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。     

不同强度等级混凝土对抗冻性能的影响

为评估北方公路用混凝土长期处于低温冻融环境中的安全性和耐久性。对不同强度等级（C30、C40、C50、C60）的混凝土试件开展快速冻融试验,通过测量冻融循环后的相对动弹性模量、质量损失率、抗压强度损失率,分析了不同强度等级混凝土试件抗冻性能。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,不同强度等级试件破坏程度均呈现逐渐加大趋势;试件强度等级越低,冻融循环后的内部结构越疏松,微裂缝数量越多,孔隙结构越差;随着强度等级的增加,试件孔隙率、质量损失率和抗压强度损失率均呈现降低特征,相对动弹性模量增加。     

盐冻融环境下光圆钢筋混凝土黏结强度演化特性

研究了盐冻融作用对光圆钢筋混凝土黏结强度影响。采用快冻法分别对不配箍筋和配箍筋试件分别盐冻融循环0、15、30、45、60次后,进行中心拉拔试验,探究盐冻融循环作用对试件破坏时的外观形态、破坏特征、强度特征值的影响规律,结果表明:随着盐冻融循环次数的增加,混凝土立方体的劈裂抗拉强度以及钢筋混凝土间的黏结强度显著下降,而箍筋对中心混凝土的约束能有效缓解盐冻融作用造成的混凝土强度降低和界面黏结强度降低的影响;在盐冻融循环作用下,配箍筋试件相比不配箍筋试件混凝土保护层剥落量更大。最后,基于试验数据建立了随盐冻融损伤程度变化的无箍筋光圆钢筋混凝土黏结强度计算模型。     

冻融后引气再生混凝土与钢筋黏结性能的试验研究

通过在再生混凝土中添加引气剂配制出引气再生混凝土,并制作了不同直径钢筋-引气再生混凝土中心拔出试件。将试件放在冻融环境为淡水与盐浓度为5%的人工海水中进行了25、50、75次快速冻融循环,然后对未经冻融循环作用以及经过不同次数冻融循环作用的中心拔出试件进行了黏结性能试验研究。试验中测试了钢筋与混凝土间的黏结强度、黏结滑移,观察了试件开裂形态随施加荷载、钢筋直径、冻融循环次数的变化情况。依据试验结果,分析了钢筋直径、冻融循环次数对黏结强度、黏结滑移的影响规律。试验表明,随着冻融循环次数的增加,钢筋与混凝土黏结力逐渐下降,峰值荷载减小,峰值滑移量变大,且在海水中冻融的试块黏结力损失更为严重。     

冻融循环作用下钢筋与混凝土黏结应力的损伤研究

吉林西部地区处于严寒地区,混凝土建筑物会因冻融的影响而导致混凝土结构过早地失去原有的性能,因此,通过对冻融循环作用下钢筋与混凝土黏结应力的损伤进行了试验研究。试验用钢筋混凝土试件的混凝土强度等级为C30,配制普通混凝土与引气混凝土试件进行对比,在钢筋混凝土试件经受了0,25,50次冻融循环作用后,利用电子万能试验机进行拉拔试验,测量其钢筋与混凝土之间的黏结应力,总结出冻融循环作用次数、混凝土配合比对钢筋与混凝土黏结应力的影响规律。结果表明,冻融循环作用次数的增加会导致钢筋与混凝土之间的黏结应力降低;在冻融循环作用下引气混凝土试件的钢筋与混凝土黏结应力的损伤比普通混凝土试件明显降低,抗冻性更好。     

冻融损伤后再生混凝土与钢筋黏结滑移性能梁式试验研究

通过9组试件的梁式试验,以不同冻融循环次数、混凝土类型、再生混凝土强度等级、锚固长度、钢筋直径为变量,研究冻融损伤后钢筋与再生混凝土间的黏结滑移性能。结果表明：各组试件均发生了测试钢筋的拔出破坏,当冻融循环次数相同时,再生混凝土强度和锚固长度对钢筋与再生混凝土的黏结性能影响较大,其中钢筋开槽组试件冻融50次和150次后,其黏结强度分别降低8.5%、28.3%;对黏结强度的拟合公式进行验证,计算值与实际值吻合较好;最后建立了钢筋与再生混凝土的黏结应力-滑移本构关系,并将计算值与试验值进行对比,二者吻合较好。     

