后装拔出法检测PP-ECC抗压强度的试验研究

模拟实际工程加固情况,对5种强度等级的水泥聚丙烯纤维砂浆(PP-ECC)试件进行了后装拔出法检测砂浆抗压强度的试验研究;对加固层纤维砂浆有无布置钢筋网时 的拔出力数值进行对比,研究了不同钢筋网间距对拔出力的影响;分析了后装拔出法应用于实际工程中的可行性.试验结果表明:水泥聚丙烯纤维砂浆后装拔出力与其抗压强度之间存在显著的线性相关性;对砂浆拔出力值随着钢筋网间距的变化而变化;后装拔出法检测水泥聚丙烯纤维砂浆在加固工程中具有广泛的实用性,满足实际工程需要.     

基于纤维水泥砂浆加固的后装拔出试验

为利用后装拔出法检测纤维水泥砂浆抗压强度,模拟工程加固情况:分别采用合成纤维(聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维)水泥砂浆、钢纤维水泥砂浆对素混凝土试块进行加固处理。加固后,对加固薄层进行后装拔出试验,获得拔出力。依据拔出力代表值和纤维水泥砂浆立方体抗压强度代表值之间的关系,采用离散最小二乘逼近方法拟合测强公式。结果表明:测强公式精确度比较高,测强公式检验效果良好、符合实际意义,其中钢纤维的掺入对增加拔出力的作用要高于合成纤维。依据测强公式,后装拔出法可以现场检测推定20~90 MPa的纤维水泥砂浆抗压强度。     

纤维水泥砂浆用先装拔出法检测强度的制订标准研究

借鉴混凝土抗压强度检测方法,对采用9种强度等级纤维水泥砂浆(聚丙烯纤维水泥砂浆、聚乙烯醇纤维水泥砂浆及钢纤维水泥砂浆)加固的混凝土构件加固层进行先装拔出试验,对预留的纤维水泥砂浆试块进行标准立方体抗压强度试验,利用最小二乘法对得到的试验数据进行线性拟合,从而得到3种纤维水泥砂浆强度测强公式,最后对测强公式进行相关性评价,由评价结果可以看出,两者之间线性关系较好.该方法具有较高的精度和实用性,可在工程实践中推广应用.     

先装拔出法检测水泥砂浆薄层强度现场试验研究

通过对加固工程施工现场的烧结普通粘土砖墙体进行钢筋网水泥砂浆薄层加固,分别进行先装拔出法检测和标准立方体抗压强度测试.现场试验采用M10,M15,M20,M25,M30,M35,M40,M45,M50九个强度等级的水泥砂浆,共设置54个试验组.根据试验结果,拟合出了先装拔出法检测水泥砂浆薄层抗压强度的公式,并对回归方程进行模型检验,提出了水泥砂浆抗压强度个别值的区间预测.本文为水泥砂浆先装拔出法现场检测技术的推广应用和相关技术标准的制订提供了依据.     

聚丙烯纤维与水泥砂浆粘结性能试验

提出了利用聚丙烯纤维拔出试验,分别测定水灰质量比、纤维埋入长度、纤维埋入角度和水泥砂浆龄期不同的情况下纤维拔出力-拔出位移曲线,利用扫描电镜对纤维砂浆试件断面形貌进行了分析,研究了纤维与水泥砂浆的粘结性能.研究结果表明:聚丙烯纤维-水泥砂浆具有较好的粘结性,聚丙烯纤维粘结破坏形式为拔出破坏,因此聚丙烯纤维具有较好的耗能阻裂作用;水灰质量比、纤维埋入长度、纤维埋入角度、水泥砂浆龄期直接影响着聚丙烯纤维-水泥砂浆的粘结强度,其中水灰质量比因素影响最大;当水灰质量比小于0.5时,聚丙烯纤维-水泥砂浆粘结强度和粘结功都随着水灰质量比的减小而增大,随着纤维埋入长度和纤维埋入角度的增大而增大.     

