纤维束埋置长度对纤维编织网与混凝土的黏结性能的影响.pdf

2 0 1 4年 第 8期 (总 第 2 9 8期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No ． 2 9 8 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEoRE TI CAL RES EARCH 纤维束埋置长度对纤维编织网与混凝土的 黏结性能的影响 金贺楠 ，王伯 昕，满腾 ( 吉林大学 建设工程学院，吉林 长春 1 3 0 0 2 6 ) 摘要 ： 纤维编织网与混凝土能否协调工作取决于两者之间的黏结强度。 通过拉拔试验 ， 分析了纤维束埋置长度对纤维网与混凝 土黏结性能的影响， 分析了纤维编织网与混凝土之间应力传递的机理。 试验结果表明： 随纤维束埋长增长， 纤维束的极限拉拔力不断 增加 ， 平均黏结强度降低。 最后提出了最佳埋置长度的取值和基本锚固长度的计算公式。 关键词 ： 纤维编织网；黏结；埋置长度 ；基本锚固长度 中图分类号： T U 5 2 8 ． 0 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 8 — 0 0 1 1 - 0 3 I n f l u e n c e o f i n i t i a l b o n d l e n g t h o n b o n d be h a v i o r b e t we e n t e x t i l e a n d c o n c r e t e J I N He n a n， WANGBo x i n， MAN Te n g ( C o l l e g e o f C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g ， J i l i n U n i v e r s i t y ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 6 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Wh e t h e r t e x t i l e a n d c o n c r e t e c a n c o o r d i n a t e wi t h e a c h O t h e r i s r e l a t e d t o t h e i r b o n d b e h a v i o r ．T h e i n fl u e n c e o f i n i t i a l b o n d l e n g t h o n b o nd be ha v i o r b e t we e n t e xt i l e a nd c o n c r e t e wa s i n v e s t i g a t e d b a s e d o n t h e p ul l - o ut t e s t s ．M e a n whi l e t h e me c h a n i s m o f t he b o nd s ~e s s h o w i s t r a n s f e r r e d f r o m c o nc r e t e ma t r i x t o t e x t i l e i s r e v i e we d． Th e r e s u l t s s ho we d t h a t t h e ul t i ma t e p ul l f or c e i nc r e a s e s a n d t he a v e r - a g e b o n d s t r e n gth d e c l i n e s wi t h t h e e n h a n c e me n t o f i n i t i a l b o n d l e n g t h ．