玄武岩纤维加固混凝土结构的研究现状

玄武岩纤维(BFRP)是一种新型纤维增强复合材料,具有强度高、延性好、耐腐蚀、价格低廉等优点,是土木工程加固领域关注的热点。为了推广BFRP加固技术在混凝土结构加固工程中的应用,本文拟从BFRP特性、加固混凝土抗弯性能、抗剪性能和抗压性能以及BFRP-混凝土界面粘结性能等方面总结和展望BFRP在混凝土结构加固中的研究现状,并指出当前研究存在的问题及未来需要解决的关键问题。     

BFRP-混凝土界面性能研究综述

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)具有耐腐蚀、轻质、高强和施工方便等特点,在混凝土加固领域拥有广泛的应用前景。良好的BFRP-混凝土界面性能是保证BFRP加固混凝土结构安全的关键,因此BFRP-混凝土界面成为了广大学者研究的热点,本文总结了关于BFRP-混凝土界面性能方面的研究进展,并提出了目前在此方面研究的不足。     

BFRP加固混凝土界面粘结强度影响因素研究

为了探究BFRP加固混凝土界面粘结强度的影响因素,文中通过作者参与的BFRP加固混凝土的双剪试验,根据试验过程、试验结果以及分析,归纳出BFRP-混凝土界面粘结强度的主要影响因素有混凝土强度等级、粘结长度、胶层厚度以及粘结宽度。文中针对这四种影响因素进行综合分析得出以下结论,混凝土强度等级,界面粘结强度随混凝土强度等级提高而增大;粘结长度,有效粘结长度范围内,界面粘结强度随粘结长度增加而增大;胶层厚度,界面粘结强度随胶层厚度增加而增大。粘结宽度,界面粘结强度随粘结宽度的增加而减小。其中,混凝土强度等级和粘结长度是影响界面粘结强度的主要因素。     

BFRP-混凝土加固中胶层厚度对有效粘结长度的影响

FRP作为加固材料,主要是通过环氧树脂将FRP与混凝土粘结成一个整体,所以FRP-混凝土界面的粘结力学性能是影响加固效果的重要因素,也是FRP与混凝土共同工作的基础。而在实际工程中,FRP外贴加固混凝土结构的破坏一般发生在加固粘结面上,所以提高粘结面的粘结性能是提高混凝土加固的一项重要措施,而有效粘结面的提高可以增加粘结面的粘结性能。国内外学者对FRP加固混凝土结构做了大量的试验研究,但目前研究的加固材料多为碳纤维(CFRP)和芳纶纤维(AFRP)等,而对性价比良好的玄武岩纤维(BFRP)研究的较少。本文通过三种不同胶层厚度的BFRP-混凝土双剪试验,来探索胶层厚度对有效粘结长度的影响。     

BFRP和CFRP加固受弯混凝土界面疲劳性能试验

以纤维增强复合材料（FRP）片材外贴混凝土受弯构件为研究对象,探讨玄武岩纤维（BFRP）和碳纤维增强复合材料（CFRP）加固混凝土界面疲劳性能。通过实施四点弯曲加载试验,研究了BFRP和CFRP加固混凝土界面疲劳破坏模式、界面疲劳裂缝扩展规律以及构件跨中挠度和FRP应变随加载循环次数的变化规律,并对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力和疲劳寿命进行了分析,给出了BFRP和CFRP加固混凝土界面的疲劳强度。研究结果表明:与BFRP 混凝土界面相比,CFRP 混凝土界面的静载剥离承载力提高了约50%,其疲劳寿命也明显提高;既有疲劳历程对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力影响不大。     

疲劳荷载下CFRP布加固损伤钢筋混凝土梁粘结性能试验分析

在加固工程中,CFRP布-混凝土界面的有效粘结是决定加固效果的关键因素。针对四根已产生疲劳损伤的足尺钢筋混凝土梁进行CFRP布加固,考虑原钢筋混凝土梁损伤程度和疲劳幅值影响,对CFRP布加固损伤钢筋混凝土梁界面的粘结性能进行疲劳试验研究,探讨CFRP布-混凝土界面在疲劳荷载作用下的粘结应力分布以及加固后试验梁的疲劳粘结性能。结果表明:试验梁初始损伤程度和疲劳幅值越大,CFRP布-混凝土界面的粘结性能越差,疲劳寿命越小;当疲劳幅值超过0. 6时,加固梁的疲劳寿命急剧下降,发生脆性疲劳粘结破坏。     

混凝土修复材料粘结性能影响因素研究

基底混凝土与修复材料之间的粘结性能是影响既有结构补强、维修加固效果的重要因素之一。文中分析了影响基底混凝土与修复材料之间粘结性能的主要因素,这些因素主要包括三个方面:粘结面状况(界面粗糙度、界面湿度、界面微裂缝等)、材料的相容性(收缩、弹性模量)。     