锚固深度对拔出法检测活性粉末混凝土强度影响的试验研究

对三个强度等级和五种锚固深度的活性粉末混凝土试件进行先装拔出和后装拔出试验。将试验数据进行回归分析,建立不同锚固深度的先装与后装拔出法测强曲线并进行对比,研究锚固深度对拔出法检测活性粉末混凝土抗压强度的影响。试验表明,活性粉末混凝土的抗压强度与拔出力之间有着良好的线性关系;同等强度等级下,拔出力随锚固深度的增大而增大;除此之外,测强曲线的精度也随锚固深度的改变而变化,先装拔出法检测活性粉末混凝土强度锚固深度20~30 mm时精度较好,后装拔出法检测活性粉末混凝土强度锚固深度25~40 mm较为适宜。     

纤维水泥砂浆与混凝土界面黏结性能钻芯拉拔试验研究

为研究纤维水泥砂浆与混凝土界面黏结性能,采用钻芯拉拔法试验制作模拟中型柱混凝土构件,并分别外包不同强度的聚乙烯醇纤维水泥砂浆、聚丙烯纤维水泥砂浆、钢纤维水泥砂浆。对制作的试验构件进行钻芯拉拔试验,得出界面破坏时的拉拔力,将得到的不同类型的纤维水泥砂浆构件拉拔力数据与构件混凝土轴心抗拉强度、纤维水泥砂浆抗压强度进行比较分析。结果表明,在该试验中合成纤维水泥砂浆的界面黏结强度比钢纤维水泥砂浆的界面黏结强度高;界面黏结强度与构件混凝土轴心抗拉强度呈正相关关系,与纤维水泥砂浆抗压强度呈正相关关系,界面黏结力与砂浆抗压强度呈线性相关关系。     

水泥基体中仿生钢纤维的拔出试验

从仿生学的角度制备端部具有不同锥角(0°,2°,5°,7°)的异形钢纤维,根据纤维表面是否处理分为有化学黏结与无化学黏结2种,并使用MTS万能试验机测试了仿生异形钢纤维从水泥砂浆基体中以不同速率(2.5 mm/min,25 mm/min,250 mm/min)拔出的力和位移,并计算得到最大拔出力和拔出功.结果表明,当钢纤维端部锥角从0°增加到5°时,最大拔出力有明显的增加,但7°时稍有减小;对于5°及7°锥角的钢纤维,随着加载速率从2.5mm/min增大到250mm/min,钢纤维的最大拔出力分别增大20.2%和13.4%;而0°及2°锥角钢纤维在加载速率增加到250 mm/min时,最大拔出力相对于加载速率为25 mm/min时的最大拔出力分别减小25.9%和8.2%;0°,2°和5°有黏结钢纤维的最大拔出力与相同锥角无黏结钢纤维的最大拔出力相比,分别增加64.1%,22.2%和6.7%,而7°锥角有黏结钢纤维的最大拔出力比无黏结钢纤维的最大拔出力减小6.2%;3种加载速率下,2°锥角钢纤维拔出力所做的功最大,纤维表面是否处理对拔出功无明显影响;本文设计的异形钢纤维能有效增强钢纤维与水泥砂浆基体的等效黏结强度.     

(1. 湖南大学 绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410082；2. 湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082；3. 南通东泰新能源设备有限公司，江苏 启东 226200)

从仿生学的角度制备端部具有不同锥角(0°,2°,5°,7°)的异形钢纤维,根据纤维表面是否处理分为有化学黏结与无化学黏结2种,并使用MTS万能试验机测试了仿生异形钢纤维从水泥砂浆基体中以不同速率(2.5 mm/min,25 mm/min,250 mm/min)拔出的力和位移,并计算得到最大拔出力和拔出功.结果表明,当钢纤维端部锥角从0°增加到5°时,最大拔出力有明显的增加,但7°时稍有减小;对于5°及7°锥角的钢纤维,随着加载速率从25 mm/min增大到250 mm/min,钢纤维的最大拔出力分别增大20.2%和13.4%;而0°及2°锥角钢纤维在加载速率增加到250 mm/min时,最大拔出力相对于加载速率为25 mm/min时的最大拔出力分别减小25.9%和8.2%;0°,2°和5°有黏结钢纤维的最大拔出力与相同锥角无黏结钢纤维的最大拔出力相比,分别增加64.1%,22.2%和6.7%,而7°锥角有黏结钢纤维的最大拔出力比无黏结钢纤维的最大拔出力减小6.2%;3种加载速率下,2°锥角钢纤维拔出力所做的功最大,纤维表面是否处理对拔出功无明显影响;本文设计的异形钢纤维能有效增强钢纤维与水泥砂浆基体的等效黏结强度.     