F i n a l l y t h e b e s t v a l u e o f i n i t i a l b o n d l e n g t h a n d t h e f o r mu l a o f b a s i c a n c h o r a g e l e n gth a r e r e c o mme n d e d i n t h i s p a p e r ． Ke y wo r d s ： t e x t i l e ； b o n d ； i n i t i a l b o n d l e n gth； b a s i c a n c h o r a g e l e n g t h 0 引 言 在纤维增强混凝土 的研 究中 ， 由于短切纤维在混凝土 中乱 向分布 ， 使得其强度不能充分利用 。 同时在试件制作 过程 中， 难 以保证短切纤维在混凝土 中均匀分布 ， 大大 降 低利用率 。 纤维编织 网可 以沿混凝土 中的应力 主向布置 ， 因而其增强效率明显提高 。 由于纤维 网是一种各 向异性的 材料 ， 纤维束 的截面面积不容易确定 ， 且纤维束 内部不 能 完全被水泥浆体浸透 ， 因此纤维编织网与} 昆 凝土 的黏结机 理要比钢筋混凝土复杂得多Ⅲ 。 本研究通过拉拔试验 ， 研究 纤维 束埋置 长度对纤 维编织 网增 强混凝 土 ( T e x t i l e r e i n ． f o r c e d c o n c r e t e ， T R C) 的黏结性能 的影 响。 1 试 验 方 案 1 ． 1 混凝土基体优 化 为使纤维编织 网与混凝 土协 同工作 ， 必须对传统的混 凝土 的配制进行优化设计 。 因纤维 网格 的尺寸较小 ， 要求 基体粗集料的最大粒径较小。 为保证} 昆 凝 土充分渗透过纤 维编织 网， 与其形成 良好 的黏结 ， 要求基体具有较好 的流 动性 且不离析 。 本试验配制 了满足上述工作要求 的基体 ， 其配合 比见表 1 。 表 1 混凝土的配合 比 1 ． 2纤维编织 网 试验 采 用 的纤 维 网径 向与纬 向均 为耐 碱玻 璃纤 维 ( 2 7 0 0 T e x ) 。 在纤 维网埋人混凝土后 ， 由于混凝土不能完 全进入纤维束 内部 ， 结果降低 了纤维 的协 同受力能力 。 环 氧树脂具有混凝 土无法 比拟的优越 的浸渍性 ， 它能渗透 到 纤维束 内部 的粗纱之 间， 待环氧树脂 固化后 ， 可 以把纤 维 粗纱结成一体 ， 大 大提 高它们 的协 同受 力能力 口 。 纤维 网 的结构和性能见表 2 。 表 2 纤维网结构和性能 收稿 日期 ：2 0 1 4 ~ 0 2 - 0 2 基金项 目：国家自然科学基金( 5 1 1 0 8 2 0 7 ) ； 吉林省青年科研基金( 2 0 1 2 0 1 0 5 7 ) 式中 ： A ——纤维束的截面面积 ， m m ； —— 指 1 0 0 0 n l 长纱线 的重量 ， k m； p ——纱线 的密度 ， g ／ c m 。 从 图 3中可 以看 出 ， 随着纤维束埋 长的增长 ， 平均 界 面黏结强度有所降低 。 这是 因为纤维柬 的初始埋长越长 ， 则受力后 的黏结应力分布越不均匀 ， 试件破坏时 的平均黏 结强度越小 。 可见纤维束 的埋长对纤维编织 网与混凝土的 黏结性能有较大的影响。 2 ． 3 纤维柬基本锚固长度 试验证 明把纤维束拔 出混凝土所需要 的力会 随着 纤 维束在混凝土 中埋长的增大而增加 。 当埋长足够长时纤维 束会在被拔出混凝土前发生受拉破坏， 否则， 纤维束被拔 出混凝土时不会达到其极 限强度。 基本锚固长度定义为达 到纤维束的极限强度所需要 的最小埋人长度 。 如图 4所示纤维束 的力的平衡条件 ， 即： ( 1 T d b d x ) = A f ( i f + 嘶) f ( 4 ) ：生． ( 5 ) 1 T 式 ( 4 ) ～ ( 5 ) 中： d ——纤维束 的理论直径 ， mm； —— 纤维束的拉应力 ， 1V [ P a ； f d ——纤维束的埋长 ， m m。 A r + ． _二一． _ _ 一 r ， r 图 4力的传递 根据基本锚 固长度的定义 ， 利用平均黏结应力 的极限 值即黏结强度 和纤 维束 的极 限拉 伸强度 ， 由式 ( 5 ) 得 到基本锚固长度的计算式如下 ： ／ ri b= 牟 ． ( 6 ) 叮 r d b u 式 中： l a b ——纤维束基本锚固长度 ， mm； ． —— 纤维束的极限拉伸强度， MP a 。 文献[ 6 ] 中提出钢筋混凝土的黏结强度随、 ／ ／ 线 性 变化的结 论可以通过引入纤维聚合物筋表面修正系数 应用到纤维聚合物筋混凝土的黏结强度计算公式： 对于劈裂破坏 ： ％= 2 0 k 。 