一种适用于钢丝_ 筋_ 网水泥加固RC 结构的纤维增强复合砂浆和界面剂_ 蒋隆敏.doc

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2、合砂浆进行了抗压、抗拉性能试验研究,对粘结面上涂刷有一种由水泥基复合的双组分无机界面剂的被连接试件进行了弯曲抗拉试验及剪切试验研究。破坏面的微观结构观测分析和宏观性能试验结果分析以及用于RC结构的加固实践均表明,这种砂浆配合其界面剂的使用很适合于目前用钢丝(筋)网水泥砂浆加固RC结构的工程应用。关键词:钢丝(筋)网水泥加固;复合砂浆的强度和延性;界面剂的粘结性能中国分类号:TU528.585 文献标识码:A文章编号:1000-131X(2005)05-0041-07FIBERREINFORCEDCOMPOSITEMORTARANDINTERFACIALADHESIVEFORSTRENGTHEN

3、INGOFRCSTRUCTURESWITHFERROCEMENTJiangLongmin ShangShouping HuangZhengyu(11ZhuzhouInstituteofTechnology,21HunanUniversity)Abstract:Thecompressiveandtensilebehaviorofacompositemortarreinforcedwithpolypropylenefiberisexperimentallystudied.Bendingtensiletestandsheartestarecoductedonsamplesmadeofbasicspe

4、cimensandthecompositemortarlayer,withtheinterfacebeingbondedwithacemen-verifiedthatthistypeofcompositemortarandtheinterfacialadhesiveareapplicabletostrengtheningRCstructureswithferro-cement.Keywords:ferrocementstrengthening;strengthandductilityofcompositemortar;bondingbehaviorofinterfacialadhesive作,

5、不至于因界面上的粘结滑移或剥离破坏而导致加1,2221 引言由钢丝(筋)网增强的水泥复合砂浆片用于结构加固与需要用有机结构胶进行界面粘贴的各种加固方法相比,具有耐火、抗老化、韧性好、耐久性好、不明显加大截面、易施工且经济的特点。加固层与母材之间的相容性、工作协调性、相互渗透性也更好,加固层与母材浇捣方法基本一致,故施工质量容易保证。要使钢丝(筋)网水泥砂浆在加固RC结构中发挥其优良的加固性能,要求有性能优异的复合砂浆,即所用砂浆应具有强度高、韧性好、延伸率大,抗裂性、吸能性及抗冲撞性好的特点。此外,还要求砂浆在界面上的粘结作用应能保证加固层与母材协同工收稿日期:2004-06-18湖南省自然科

6、学基金(02JJY3043)(1固作用失效。用钢丝网水泥加固RC梁、板及砖墙,国内外学者已进行了许多研究,并有一定的应用,但对所用砂浆未做同步的研究,大都采用普通水泥砂浆15:/。为此,笔者对一种用聚合物纤维增强的复合砂浆进行了抗压、抗拉性能试验研究;再通过界面上涂刷有一种新型水泥基界面剂试件的弯曲抗拉试验及抗剪试验,研究了该砂浆与被加固试件间的粘结性能。2 试验设计2.1 原材料及配合比复合砂浆的组成为:P1O14215普通硅酸盐水泥,0125mm筛孔过筛的中砂,以及由聚丙烯纤维、钙矾石型膨胀剂、硅灰及粉煤灰等超细掺合料组成的外加粉剂。所用界面剂由A、B两组分构成(简称AB组分界,A;# 4

7、2 # 土 木 工 程 学 报2005年泥基复合的含18%的硅灰、粉煤灰等超细掺合料组成的无机界面粉剂。其配合比及材料参数见表1。2.2 复合砂浆的抗压及抗拉试验方案采用机械搅拌,将复合砂浆拌合物一次倒满边长为7017mm的三联立方试模和颈部尺寸为2514mm2514mm的8字形试模各两组,每组各6个试块,两类试块均留有相同配比和相同规格的普通水泥砂浆对比试块各一组,标准养护28天,在量程为50吨的万能压力机上测立方块的抗压强度,在砂浆拉伸试验机上测8字形试块的抗拉强度,试验结果见表2。213 粘结性能的弯拉及剪切试验方案21311 粘结面弯曲抗拉强度的测定采用规格为100mm100mm520