纤维网格布表层强化混凝土早期开裂特性

为解决机场道面水泥混凝土在施工期易产生早期微裂缝,给使用期飞机运行带来安全隐患的问题,提出通过在混凝土表层砂浆层中布设纤维网格布的方式强化机场道面的表面性能。选择了碳纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维3种纤维网格布作为强化材料,以水泥砂浆早期开裂性能表征混凝土早期抗开裂性能,探究了在高温多风模拟环境下水灰比、灰砂比、细度模数和纤维网格布对水泥砂浆早期抗开裂性能的影响。结果表明,当水灰比为0.43、灰砂比为0.47、细度模数为3.4时,水泥砂浆早期抗开裂性能最好;当纤维网格布为玄武岩纤维网格布,网格尺寸为3 mm×3 mm时水泥砂浆早期抗开裂性能强化效果最好。     

RC伸臂梁采用PVA-ECC加固抗剪试验研究

基于2根对比梁和2根聚乙烯醇纤维水泥砂浆(PVA-ECC)钢筋网加固的钢筋混凝土伸臂梁的抗剪试验,分析了不同剪跨比下的对比梁及加固试验梁的斜裂缝开展、破坏形态、挠度、应变的变化规律.试验表明,该加固方法对梁的剪切刚度、抗裂性能及抗剪承载力均有一定的提高.依据实验结果,提出了聚乙烯醇纤维水泥砂浆钢筋网加固RC伸臂梁的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合得较好,可为实际加固工程设计提供理论参考.     

混凝土楔入劈拉试件双K断裂参数叠加计算及其边界效应

采用楔入劈拉试件几何形式,进行了最大尺寸为1 200 mm×1 200 mm×200 mm混凝土断裂试验.根据试验获得的荷载张开口位移关系曲线,在线性渐近叠加假定的基础上,利用应力强度因子叠加原理计算了双K断裂参数,考虑了当楔形力的竖向分量、自重和支承反力三者不共线时,竖向分量和自重对裂缝尖端应力强度因子的贡献.试验结果表明,当试件高度大于600 mm时,测定的双K断裂参数是与尺寸无关的常数值;当试件高度低于600mm时,测定的双K断裂参数存在尺寸效应.采用边界效应模型分析发现,其尺寸效应与边界对断裂过程区发展的约束作用相关,试件的高度越小,边界的约束作用越强,测定的断裂韧度越小.经边界效应模型修正后,可得到与尺寸无关的常数值.     

玻纤织物增强混凝土界面黏结性能的试验研究

利用MTS万能试验机进行了纤维束的静态拔出试验,分别研究了不同的埋置深度、温度及纤维织物表面改性对耐碱玻璃纤维织物与水泥基体间黏结性能的影响.试验结果表明:玻璃纤维织物与水泥基体的黏结性能与纤维束埋深、纤维织物改性及温度条件存在一定的相关性.在常温条件25℃时,随着纤维束埋置深度的增大(15～25 mm),纤维束的拔出刚度、极限拔出力和拔出功不断增大,等效黏结强度反而呈现减小趋势.在相同的埋置深度(15 mm)下,随着温度的升高,纤维束的拔出刚度和极限拔出力不断降低.温度在25℃至300℃范围时,浸渍环氧树脂或者黏砂处理均能提高纤维束的极限拉拔承载力,且表面黏砂相比浸渍环氧树脂具有更好的增强效果.然而,当温度在400℃和500℃范围变化时,表面浸渍环氧树脂和黏砂对提高玻璃纤维束的极限拔出力影响不太显著,而在一定程度上降低了极限拔出力.     

纤维水泥砂浆钢筋网现场加固RC转换梁共同受力性能研究

基于某高层用纤维水泥砂浆钢筋网加固的RC转换梁现场试验,将施工过程中转换梁实测数据与ANSYS数值模拟结果对比,研究了该方法加固转换梁对其抗弯性能的影响。试验采用三面U型加固,量测钢筋和混凝土应变的发展规律。试验结果表明：试验梁受力复杂,不完全满足平截面假定;随着转换梁上方新建楼层层数的增加,加固层与原结构之间能够有效的协同工作,共同承担荷载;剪切销钉及纤维水泥砂浆和原混凝土之间的化学粘结力,能有效发挥整体传力性能,粘结性能良好。表明用纤维水泥砂浆钢筋网加固RC转换梁能满足实际工程需要,是一种有效的加固方法。同时,可为实际加固工程设计提供理论参考。     

纤维水泥砂浆钢筋网现场加固普通混凝土转换梁共同受力性能研究

基于某高层用纤维水泥砂浆钢筋网加固的普通混凝土(RC)转换梁现场试验,将施工过程中转换梁实测数据与ANSYS数值模拟结果对比研究了该方法加固转换梁对其抗弯性能的影响。试验采用三面U型加固,量测钢筋和混凝土应变的发展规律。试验结果表明:试验梁受力复杂不完全满足平截面假定;随着转换梁上方新建楼层层数的增加,加固层与原结构之间能够有效的协同工作,共同承担荷载;剪切销钉及纤维水泥砂浆和原混凝土之间的化学黏结力,能有效发挥整体传力性能粘结性能良好。表明用纤维水泥砂浆钢筋网加固RC转换梁能満足实际工程需要,是ー种有效的加固方法。同时,可为实际加固工程设计提供理论参考。     

