变性能,建立了TRC加固RC梁受弯承载力时变计算模型,在验证此模型可靠性基础上,通过9根TRC加固RC梁进行参数分析,研究TRC厚度（25、35、45 mm）、钢筋直径（12、14、16 mm）、纤维编织网层数（1~3层）等因素对TRC加固RC梁起锈时间、开裂时间、剩余受弯承载力的影响规律。结果表明：海洋大气环境下TRC加固RC梁受弯承载力随服役时间增加非线性降低,但是其退化速率小于普通RC梁的;增加TRC厚度可以有效延迟起锈时间和减少承载力降低幅度,当TRC厚度由35 mm增加至45 mm时,TRC加固RC梁的起锈时间分别为23.9 a和39.5 a,承载力降低幅度分别为27.48%和15.57%（服役60 a）;钢筋直径对起锈时间无影响,对开裂时间的影响也较小;当钢筋直径分别为12、14、16 mm时,经过60 a服役期后TRC加固RC梁剩余受弯承载力均较接近;增加纤维编织网层数可减小加固梁锈蚀后受弯承载力退化。     

侵蚀环境下TRC约束混凝土与钢筋的黏结性能

纤维编织网增强混凝土(TRC)约束条件下钢筋与混凝土的黏结性能是评价TRC加固效果的重要因素之一.基于电化学锈蚀和拔出试验结果,从锈胀裂缝、破坏模式、黏结强度、黏结失效机理的角度对比分析了侵蚀环境下未约束和TRC约束混凝土与钢筋的黏结性能,并从能量角度对黏结性能作了进一步阐释.结果表明:TRC约束可以有效限制锈胀裂缝的开展,TRC约束试件的锈胀裂缝宽度明显降低;TRC约束试件的破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为具有一定延性特征的劈裂-拔出破坏;未约束试件的极限黏结强度随钢筋锈蚀率增加而极大降低,TRC约束则可以有效控制该降低趋势;从能量角度得到的分析结果与试验结果具有较好的一致性.     

织物增强混凝土的研究与应用进展

为了进一步推动织物增强混凝土（TRC）这一具有轻质、高强、良好耐久性及良好增强和控裂等特性材料的研究工作及其在土木结构工程中的实际应用,首先介绍了国内外有关TRC水泥基材料的研究进展和应用领域,逐一阐述了精细混凝土及织物类型、TRC的多尺度界面性能、制备工艺,对TRC代表性试验研究和理论研究方面做了详细分类和归纳,并展望了TRC的发展趋势和应用前景。最后提出了TRC研发和相关应用的一些关键性问题和建议:TRC的相关试验研究应转向大跨空间结构和理论及数值模拟方面,建立相关极端荷载条件下TRC的力学本构模型,从理论上分析纤维织物与混凝土基体间的增韧、增强机理,进而为进一步改善和提高TRC性能提供重要参考,实现新型TRC材料的产业化生产及应用。     

织物增强混凝土的纤维协同等代效应对约束混凝土的影响分析

通过ABAQUS对织物增强混凝土拉伸性能及其永久模壳加固混凝土柱的轴压性能进行了数值分析,在材料层面研究了短纤维掺量、纤维织物层数对水泥基复合材料(ECC)和超高性能混凝土(UHPC)拉伸性能的影响;在结构层面研究织物增强超高性能混凝土模壳对不同强度核心区混凝土的约束效率及纤维织物和短纤维间的替代关系.结果表明:织物合...     

Textilbewehrter Beton zur Verstärkung eines Hyparschalentragwerks in Schweinfurt

Textile Reinforced Concrete for Strengthening of a Hypar Shell Structure in Schweinfurt For the first time the innovative strengthening method was applied at rehabilitation and retrofitting of the shell structure of FH Schweinfurt. The reinforced‐concrete structure was strengthened by textile reinforced concrete and made safer for future. Since textile‐reinforced concrete is still no standardized construction material single case technical approval was given by the authorities for the application of textile reinforced concrete. This first practical application of TRC for strengthening was carried out in October/November 2006. The textile reinforced concrete strengthening was applied layer by layer on the sandblasted rough concrete surface. The strengthening layer is only 15 mm thin and consists of fine grained concrete and three layers textile fabric made of 800 tex carbon rovings.     