盐冻环境下钢筋混凝土黏结性能的梁式试验

采用240 mm×150 mm×1 200 mm梁式黏结试件,通过0,50,75,100次快速冻融循环试验研究了盐冻循环作用对钢筋混凝土黏结强度,黏结刚度,初始滑移值,极限滑移值,破坏形态等指标的影响规律,并采用最小二乘法拟合得到盐冻作用后的黏结滑移本构方程.结果表明:随着冻融次数的增加,钢筋混凝土初始滑移和极限黏结强度均逐渐降低,且前者降幅更为显著;冻融循环次数越多,相同黏结应力水平下滑移量越大,黏结刚度越低,滑移量增长也越快;箍筋能有效地抑制和延缓盐冻融作用环境下纵筋与混凝土黏结性能的劣化程度.     

冻融环境下约束混凝土应力-应变全曲线试验研究

为研究冻融环境下箍筋约束混凝土应力-应变关系,按照GBJ82-85规定的快速冻融试验方法,对2批共54个尺寸为150 mm×150 mm×450 mm、配箍特征值分别为0.317和0.145的混凝土棱柱体试件进行冻融循环;对其中46个试件进行轴心抗压破坏试验,得到试验应力-应变全过程曲线.试验发现:随着冻融次数的增加,约束混凝土的受压应力-应变全曲线渐趋扁平,峰值应力呈线性降低,峰值应变增加.冻融循环次数相同时,混凝土强度高的试件,其峰值应力降低的程度和峰值应变增大的程度小于混凝土强度低的试件.另外,在混凝土强度较低的情况下,冻融将导致钢筋与混凝土之间的黏结界面发生损伤,使得箍筋约束效应减弱.通过回归试验结果,提出试验受冻融循环作用箍筋约束混凝土的应力-应变全曲线方程及确定其参数的公式,该公式可用于寒冷地区受冻融作用的钢筋混凝土结构构件的非线性分析.     

配箍对盐冻环境下钢筋混凝土黏结性能的影响

研究了盐冻环境下不同配箍率试件的钢筋混凝土黏结性能劣化特性。设计了无箍筋和两类配箍试件,在同时经历15、25、30、45、50、60、70、75、80次盐冻融循环作用后,采用中心拉拔试验测试了其黏结性能,探究了盐冻融损伤和配箍率对黏结强度特征值、滑移量及黏结滑移关系的影响。结果表明:试件的黏结破坏形态主要取决于配箍率,而与盐冻融作用次数的关系不大;随着盐冻次数的增加,钢筋混凝土间的初始、开裂和极限黏结强度近似呈线性降低,黏结应力峰值滑移量呈线性增大,黏结刚度逐渐降低;经历相同盐冻融循环次数后,试件配箍率越高黏结强度、刚度及滑移量损失越小,配制箍筋可显著补强盐冻融作用导致的钢筋混凝土黏结性能退化。     

盐冻对钢筋混凝土黏结应力分布特性的影响

试验研究了盐冻融循环作用对钢筋与混凝土间黏结应力分布特性的影响。通过快速冻融循环试验,对7组共21个试件分别进行了0、15、30、45、60、70、80次的盐冻融循环作用,采用中心拉拔试验,通过对试件中钢筋内贴应变片数据的采集,测得黏结区段内钢筋的应变值,基于数值计算得到不同冻融次数作用后相应区段内钢筋混凝土间的黏结应力分布。结果表明:随着盐冻次数的增加,钢筋混凝土间的黏结应力传递速率逐渐减慢;随着盐冻循环作用次数的增加,黏结应力分布形式发生改变,应力峰值由加载端逐渐向自由端移动;盐冻作用使混凝土中变形钢筋肋的楔作用逐渐退化,随冻融损伤程度增加,变形钢筋与混凝土间的黏结性能趋于向光圆钢筋与混凝土间的黏结作用转变。     

冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结性能

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析冻融作用下粉煤灰掺量对钢筋与粉煤灰混凝土间粘结性能的影响,得出冻融循环作用对钢筋与粉煤灰混凝土之间粘结性能的影响规律。试验结果表明:钢筋与粉煤灰混凝土的粘结强度随粉煤灰掺量的增加而降低;当粉煤灰掺量一定时,随着冻融循环次数的增加,混凝土强度有所下降,钢筋与粉煤灰混凝土间极限粘结强度降低;当粉煤灰掺量较大,达到40%时,随冻融次数的增加,钢筋粉煤灰混凝土试件极限粘结强度的下降幅度明显减缓,极限粘结强度对应的滑移量增大。表明掺入较多粉煤灰可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的粘结性能得到提高。     

冻融循环后再生粗骨料混凝土梁受弯性能试验研究

为了研究冻融循环对再生粗骨料混凝土梁受弯性能的影响,首先通过冻融循环试验研究不同冻融循环次数对再生粗骨料混凝土质量损失率、立方体抗压强度和相对动态弹性模量的影响;然后对经历不同冻融循环次数（0、25、50、75）的再生粗骨料混凝土梁进行受弯性能试验,研究了试件的破坏形态、开裂荷载和极限荷载、混凝土和钢筋应变、跨中挠度等。结果表明：冻融循环次数由0增加到25次时,再生混凝土的质量呈增加趋势,冻融循环超过25次后,再生混凝土的质量呈不断减小的趋势;抗压强度和相对动态弹性模量随着冻融循环次数的增加而减小;再生混凝土梁的开裂荷载和极限荷载随冻融循环次数的增加而减小;再生混凝土梁的极限挠度随冻融循环次数的增加呈现出不断减小的趋势。     

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。     

锈蚀与冻融耦合作用下再生混凝土与钢筋黏结性能梁式试验研究

为了研究锈蚀与冻融循环耦合作用下再生混凝土与钢筋的黏结滑移性能,以钢筋锈蚀率及冻融循环次数为变量,对耦合作用下的钢筋再生混凝土梁试件进行试验,分析其黏结滑移特征值变化规律,并与普通混凝土梁试件进行比较。根据试验结果建立钢筋再生混凝土黏结 滑移本构关系。结果表明：各组试件均发生纵筋拔出破坏;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,冻融循环较钢筋锈蚀对黏结性能的影响更大;平均黏结应力-滑移曲线可大致分为线性上升段、非线性上升段、非线性下降段及残余段;再生混凝土试件的各黏结滑移特征值的波动幅度相对于普通混凝土的较大;在钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下,再生混凝土与钢筋间的化学胶着力要优于普通混凝土;普通混凝土的起始黏结应力与极限黏结应力的比值介于0.38~0.49之间,低于再生混凝土试件,再生混凝土抗滑移性能优于普通混凝土的。建立了考虑钢筋锈蚀与冻融循环耦合作用下的钢筋与再生混凝土黏结滑移本构关系,可为北方地区锈蚀率小于3%的再生混凝土梁黏结性能研究提供参考。     

冻融循环作用下混凝土受压本构特征研究

采用混凝土棱柱体试件,通过快速冻融试验方法,对经受冻融损伤的混凝土受压性能进行了试验研究,分析了冻融循环次数、混凝土等级、相对动弹性模量对混凝土受压性能的影响,通过碟簧耗能装置,得到了完整的应力-应变关系试验结果.将冻融次数和混凝土等级作为参数,回归试验结果,提出了冻融循环后受压性能的计算公式以及适用于立方体抗压强度为20～50 MPa的冻融循环作用下混凝土的应力-应变全曲线方程,并将曲线控制参数与相对动弹性模量和混凝土等级建立关系.结果表明:碟簧耗能装置起到了吸收机械能量的作用,是应力-应变关系试验成功的重要保证.随着冻融循环次数的增加,受压应力-应变曲线趋于扁平;受压峰值应力降低,受压峰值应变、受压极限应变增大,三者随冻融循环的变化关系均近似线性;随着混凝土等级的提高,冻融对于混凝土材料的影响下降.此外,结合所建立的破坏准则所得到的数值分析结果与试验曲线有较好的一致性.     