混凝土-环氧树脂粘结界面的断裂模拟

在混凝土加固工程中,常采用环氧树脂等混凝土灌浆材料进行混凝土裂缝修复,会形成混凝土与环氧树脂的粘结界面。界面的强度影响结合材料强度,对界面性能的研究至关重要。基于ABAQUS采用内聚力单元和扩展有限元单元分别模拟界面断裂与混凝土断裂,以此研究含界面的混凝土断裂问题。讨论了界面粘结强度、混凝土抗拉强度、混凝土断裂能对含界面的楔入劈拉试件受力性能的影响。模拟结果表明,不仅数值分析结果与实验结果吻合较好,而且还能表现界面的损伤、断裂破坏过程,能够预测构件的承载力,有助于界面的优化设计。     

碳纤维布加固修复钢结构粘结界面受力性能试验研究

采用粘贴碳纤维增强复合材料技术对损伤钢结构进行修复 ,可以有效地恢复结构承载力。通过试验和解析方法对粘贴碳纤维布加固修复钢结构技术的粘结界面受力性能进行了分析 ,提出粘结界面剪切应力的计算公式 ,并在实际算例中取得了与试验较为吻合的结果 ;同时 ,初步探讨了不同粘贴参数对复合构件粘结界面应力的影响 ,为实际结构的加固修复提供了理论依据     

嵌入式CFRP板条-混凝土界面粘结性能的试验研究

嵌入式(NSM)加固法是FRP材料加固混凝土结构的一种新的应用形式。通过CFRP板条嵌入混凝土试块的界面单剪试验,研究粘结长度对界面粘结性能的影响。根据实测应变分布,得到沿粘结长度界面粘结应力分布,并通过计算分析,对局部粘结滑移关系进行了初步探讨。     

BFRP筋与地聚物混凝土黏结性能试验研究

通过对51个玄武岩纤维复合材料（BFRP）筋-地聚物混凝土界面黏结试件进行中心拉拔试验,分析了BFRP筋与地聚物混凝土的界面黏结破坏机理,研究了BFRP筋表面形式（浅螺纹、喷砂和深螺纹）、直径d（12、16 mm和20 mm）、黏结长度（2.5d、5d和7.5d）、地聚物混凝土强度等级（C30、C40和C50）及混凝土保护层厚度（20、45 mm和69 mm）等因素对BFRP筋-地聚物混凝土界面性能的影响,并与9个BFRP筋-普通混凝土界面黏结试件中心拉拔试验结果进行比较。试验结果表明：BFRP筋-地聚物混凝土界面黏结强度与BFRP筋-普通混凝土界面黏结强度基本相同;BFRP筋表面形式对其黏结性能影响较大,直径为12 mm时,浅螺纹、喷砂和深螺纹BFRP筋与地聚物混凝土的黏结强度分别为15.33、20.49 MPa和22.66 MPa;随着FRP筋直径和黏结长度的增加,BFRP筋与地聚物混凝土黏结强度降低,而随着混凝土强度和和保护层厚度的增加,黏结强度提高。通过CMR和mBPE模型对试验所得黏结应力-滑移曲线进行拟合,发现CMR模型能够较为准确的描述BFRP筋与地聚物混凝土间的黏结应力-滑移关系。     

玄武岩纤维复合筋与混凝土握裹强度的试验研究

玄武岩纤维复合筋是我国战略性新兴产业重点产品。玄武岩纤维复合筋为无机材料,与混凝土基体有很好的兼容性,耐海水腐蚀性好,在替代钢筋用于海洋地材混凝土方面具有很大潜力。对比测试了玄武岩纤维复合筋与淡水河砂混凝土、玄武岩纤维复合筋与海水海砂混凝土、钢筋与淡水河砂混凝土、钢筋与海水海砂混凝土的握裹强度,试验发现玄武岩纤维复合筋与混凝土握裹强度比钢筋与混凝土握裹强度高;玄武岩纤维复合筋与海水海砂混凝土的握裹强度比玄武岩纤维复合筋与淡水河砂混凝土握裹强度高;玄武岩纤维复合筋与混凝土握裹强度极差较大。     

冻融循环下BFRP筋与混凝土黏结强度试验研究

为了研究冻融循环作用下BFRP筋与混凝土黏结强度,对不同冻融次数（0、10、20、40次）和不同混凝土强度等级（C30、C35、C40）共36个试件进行冻融循环试验和中心拉拔试验。试验结果表明:未经冻融循环的试件和冻融循环40次（C30）试件发生拔出破坏,其余冻融试件均发生劈裂破坏;随着混凝土强度等级提高,脱胶强度和黏结强度逐渐增加;随着冻融循环次数增加,BFRP筋与混凝土的黏结强度和峰值滑移呈现出先增加后减小的趋势,而脱胶强度随冻融循环次数增加逐渐减小。     

盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面的黏结性能,对27个内嵌FRP筋加固混凝土试件进行盐腐蚀后的单端拉拔试验,分析试件的受力过程和破坏模式,研究内嵌FRP筋黏结长度、腐蚀时间和FRP筋类型对界面黏结性能的影响。结果表明：盐腐蚀的试件破坏模式分为结构胶劈裂、FRP筋拉断和结构胶劈裂且FRP筋弯折等3种,且以结构胶劈裂破坏为主。盐腐蚀环境下内嵌FRP筋混凝土试件的黏结应力与黏结长度、破坏模式与腐蚀时间有关。盐腐蚀环境会影响混凝土、黏结材料及FRP筋的力学性能,加剧黏结界面失效破坏。腐蚀时间为30 d和90 d的内嵌BFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力高于内嵌GFRP筋加固混凝土试件的,腐蚀时间为60 d的内嵌GFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力优于内嵌BFRP筋试件的。根据试验数据拟合了盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结-滑移本构关系,其拟合优度达到0.988 0。     

海洋环境下BFRP筋与混凝土黏结性能及基本锚固长度计算方法研究

本文研究了海水浸泡环境对BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymer) 筋与混凝土黏 结性能的影响,测试了不同温度 (25℃,40℃和55℃) 下极限黏结强度随浸泡龄期的变化规律。 结合加速腐蚀理论,并考虑环境温度和湿度的影响,对极限黏结强度随服役年限的变化规律进 行了预测。参考既有文献中的97个BFRP筋黏结强度试验数据,推导了BFRP筋短期黏结强度计算 公式。依据本文理论预测得出的50年设计使用年限下的黏结强度损伤因子,推导了不同环境湿 度类别下的锚固长度计算公式。试验结果表明：25℃,40℃和55℃海水浸泡60天后,极限黏结 强度分别降低了5.8%、9.1%和13.0%。预测结果表明,在南海年平均温度下,服役50年后,室内 环境、一般室外环境和潮湿海洋环境类别下的黏结强度损伤因子分别为0.19、0.32和0.51。本 文提出的基本锚固长度设计方法可为相关规范条款的制定提供依据。     

FRP板与混凝土湿粘结界面剪切性能试验研究

采用7种不同的粘结树脂,通过2批双剪试件的拉伸剪切试验研究了拉挤成型玄武岩纤维复合板与后浇混凝土湿粘结界面的力学性能,并将其与在既有混凝土表面外贴FRP形成的干粘结界面进行了比较,通过对比两者的破坏特征、荷载位移曲线、有效粘结长度、粘结滑移关系、界面断裂能以及粘结破坏机理,深入地研究了湿粘结界面的性能.结果表明：湿粘结的粘结强度仅为干粘结的1/2~2/3,但2种界面的有效粘结长度相差不大.最后,基于试验数据提出了适用于湿粘结界面的剪切滑移本构模型.     

紫外线对玄武岩纤维布加固钢筋混凝土柱性能影响的试验研究

紫外线照射对玄武岩纤维布加固钢筋混凝土柱的性能有一定的影响,对不同紫外线照射时间下的16个钢筋混凝土柱进行轴压承载力试验。研究发现,不同层数玄武岩纤维布和不同加固方式下钢筋混凝土柱的极限受压承载力随紫外线照射时间的增长有不同的下降。经过紫外线照射后,玄武岩纤维布加固钢筋混凝土柱的延性降低,对破坏形态没有太大影响。     

玄武岩纤维加筋梁抗弯性能试验研究

制作12根混凝土简支梁进行三分点静力加载直至破坏的试验,研究不同配筋率的钢筋和玄武岩纤维BFRP加筋混凝土简支梁的性能。试验结果表明：BFRP加筋混凝土梁荷载-挠度曲线近似为直线,但在施荷后期依然表现较好的延性;开裂荷载和极限荷载并没有得到明显提高;裂缝宽度可以控制在2.5 mm以内,裂缝间距随着配筋率的增加而减小。建...     

纤维筋与玄武岩纤维混凝土粘结性能

为了对比BFRP和GFRP筋与玄武岩纤维混凝土的粘结强度,选用直径14的FRP筋埋入玄武岩纤维混凝土的立方体试块中进行拉拔试验,通过改变FRP筋锚固长度以及纤维掺量,研究玄武岩纤维混凝土与FRP筋的粘结性能.