ECC与混凝土界面黏结性能的研究进展

ECC是一种具有应变硬化和多缝开裂特征的乱向分布短纤维增强水泥基复合材料,由于价格昂贵,一般用在结构的关键部位或是加固补强中,因此,ECC与混凝土界面的黏结性能好坏直接影响着它的使用。ECC与混凝土界面的黏结性能主要包括界面的劈拉强度、抗剪强度、抗折强度和断裂韧度四个方面。综述了目前ECC与混凝土界面的研究进展,提出了进一步研究的方向。     

硫酸盐环境下粗糙度对CFRP-混凝土界面黏结应力试验研究

为了考察硫酸盐环境下CFRP-混凝土界面黏结性能的退化规律,开展了162块CFRP-混凝土试件的单剪试验,研究了混凝土黏结面粗糙程度、混凝土强度等级、腐蚀龄期对CFRP-混凝土界面极限荷载、最大滑移量、黏结强度、断裂能的影响,并基于SEM扫描电镜技术分析了界面破坏机理。结果表明,混凝土强度从C30提升至C50,极限荷载上升幅度在1%～7%不等,总体上混凝土强度等级对提高界面黏结性能的影响不明显;硫酸盐环境下,环氧树脂胶体能较好的保护CFRP黏结区域;随着腐蚀龄期的增长,CFRP-混凝土界面的黏结性呈先增高后降低的趋势,增强点出现在第7天,30 d后界面极限荷载呈高速下降趋势;界面能在7 d时达到最大,随后逐渐降低;硫酸钠晶体的膨胀劣化是影响CFRP-混凝土界面黏结性能的主要因素。     

超低温作用对超高韧性水泥基复合材料断裂性能的影响

为研究超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）在超低温环境下的断裂性能,设计了5组不同纤维掺量的UHTCC预制裂缝切口梁,在经过超低温作用后进行三点弯曲加载试验,通过分析计算UHTCC的荷载-挠度曲线,评价了超低温环境下UHTCC的断裂性能.结果表明：当纤维掺量为1.5%时,UHTCC性能的提升效果最优,当纤维掺量超过1.5%时,UHTCC的性能略有降低;超低温作用后UHTCC的强度显著提升,当处理温度由常温降至-160 ℃时,材料表现出明显的脆性,其延性指数、特征长度及失稳断裂韧度均明显降低.     

钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性能试验研究

对圆柱台体试件的钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性进行了系统的试验研究,分析了界面粗糙度、界面剂和钢纤维含量对黏结面渗透性的影响.在相同的条件下,通过试验对比分析,得到了钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性与普通新老混凝土黏结面、钢纤维混凝土本体的渗透性规律的差异性和相似性.研究表明:界面剂的使用、适量提高钢纤维含量可以作为改善钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性的有效措施,界面粗糙度对于黏结面渗透性影响不大.在试验的基础上通过回归分析得到了一个精度较高的黏结面平均渗透系数计算公式.     

黏结树脂对复材-混凝土界面疲劳性能影响的试验研究

采用不同种类的黏结树脂制作复材-混凝土双面剪切试件,保持混凝土强度、复材粘贴层数和黏结长度等参数不变,仅将黏结树脂种类作为变化参数,进行疲劳荷载下复材-混凝土界面性能试验。比较疲劳荷载下试件破坏模式、荷载-滑移、复材应变分布、界面黏结-滑移关系等受力指标,分析黏结树脂性能对复材-混凝土界面疲劳受力行为的影响。试验结果表明,在同等疲劳荷载水平下,相比其他树脂,采用柔软树脂的试件平均疲劳寿命相对更高,界面黏结强度、刚度、界面断裂能更大、延性更好;通过液体橡胶对普通树脂进行增韧改性,能够有效改善界面的疲劳受力性能,提高疲劳寿命。     

不同粗糙度的新旧混凝土界面黏结质量的超声试验研究

针对新旧混凝土界面的工程处理方法,利用现场实际材料,对经过不同粗糙度处理的新旧混凝土黏结试样进行了超声波速和劈裂试验研究.结果表明,粗糙度不同的黏结试样的波速和劈裂抗拉强度是不同的,这为现场工人对黏结界面的粗糙处理工艺提出了要求.也为新旧混凝土界面的超声检测提供了依据.     

锈蚀钢筋与纤维水泥基材料的界面黏结性能

针对2种用于结构修复的纤维水泥基材料(超高韧性水泥基复合材料UHTCC和钢纤维混凝土SFRC),以钢筋锈蚀率(质量分数,下同)为参数,通过中心拉拔试验,研究了清理干净的锈蚀钢筋与纤维水泥基材料的黏结性能.结果表明:由于纤维的桥接作用,UHTCC和SFRC试件均呈现出劈裂-拔出破坏模式;随着钢筋锈蚀率的增大,UHTCC试件的相对黏结应力-平均滑移曲线下降段渐趋平缓,SFRC试件的曲线下降段斜率基本保持不变;在相近的锈蚀水平下,UHTCC试件的黏结强度和残余黏结强度均高于SFRC试件;当钢筋锈蚀率约为14%时,2种试件的黏结强度分别下降至初始强度的81%和88%;钢筋锈蚀对纤维水泥基材料的残余黏结强度影响较小.     