8、mm的棱柱型试模成型设计强度等级为C25及C40混凝土棱柱形试件各4组,每组为3根,编号分别为A?A?、B?B?,作为被加固的RC构件的模拟试件,标准养护28天后先将编号为A?A?及B?B?共6组棱柱试件作第一次折断,断开为大致相等的两段,再由劈拉试验设备将两段靠断面的一端截掉少许,以保证两余段重又就位于原试模后,中间留有长约为8cm的空段。放入试模前将两断面轻凿,且用钢丝刷和压力水去掉浮松层,待断面处风干至颜色变成深灰色时将每根试件的两余段重又置入各自的原模中并紧靠各自的端板,在断面处用毛刷用力涂刷已调成糊状的界面剂,涂刷厚度约112mm,稍微干燥后在中部空缺处填浇上述复合砂浆,其中编号为A

9、?、B?组的照片1 粘结面弯拉试验装置Photo1 Bendingtensiletestse-tupofadhesivesectionsofprismaticspecimens照片2 粘结面剪切试验装置Photo2 Sheartestsetupofadiesivesectionsofprismaticspecimens21312 粘界面抗剪强度的测定先准备规格为40mm40mm160mm、抗压强度2在425NPmm以上的水泥胶砂试条共4组,(每组6套,每套3条),各组编号分别为C?C?,将每套的三条试块并列平放于平整的底板上,将位于两边的试条的内侧及位于中间试条的两侧凿毛、冲刷干净并风干至颜色

10、变成深灰色时,将编号为C?C?的试条在其毛面涂刷AB组分界面剂(C?组涂刷聚合物界面剂,C?组不刷界面剂)。用油灰刀在各毛面上抹上厚约为1cm的上述复合砂浆,在底板将每组并列放置的三试条轻轻挤压至试条间仍留有厚度为56mm的砂浆为止,刮去多余的砂浆,标准养护28天。照片2为粘结面剪切试验装置。加载前将三联试件竖立在量程为2吨的万能压力机的下压板上,并将一块40mm40mm大小的试模端板置于中间试条的上端,将另两块端板置于两边试条的下端,待试验机上压板快要接触到试件时,以30?30NPs的加载速度加载至试件剪坏。试验结果见表3。3 试验结果及分析311 试验结果复合砂浆试验结果详见表2,界面剂试

11、验结果详见表3。:/312 砂浆性能试验结果及其改性机理分析由表2试验结果及观察到的试验现象可知,这是第38卷 第5期蒋隆敏等#一种适用于钢丝(筋)网水泥加固RC结构的纤维增强复合砂浆和界面剂#43#一种高性能复合砂浆,不仅强度高(本次试验中抗压强度和抗拉强度分别为同条件的普通水泥砂浆的2158倍和1130倍以上),而且韧性好、抗裂性能好,与骨料的粘结性能好。拉、压试验过程中可观察到明显的塑性变形,纵横向变形都比较大,破坏部位有纤维拉扯着,与同条件的普通水泥砂浆对比试件的脆性拉断和松散的压碎状相比,显示出了明显的延性破坏特征。这可从砂浆外加成份的改性机理进行分析。31211 聚丙烯纤维对砂浆性

12、能的影响聚丙烯纤维是一种新型的砂浆或混凝土增强纤维,其特点是:直径小(10Lm100Lm)、数量多、易分散,弹性模量较低(315GPa318GPa,只有砂浆的50%左右),它具有不锈蚀,耐酸碱性能好的特点,弥补了其他纤维在这方面的一些缺陷6纤维不仅能抑制砂浆因失水、温差、自干燥等作用引起的原生裂缝的引发,在受力过程中,还能抑制裂缝的发生与扩展。纤维的这种阻裂效应降低了砂浆的脆性。又由于其弹性模量较低,而其断裂伸长率大于砂浆的断裂伸长率,这有利于提高砂浆的延性,改善砂浆的变形性能。纤维砂浆在裂缝出现后不会立即破裂,最终的破坏主要是由于纤维被拔出或拉断,因而提高了砂浆抵抗裂缝扩展能力。由于纤维有着

13、较大的吸能能力,这能改善砂浆的抗冲击性能。31212 钙矾石型膨胀剂的影响由于膨胀剂的膨胀效应抵消了水泥水化硬化过程中的干缩,从而使内部结构较密实,大大改善了砂浆的防渗性和抗裂性。聚丙烯表1 复合砂浆及AB组分界面剂的配合比及材料参数Table1 MixtureratioandmaterialparameterofcompositemortarandABcomponentinterfacialadhesive名称砂浆AB组分界面剂水泥660A组分0109各原材料用量(砂浆:kgPm3;界面剂:kgPL)及有关比值砂990B组分3100外加粉剂106水0181水290水灰比0144灰砂比0167