钢纤维与水泥砂浆界面粘结性能的试验研究

对6种不同外形特征的钢纤维和普通硅酸盐水泥砂浆的粘结性能进行试验研究，分析了在拉拔过程中钢纤维脱粘与拔出的全过程，计算并分析了不同外形的钢纤维与水泥砂浆界面的粘结强度和钢纤维粘结脱粘与拔出时做的功。为提高钢纤维－水泥基间的界面粘结，探讨了纤维外形对提高钢纤维混凝土综合力学性能的作用，提出开发高效异形钢纤维是提高纤维增强混凝土的强度、韧性和阻裂效应的重要途径。     

节理倾角和间距对TBM双刃盘形滚刀破岩效率的影响

通过实验研究不同节理倾角和间距对TBM双刃滚刀破岩的影响效果。实验采用预制节理水泥砂浆试件模拟节理岩体,节理面与侵入力方向夹角?分别为0°,30°,60°和90°,节理面间距分别为20,30,40和50 mm,采集整个加载过程中滚刀的侵入深度和侵入力,并采用相机进行实时拍摄,获得试件表面破坏的发展过程以及最终破坏形态。研究结果表明:节理岩体存在3种基本破碎模式,主要与节理倾角有关;相邻滚刀的协同破岩作用导致滚刀间岩体产生贯通裂纹,形成片状岩碴;当节理倾角为60°时,破岩比能耗最小,滚刀破岩效率最高;节理间距对岩碴的形成有较大影响,比能耗随着节理间距增大而增大,破岩效率降低。     

含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响

采用SRS-150型动态环剪仪,对甘肃通渭地区黄土重塑并进行室内环剪试验,分析含盐量与纤维长度、掺量对聚丙烯纤维加筋土抗剪强度的影响,并通过扫描电镜试验分析其微观作用机制.结果表明,加筋土抗剪强度随含盐量的增加,表现为先减小后增大的趋势,含盐量的界限值为6%左右;当纤维掺量取0.2%、 0.4%、 0.6%时,加筋土峰值强度有明显提升,但对其残余强度影响不大;纤维长度越长,加筋土黏聚力越大,当纤维长度增长到9 mm以上时,黏聚力减小或增长变慢;在纤维掺量低于0.4%的情况下,加筋土内摩擦角受纤维长度的变化影响很小,当纤维掺量高于0.4%之后,纤维长度越长,内摩擦角越小;含盐量的增加会使土颗粒的双电子层厚度减小,使土颗粒间的黏结力增大,从而土体中颗粒聚集体越来越多,最终促使加筋土的抗剪强度发生变化.试验表明含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响均存在一个界限值,这些可控因素对纤维加筋黄土边坡的加固及防护影响巨大,在实际工程应用中可围绕试验中的界限值进行相应调整.     

PVA改性碳黑-水泥砂浆力学性能及微观结构

试验探讨了聚乙烯醇(PVA)及其掺量对纳米碳黑-水泥砂浆力学性能的影响,结果表明:当PVA掺量为0.2%时,改性水泥砂浆的抗压、抗折强度和黏结弯曲强度分别提高了32.1%,12.2%和18.6%.采用扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射光谱和差示扫描热分析仪观察了PVA改性纳米碳黑-水泥砂浆的物理化学性能,结果表明:当PVA掺量较少时,PVA形成丝状聚合物膜均匀分散于水泥砂浆中,填充孔洞和桥接裂缝,改善了水泥砂浆的微细观结构;但是,当PVA掺量过多时会在水泥浆体内形成大量片状结构,包裹水泥颗粒和水泥水化产物,阻碍水泥的水化速度,导致改性砂浆的力学强度降低.     

基于拔出法的超高强混凝土强度检测试验

为了验证拔出法在超高强混凝土强度检测上的适用性,采用先装拔出法及后装拔出法对超高强度混凝土进行强度检测试验。试验用超高强混凝土分C120、C150、C180共3个强度等级,每个等级设置6组试件及相应数量的立方体试块。利用最小二乘法对试验数据进行拟合,并计算回归方程的各类参数,结果表明,各类参数都在合理的范围内,因此得出拔出法适用于检测超高强混凝土强度的结论。通过对比,得出同种材料下先装拔出法精确度更高、超高强混凝土的测强曲线与钢纤维砂浆趋势相近、后装拔出法的检测范围较先装拔出法更广的结论。