、 ／ - 厂 他 ( 7 ) 对于拔 出破坏 ： = 5 ． 5 七 2 ( 8 ) 式 中： 。 、 j c ： ——纤维聚合物筋表面修正系数 ， 通过试验确定。 由此假定式 ( 6 ) 中的 的表达式 ： = 5 ． 5 ( 9 ) 式 中 ： ——纤维束表面修正系数 ，这个系数与纤维束的 T e x 数、 纤维束的截面面积、 表面处理情况有关。 将式 ( 9 ) 代人式( 6 ) 得 ： Z d b =d 4b ‘ 轰= K d bf fu ( 1 0 ) 式 中： k —— 反映纤 维束 的类型和表面变形对黏结性能影 响的系数 。 根据试验结果 可 以取值 为 0 ．0 1 8 1 - 0 ． 0 3 4 9 ，或偏于 保守和安全 ， 取 k = 0 ． 0 3 4 9 。 2 ． 4 黏 结锚 固机理 拉拔试验过程 中纤维编织 网与混凝 土之间的黏结力 由以下部分组成 ： 纤维束与混凝土的化学胶着力 ； 纤维束 与混凝土 的机械 咬合力 ； 纤维束与混凝土 的摩擦力 。 纤维 束在拔 出的初始 阶段 ， 化学黏结起主要 的抗拔作用 。 产生 滑移后 ， 化学吸 附力退 出工作 ， 即在黏结滑移 曲线 的上升 段上 ， 由摩擦力和机械 咬合力承担主要抗拉作用 。 当黏结 应力经过峰值以后， 随着纤维束的缓慢拔出， 纤维束的表 面被慢慢磨平 ， 机械 咬合力逐渐减小 ， 摩擦力 随之减小 ； 当 下 降段结束 时 ， 曲线进入残余应力段 ， 黏结力不会 就此 消 失 。 此时黏结力 主要是残余的摩擦力。 3结 论 通过纤维柬从混凝土 中的拔 出试验 ， 分析 了纤维束埋 置长度对纤维 网与混凝土极 限拉拔力 和界 面黏结强度 的 影 响 ， 探讨 了纤 维编织 网和混凝 土之 间应力传递 的机理 。 试验结果表明 ： ( 1 ) 随纤维束埋入混凝 土中的长度的增大 ， 试件 的极 限拉拔荷载提高 ， 当埋长增长到 5 0 mm时 ， 由于埋长过长 ， 导致纤维束被拉 断 ， 不 能继续 承担荷 载。 因此为了保证构 件有较好 的黏结性 能 ， 纤维束 的最佳埋 置长度取 4 0 mm， 使得纤维束可 以在较大的拉拔力下缓慢地被拔出。 ( 2 ) 随纤维束埋人混凝土 中的长度 的增长， 纤维束与混 凝土的界面黏结应力分布越不均匀， 平均界面黏结强度下降。 ( 3 ) 为 了使纤维束被拔出混凝土时达到其极限抗拉强 度 ， 提 出了纤维束基本锚 固长度计算公 式 l ~ b = K d b ， 并给 出了修正系数 k 取值为 O ． 0 1 8 1 ~ 0 ． 0 3 4 9 ， 或偏于保守和安 全 ． 取 k = 0 ． 0 3 4 9 。 参考 文献 ： [ 1 】 徐世煨 ， 李赫．碳纤维编织网和高性能细粒混凝土的黏结性能f J 1 ． 建筑材料学报， 2 0 0 6 ． [ 2 】 尹世平．T R C基本力学性能及其增强钢筋混凝土梁受弯性能研 究【 D J ． 大连： 大连理工大学， 2 0 1 0 ． [ 3 】 李赫． 纤维编织网增强混凝土力学性能的试验研究及理论分 析『 D ] ．大连 ： 大连理工大学 ， 2 0 0 5 ． 【4 ] 李庆华， 徐世煨， 李赫． 提高纤维编织网与砂浆黏结性能的实用 方法『 J J ． 大连理工大学学报， 2 0 0 8 ． 【 5 ] 尹世平， 徐世煨 ， 王菲． 纤维编织网在细粒混凝土中的黏结和搭 接性能『 J 1 ．建筑材料学报 ， 2 0 1 2 ， 1 5 ( 1 ) ： 3 4 — 4 1 ． f 6 】高丹盈， 谢晶晶 ， 李趁趁． 纤维聚合物筋混凝土黏结性能的基本 问题[ J 】 ． 郑州大学学报 ： 工学版 ， 2 0 0 2 ， 2 3 ( 1 ) ： 1 - 5 ． 【 7 】高丹盈 ， B R A H I M B ． 纤维聚合物筋混凝土的黏结机理及锚固长 度的计算方法f J l_ 水利学报， 2 0 0 0 ， ( 1 1 ) ： 7 0 — 7 8 ． 作者简介： 金贺楠( 1 9 8 9 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 混凝土及 预应力混凝土结构。 联系地址 ： 吉林省长春市西民主大街 9 3 8 号 吉林大学建设工程 学院建筑工程系( 1 3 0 0 2 6 ) 联 系电话 ： 1 5 0 4 3 0 6 6 7 5 6 1 3