14、(A组分 水)BB组分0130表2 复合砂浆与同条件普通水泥砂浆的抗压、抗拉强度试验结果对比表Table2 Testresultsofcompressiveandtensilestrengthofthecompositemortarreinforcedwithpolypropylenefiberandtheidenticallyconditionedordinarycementmortar砂浆种类试件组编号聚丙烯纤维增强的复合砂浆普通水泥砂浆DIDIIDIII抗压强度强度平均值(MPa)与普通砂浆强度比491264916719107215821601100试件组编号EIEIIEIII抗拉强度强

15、度平均值(MPa)512041843171与普通砂浆强度比11401130110031213 硅灰和粉煤灰的影响硅灰是冶炼硅铁或金属硅时,通过电集尘装置从烟气中收集到的一种烟灰,故硅灰的粒径非常小,粒径在011Lm左右,颗粒为球形,呈气溶状态。其主要7成分是SiO2。众多的试验资料证明,硅灰掺入混凝土或砂浆中可以制成力学性能优异的超外生成的C-S-H凝胶能把骨料紧密的粘结在一起。其三是改善水泥石的孔结构。已有研究结果表明,水泥石的孔隙率降低1%,其强度可提高5%7%。硅灰颗粒可以填充到胶结物质间极小的空隙中,而大大提高了水泥石的密实度。由于粉煤灰颗粒细,经搅拌,易和水泥颗粒均匀分布,使砂浆稠度

16、、流动性、和易性得到显著改善。硅灰、超细粉煤灰双掺有效地发挥了两者的填充效应、火山灰效应和微骨料效应,以及两者相互补充的作用。粉煤灰、硅灰、水泥三种材料的平均粒径分别处于三个不同的数量级,因而更加优化了微骨料的级配,致密了结构。313 粘结面粘结强度试验结果及界面剂作用机理分析对于受压、受弯、受剪、受扭构件的加固,在混,# 44 # 土 木 工 程 学 报2005年拉强度及抗剪强度起着极其重要的作用,这些参数直接反映了粘结性能的好坏,而粘结性能是保证整体共同承力的关键所在。从试验中发现,无论采用何种界面剂,破坏面总是位于紧靠粘结面的部位,而不是穿过混凝土本体。由表3可知,界面的弯拉粘结强度均低

17、于伴随试件即混凝土本体的弯拉强度,对于粘界面的抗剪强度也有类似的结论。这也是目前国内外同类研究中共同面临的问题。但界面粘结强度因界面剂的不同而不同。在本研究中,AB组分界面剂的粘结强度最高,聚合物界面剂粘结强度较低,不使用界面剂试件粘结强度最低。从表3的弯拉强度平均值还可发现,使用AB组分界面剂时,强度等级C40的试件的弯拉强度比C25的高,而当使用聚合物界面AB组分界面剂的作用机理,可从断开面粗糙度、界面上的作用力及孔结构来进行探讨。表3 粘结面弯曲抗拉及剪切强度试验结果Table3 Testresultsofbendingtensilestrengthandshearstrengthofa

18、dhesivesections弯拉强度混凝土界强度等级面剂AB组分聚合物C25无伴随试件AB组分聚合物C40无伴随试件BIV-1BIV-2BIV-3201801911011190416841302168(舍)4149100试件编号AI-1AI-2AI-3AII-1AII-2AII-3AIII-1AII-2AIII-3AIV-1AIV-2AIV-3BI-1BI-1BI-BII-BII-BII-3123破坏荷载(kN)1215511130121159100814961655164514751241616015190161301716517182171478105816081014149319631

19、82弯拉强度(MPa)2182215421732102511911150(舍)1127112311183174315831673197410131931181119411801101018901863166100强度平均值(MPa)2170与混凝土本体强度百分比(%)73180界面剂CI-1CI-2CI-3CI-4CI-5CI-6CII-1CII-2CII-3CII-4CII-5CII-6319763150CIII-1CIII-2CIII-CIII-CIII-CIII-345613144111001216813198141731317391471217513179131981413591781