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。     

CFRP筋与海水海砂混凝土黏结性能试验

为研究纤维增强塑料(FRP)筋与海水海砂混凝土(SWSSC)的黏结性能,选择4种碳纤维增强塑料(CFRP)筋材和2个强度等级的SWSSC,制作了72个试件进行拉拔试验,研究了黏结长度、筋材直径、混凝土强度和筋材表面处理等参数对黏结性能的影响; 开展了SWSSC试件与普通混凝土(NC)试件的对比试验,获取了试件的破坏形态和黏结应力-滑移曲线。基于ACI 440.1R-06公式提出了新的黏结强度计算公式。结果表明:CFRP筋与SWSSC的黏结破坏模式可以分为拔出破坏和劈裂破坏; 黏结强度随黏结长度的增加而逐步减小,且与(l_d/d_b)^-0.41呈近似关系(l_d为黏结长度,d_b为CFRP筋直径); 黏结强度随混凝土强度的提高而增大,但与CFRP筋材直径的相关性不明显; 表面喷砂能够显著提高CFRP筋与SWSSC的黏结性能,黏结强度增长系数可取为1.76; 相比于NC,CFRP筋与SWSSC的黏结强度有小幅度降低; 采用ACI 440.1R-06和CSA S806-02公式得到的预测结果与试验结果之间误差较大,均不适合直接用于估算CFRP筋与SWSSC的抗拔强度; 基于ACI 440.1R-06提出的新黏结强度计算公式计算结果与试验结果吻合程度较高,但其适用性需要进一步验证。     

奥氏体不锈钢筋与混凝土黏结性能试验及有限元分析

通过11组33个奥氏体不锈钢筋混凝土中心拉拔试验,研究钢筋直径、保护层厚度、锚固长度、混凝土强度及配箍率对试件破坏现象、黏结应力-滑移曲线、极限黏结强度的影响,并与1组3个普通碳素钢筋混凝土试件、1组3个铁素体不锈钢筋混凝土试件进行对比,分析3种类型钢筋与混凝土黏结性能的差异。基于试验数据,统计回归出奥氏体不锈钢筋与混凝土黏结强度的计算公式。运用ABAQUS有限元分析软件,对不同锚固长度拔出试件进行非线性有限元模拟分析,并将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明:奥氏体不锈钢筋与混凝土的极限黏结强度要略低于普通碳素钢筋,但略好于铁素体不锈钢筋;荷载-位移曲线和极限荷载值与试验所得结果吻合较好。     

钢筋-地聚物混凝土黏结性能梁式试验研究

通过10根钢筋-地聚物混凝土梁式试件的拉拔试验,研究了箍筋间距、拉拔钢筋黏结长度对钢筋-地聚物混凝土黏结性能的影响。结果表明：当箍筋间距从150mm减小至100mm时,钢筋-地聚物混凝土之间的黏结强度增加较少,但是试件的延性明显提高;随着黏结长度增加,试件由黏结破坏变为受弯破坏;对于直径d=18mm的拉拔钢筋(变形钢筋),7d的黏结长度可使其在钢筋-地聚物混凝土界面黏结破坏前屈服。将试验结果与已有文献中的钢筋-普通水泥混凝土梁式拉拔试件以及钢筋-地聚物混凝土中心拉拔试件的试验结果进行比较后发现,所制备的地聚物混凝土与钢筋之间的黏结强度不低于相近试验条件下普通水泥混凝土与钢筋之间的黏结强度;采用梁式拉拔试验测得的钢筋与地聚物混凝土之间的黏结强度高于相同试验参数下采用中心拉拔试验获得的黏结强度。