喷射FRP-混凝土界面黏结力学性能试验研究

为研究喷射FRP与混凝土界面的黏结力学性能,对7个试件进行了双面剪切试验,分析其界面的破坏形态、极限承载力、剪力与剪切变形关系及应力、应变等力学性能指标,并对喷射FRP材料的纤维体积率、黏结长度、厚度等界面性能影响因素展开了研究。试验结果表明:喷射FRP厚度和黏结长度对界面黏结力学性能影响较大,而纤维体积率对界面黏结力学性能影响较小。增加喷射FRP厚度可有效提高界面的极限承载力和初始黏结刚度,但厚度超过6 mm后,初始黏结刚度增大不明显;黏结长度越长,界面极限承载力越大、延性越好;界面的剥离始自喷射FRP加载端;达到极限承载力时,传力区域长度为120~140 mm。     

混凝土-岩石界面断裂试验研究进展

对于建在岩基上的混凝土结构,混凝土/岩石界面是影响结构强度和稳定的薄弱环节,界面含有的裂纹缺陷在复杂荷载条件下可能扩展,从而导致工程结构的损伤破坏。开展混凝土/岩石界面的断裂试验研究,确定其断裂参数和断裂性能,对提高结构的稳定性和耐久性具有重要意义。虽然关于混凝土和岩石的断裂均已有较多的试验研究,但针对两者之间界面断裂特性的研究尚处于起步阶段。对混凝土/岩石界面在静态和动态荷载作用下的断裂试验研究进行了综述。介绍了相关的试验方法和试验装置,分析了混凝土/岩石界面在静态和动态荷载作用下的断裂参数和裂纹扩展过程,并探讨了其在动态荷载作用下的应变率效应。     

混凝土中卵石与浆体间界面黏结强度试验研究

混凝土界面过渡区(ITZ)的力学性能研究一直是复合材料研究的关键,也是决定材料强度和耐久性的主要因素。通过在不同强度等级混凝土中预埋不同粒径的天然卵石,经过标准养护后,采用MTS液压加载系统进行拉拔试验,获得卵石与浆体之间的界面黏结强度来表征水泥浆体与骨料界面过渡区的力学特征。从宏观上得到混凝土中卵石与浆体之间的界面黏结强度的大小及规律:卵石与浆体之间的黏结强度随着混凝土等级的提高,而提高且黏结强度约为混凝土强度的5.5%~12%;卵石粒径对黏结强度的影响相对较小,也从侧面说明界面过渡区强度与混凝土强度之间的关系。     

ECC与既有混凝土结合面的抗剪性能

为研究高延性水泥基复合材料(ECC)与既有混凝土结合面的抗剪性能及抗剪荷载的作用机理,设计并加载了3组带结合面的Z形剪切试件和1组混凝土整浇对比试件,分析配筋率和结合面处理方式对试件抗剪承载力、荷载滑移曲线、钢筋应变及结合面抗剪承载力组成等因素的影响,得到适用于ECC与既有混凝土结合面抗剪承载力的计算方法,在此基础上研究了抗剪承载力的组成及全过程变化规律,同时给出了剪切承载力各组成在动态过程中的计算方法.结果表明：ECC与既有混凝土结合面的抗剪性能强于普通混凝土;采用键槽连接处理的试件,其抗剪承载力高于凿毛粗糙面试件.本文提出的计算方法可以较好地计算试件的抗剪承载力,能够反映其各组成随滑移的变化规律.     

影响混凝土断裂性能若干因素的试验研究

采用RILEM推荐的双参数：临界应力强度因子(KIC^S)和临界裂缝尖端张开位移(CTODC),同时还采用了特征长度lch研究了不同粗骨料粒径、不同硅灰掺量以及不同养护条件下这3个因素对混凝土断裂特性的影响。试验结果表明,粗骨料粒径增大,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子增大,脆性减小;标准养护时间越长,高强混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度以及临界应力强度因子的值越大,混凝土的脆性越小;掺加硅灰提高了混凝土的抗压强度、弹性模量、劈拉强度和临界应力强度因子,但却增大了混凝土的脆性。     

新旧混凝土结合面抗剪性能现场试验研究

以某实际工程为背景,通过与整浇混凝土试件进行比较,对凿毛、开槽、植筋三种不同结合面处理方法的新旧混凝土粘结试件进行了结合面抗剪性能的现场试验研究。描述了试验过程和现象。分析了各种结合面处理方法下新旧混凝土之间的结合程度,提出了切槽和植筋对结合面抗剪强度提高的经验公式。最后,对如何保证新旧混凝土结合面的抗剪强度提出的意见,可供工程实践参考。     