20、3144 8196915691386178918771088127613671369156616811050186(舍)01991109111511070174(舍)11001108110911120176(舍)1105(舍)0170017501760153(舍)0177015301650150(舍)01580175(舍)015201571100017511311107118911071188件试编号剪切强度破环荷抗剪载(kN)强度(MPa)强度平均值(MPa)与CIV组强度比191753180AB组112333160分聚合物118541120BIII-1BIII-2BIII-3CIV-101

21、922015无CIV-2CIV-3CIV-4CIV-5CIV-631311 粗糙度的影响棱柱试件混凝土的自然断开面,有突出的骨料和水泥石凹坑(见照片3),增加了粘结接触面积。另外通过人工轻凿和钢丝刷,压31312 界面上作用力的形成及孔结构的致密采用AB组分界面剂时,界面粘结力不断来源于8面是由于界面剂中硅灰和粉煤灰的双掺如同在前述沙浆中的作用,即二者的致密、吸附、渗透的优良性能得到了充分利用。另一方面,树脂系列减水剂中的有关成分在界面剂硬化后形成的聚合物极大地提高了对基质的吸附粘结力,同时避免水泥砂浆的水分被基材吸收或蒸发的损失。失水后聚合物凝固和不断生成的C-S-H凝胶渗入到被连接的砂浆和

22、混凝土的水泥石、骨料等的毛细孔和微裂缝中,其活性因子还与水, 2 3 2第38卷 第5期蒋隆敏等#一种适用于钢丝(筋)网水泥加固RC结构的纤维增强复合砂浆和界面剂#45#形成了特殊的桥键。这种特殊的桥键横跨水泥砂浆硬化体和混凝土体,穿梭连接把它们牢牢地粘结成一个坚固的整体,在被链接试件承受弯拉应力时,它们形成有一定的转动能力的/铰0,在承受剪应力时它们成为无数个微小的抗剪/销钉0。从而提高了界面的粘结强度。从试验过程中发现,对于有连接砂浆的试件,无论是弯拉试验还是剪切试验,尽管均是从紧靠粘结面9的部位破坏,但当观察其破坏断面会发现有明显不同,照片4为使用AB组分界面剂的弯拉试件,可看到许多被拉

23、断的粗骨料新断面,照片5为使用聚合物界面剂的试件,被拉断的粗骨料很少,而且仍可看到大范围的刷有界面剂的原界面,照片6为未刷任何界面剂的试件,破坏面上可看到突出的粗骨料和凹坑,破坏面与原始断面十分相近。照片3 原自然断面Photo3 Initialsections照片4 使用AB组分界面剂的破坏面Photo4 FracturesectionsofspecimenswithABcomponentinterfacialadhesive:/ 使用聚合物界面剂的破坏面Photo5 Fracturesectionsofspecimenswithpolymerinterfacialadhesive照片6 未

24、使用界面剂的破坏面Photo6 Fracturesectionsofspecimenswithoutinterfacialadhesive4 在RC结构加固中的应用这种性能优良的复合砂浆和AB组分界面剂已被应用于钢丝(筋)网水泥加固RC结构的工程中,其加固研究和工程实践的结果表明,这种复合砂浆对钢丝网或钢筋网有极好的粘结和握裹作用,复合成的厚度为20mm左右的钢丝(筋)网水泥砂浆片是一种性,RC构件不仅承载力得到大幅度提高,而且其延性、裂缝性能、耐久性等都得到了很大程度的改善。表4为几种被加固的RC构件承载力试验结果。照片7为以此加固的RC梁的破坏形态;照片8为以此加固的RC大偏压柱的破坏形态

25、(偏心距e=015h,h为柱截面高度),图1为被加固的大偏压柱与未加固的对比试件的轴力-跨中侧向挠度曲线;照片9为以此加固的RC轴心受压小柱的破坏形态;照片10为# 46 # 土 木 工 程 学 报2005年柱)在水平低周往复荷载作用下的抗震性能试验装置(实际轴压比n=0142),图2为被加固的压弯构件的力-位移滞回曲线。以上几种被加固的RC构件不仅承载力得到了较大程度的提高、裂缝分布密而细,而且承载力下降缓慢,延性得到了显著改善。由于界面剂的使用对于使用围箍式钢筋网复合砂浆片加固的柱或用钢丝网复合砂浆片单面或三面加固并辅以适当的机械锚固措施的梁,只要加固层满足了设计要求并按操作规程施工,就不