纤维网增强混凝土复合材料约束混凝土应力-应变关系研究

为研究纤维网增强混凝土(TRC)加固层对混凝土柱的约束性能,对13根混凝土柱试件(包括10根TRC加固柱和3根对比柱)进行了轴心受压试验,分析了纤维网层数、短切纤维及混凝土强度对TRC加固效果的影响,基于试验结果提出了TRC约束混凝土应力-应变关系简化计算模型.研究结果表明:TRC加固可改善混凝土柱的轴压破坏形态;与未...     

FRP和TRC加固砌体墙受剪性能试验研究

砌体结构的抗震性能较差,且砌体墙作为主要承载构件易在地震中受到面内剪切作用。而加固是提高砌体墙面内受剪性能的有效方法。FRP (fiber-reinforced polymer)和TRC(textile-reinforced concrete)两种材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优势,在应用于砌体结构加固时增强效果显著。为了比较这两种材料加固砌体墙的受剪性能,采用砂浆、FRP和TRC对砌体墙进行加固,进行了加固砌体墙试件的面内受剪试验,分析不同加固方式的破坏模式、承载力、延性和耗能能力。研究表明,未加固和砂浆加固的砌体墙在破坏时有不同程度的脆性特征,采用FRP和TRC加固均可改善这一现象。在本研究试验条件下,FRP和TRC在提升峰值剪应力方面增强效果相似,但TRC加固试件在延性和耗能方面效果更好。最后,结合现有规范中的相关计算方法,计算FRP和TRC加固层的受剪承载力,并且将计算值与试验值进行对比以评估相关计算方法的合理性,结果表明相关计算方法较为保守。     

织物增强混凝土加固RC梁的斜截面抗剪承载力试验研究

基于不同剪跨比的织物增强混凝土(TRC)加固RC梁的斜截面抗剪承载力试验,研究被加固梁的斜截面抗剪承载力及其破坏形态的变化,并研究剪跨区加固后梁的变形特点。试验结果表明,加固措施可以有效地提高梁的斜截面抗剪承载力,改善梁的斜截面破坏的脆性,对斜裂缝的发展有一定的约束作用,并减小梁在斜裂缝出现前的挠度。试验还表明,对剪跨比较大的RC梁,采用织物增强混凝土薄板加固后,其斜截面抗剪承载力提高幅度较大:当剪跨比为1时,加固后梁的斜截面极限抗剪承载力提高4%;当剪跨比为2.5时,加固后梁的斜截面极限抗剪承载力提高68%。在试验研究的基础上,给出TRC薄板加固梁的受剪承载力设计计算公式,公式计算结果与试验结果基本吻合。     

高炉钛渣提高混凝土强度的作用机理

采用XRD,DTA,SEM和水化结合水量测量等方法研究了高炉钛渣提高混凝土抗压强度的作用机理.研究表明:磨细的高炉钛渣微粉掺入到混凝土后,可以加速水泥水化速率,产生"二次反应",促进混凝土形成细观自紧密堆积体系,促进混凝土强度进一步发展;掺入适量激发剂能在一定程度上加速高炉钛渣的"二次反应".     

氯盐干湿循环下纤维编织网增强混凝土力学性能

通过拉拔和四点弯曲试验研究了氯盐(NaCl)溶液作用下干湿循环次数、氯盐溶液浓度(质量分数)和短切纤维种类对纤维编织网增强混凝土(TRC)性能的影响.结果表明:在浓度为5.0%的氯盐溶液作用下,随着干湿循环次数的增加,TRC中纤维束与混凝土的界面性能呈现下降趋势,而TRC的抗弯强度有先提高后降低的趋势;在120次干湿循环作用下,随着氯盐溶液浓度的增加,纤维束与混凝土的界面黏结强度变化不大,而TRC的抗弯强度也呈现先升高后降低的趋势.掺加短切AR-glass纤维和PVA纤维均可提高纤维束与混凝土的界面性能及TRC的抗弯性能,且后者对TRC抗弯承载力的提高更为明显.