聚丙烯纤维煤矸石保温混凝土抗压性能试验研究

在设计强度为C35的煤矸石保温混凝土中分别掺入0.05%、0.1%、0.15%和0.2%的聚丙烯纤维(PPF),并对3 d、7 d、14 d及28 d龄期下的混凝土试件进行立方体抗压强度试验。试验结果表明,在各龄期下,立方体抗压强度随着PPF掺量的增加,均呈现出先上升后下降的趋势,在纤维掺量为0.05%时提高最大;纤维的掺入可以有效提高煤矸石保温混凝土的早期抗压强度。根据试验结果建立了PPF煤矸石保温混凝土的抗压强度预测模型,依据7 d的抗压强度可以较好地预测28 d抗压强度。     

PVA-ECC与既有混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验

采用相对渗透系数法和劈裂抗拉法,开展了聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-ECC)与既有普通混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验,分析界面处理方式、界面剂种类和养护时间对黏结面抗渗性能及劈裂极限力的影响.结果表明:随着界面粗糙度的增加,黏结面渗透系数减小,劈裂极限力增大,抗渗性能和黏结性能得以提高;不同界面剂中,采用膨胀水泥浆处理的黏结面抗渗性能最好,而采用环氧树脂界面剂处理的黏结面劈裂极限力最大;养护时间从14d增加到28d时,刷毛平界面-膨胀水泥浆(S-P)复合试件的渗透系数下降了75.2%,劈裂极限力增大35.0%;PVA-ECC与既有普通混凝土黏结面的渗透系数与渗水后的劈裂极限力呈线性关系,且前者随后者的增大而减小.     

应用双参数模型法研究早龄期混凝土的断裂特性

本实验采用了RILEM推荐的"双参数模型"(TPM)研究了早龄期混凝土的临界应力集中因子K5IC和临界裂缝尖端开口位移CTOD这两个断裂参数.试验同时采用高强混凝土和一般强度混凝土作为试验对象,至少取4根同一龄期的混凝土用于试验.试验龄期为12小时,1天,2天,3天,7天和28天.试验结果表明相对于成熟混凝土来说,早龄期混凝土的这两个参数值比较低;在同一龄期,高强混凝土的这两个参数值要比一般强度混凝土的对应值要高.     

干混自密实混凝土制备及力学性能研究

为了进一步了解干混自密实混凝土的力学性能,文章选择了正交试验方法对干混自密实混凝土进行了立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和弹性模量等基本力学性能试验.试验结果表明,增加水量会减小立方体抗压强度,增加石子用量会加大立方体抗压强度,加水量、减水剂和石子用量对其劈裂抗拉强度的影响不大,与普通混凝土相比,干混自密实混凝土的轴心抗压强度明显偏高,其与立方体抗压强度的比值远大于0.8,其弹性模量略小于普通混凝土,水料比对立方体抗压强度和轴心抗压强度影响较大。     

骨料界面特性对混凝土力学性能的影响

采用计算机断层扫描成像(CT)技术、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、显微硬度(MH)等各种微细观测试手段对砂岩、锈染砂岩、锈面砂岩、板岩及大理岩骨料界面特性开展了试验研究,分析了以上几种骨料的界面特性对混凝土力学性能的影响机理.研究表明：不同骨料界面区微结构相差很大,不同骨料的化学成分和矿物组成影响了界面区水化产物的数量、形态、尺寸和生长发育特性;骨料的界面区显微硬度与界面区钙硅比有良好的对应关系,钙硅比越大则界面显微硬度越低;大理岩混凝土的起裂强度明显低于砂岩、板岩和锈染砂岩混凝土,且相同荷载条件下,大理岩混凝土的裂纹面积远高于其他骨料混凝土.     

CFRP 混凝土界面黏结滑移关系试验

为测得FRP 混凝土界面黏结滑移本构关系的下降段,改进了前期提出的双拉试件,设计了水平加载方案.利用MTS加载系统对9个改进试件进行加载测试,实测出18个测区的CFRP 混凝土界面黏结滑移（δ τ）关系曲线的下降段和最大滑移量,从而得到18条完整的实测δ τ关系曲线,并依此给出1个回归公式.所测得的CFRP 混凝土界面间黏结滑移曲线3大关键控制参数为峰值剪应力τf 227～519MPa,峰值剪应力对应的滑移量δf 0031～0077mm,最大相对滑移量δu 0087～0223mm.     

钢筋增强ECC/混凝土组合节点抗震性能分析

ECC(Engineered cementitious composite)是具有拉伸应变硬化特性和多裂缝开展机制的一种高延性纤维增强水泥基复合材料。文章基于ECC材料在往复荷载作用下的试验结果,编制了ECC材料在往复荷载作用下的简化本构模型程序,并且基于纤维模型对钢筋增强ECC/混凝土组合节点在往复荷载作用下受力性能进行了数值模拟。模拟结果与试验结构吻合良好,所采用的ECC材料本构模型能够较为准确地模拟组合节点在往复荷载作用下的性能指标,如承载力、残余变形和耗能能力等。