26、会发生剥离破坏,即极限破坏是由钢丝(筋)网的屈服或拉断及受压区砂浆的压碎引起的。表4 几种被加固的RC构件承载力试验结果Table4 TestresultsofultimatebearingcapacityforseveraltypeofstrengthenedRCs构件名称梁未加固加固未加固加固未加固加固未加固抗震加固构件尺寸(mm)1001802200100180220030030012003003001200D=150,H=450D=150,H=45030030015003003001500极限承载力类型抗弯抗弯抗压抗压抗压抗压抗弯抗弯极限承载力6165kN#m11120kN#m1350

27、155kN1610152kN661125kN1282156kN126108kN#m169197kN#m与未加固试件的承载力之比11001168110011191100119411001135大偏压柱轴心受压柱框架柱注:D和H分别为轴心受压的柱直径和高度。照片7 被加固的梁Photo7 Strengthenedbeam照片8 被加固的大偏压柱Photo8 Strengthenedbigeccentriccolumn图1 轴力-跨中挠度曲线Fig11Axialload-mid-spanlateraldeflectioncurve图2 力-位移滞回曲线Fig12 Force-displacement

28、hysteresisloop第38卷 第5期蒋隆敏等#一种适用于钢丝(筋)网水泥加固RC结构的纤维增强复合砂浆和界面剂#47#照片10 被加固的压弯构件试验装置照片9 被加固的轴心受压小柱Photo9 StrengthenedaxialcompressivesmallcolumnPhoto10 Test5 结论(1)这种聚丙烯纤维增强的复合砂浆的抗压强度和抗拉强度比同条件的普通水泥砂浆的抗压强度和抗拉强度有明显提高,且其实际强度等级还可根据需要作人为的控制与调整;其良好的变形性能和韧性满足加固层随构件适时变形和防止构件脆性破坏的需要,满足吸能性的要求;良好的阻裂性和密实性改善了加固层的耐久性;

29、对钢丝(筋)网和骨料良好的粘结作用成就了钢丝(筋)网水泥加固片的整体工作性能。(2)使用这种AB组分界面剂的试件与使用工程上常用的界面剂的试件相比以及和不使用界面剂的试件相比,其界面粘结强度有了大幅度的提高。(3)这种复合砂浆配合使用AB组分界面剂可作为当前正被深入研究并已用于工程实践的钢丝(筋)网水泥砂浆加固RC结构所需加固材料基相之首选。参 考 文 献1 ParamasivamP,LimCTE,OngKCG.StrengtheningofRCComposites,1998,20(1):53652 ParamasivamP,OngKCG,LimCTE.Ferrocementlam-inate

30、sforstrengtheningRCT-beamsJ.Cement&ConcreteComposites,1994,16(2):1431523 MothAA,MohdZJ.FerrocementlaminatestrengthensRCbeamsJ.ConcreteInternational,2000,22(10):37434 金成勋,金明观,刘成权,金洪培.对用不锈钢丝网加固的RC平板软性的评定M.汉城:RC-SystemCo.,Ltd,20005 黄忠邦.国外关于钢筋网水泥砂浆抗震加固J.建筑结构,1994,23(5):44476 袁震宇,吴慧敏.聚丙烯纤维对砂浆抗裂性能影响的试验研究J

31、.混凝土与水泥制品,1999,(6):41427 朱佑国、张敏,硅灰混凝土超高强机理的分析探讨J.淮南矿业学院学报,1995,15(1):30358 熊光晶,谢慧才.新老混凝土粘结机理和测试方法的研究A.现代土木工程的新发展M.南京:东南大学出版社,1999:4804859 周子昌,聚合物水泥砂浆在混凝土修补中的应用J.水利水电技术,1994,(11):5963蒋隆敏 博士,副教授,主要从事工程结构加固理论与技术研究工作。通讯地址:412008湖南省株洲工学院土木系E-mail:nniinnaa2008yahoo1com1cn尚守平 教授,博士生导师,湖南大学土木学院院长,现主要从事结构与地基工程交叉领域的研究和工程结构加固理论与技术的研究。黄政宇 教授,硕士生导师,湖南大学土木学院副院长,长期从事建筑材料的教学和科研工作。文库下载网是专业的免费文档搜索与下载网站，提供行业资料，考试资料，教学课件，学术论文，技术资料，研究报告，工作范文，资格考试，word文档，专业文献，应用文书，行业论文等文档搜索与文档下载，是您文档写作和查找参考资料的必备网站。文库下载 上亿文档资料，等你来发现