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1 4 低温建筑技术 2 0 1 1 年第6j 9 J ( 总笫 1 5 6 期) 纤维筋与高强纤维混凝土的粘结性能 王大强 ， 刘晓丽 ， 汪辉 ， 毕巧巍 ( 1 大连交通大学土木与安全工程学院 辽宁大连1 1 6 0 2 8； 2 西安市临潼区建设和住房保障局， 西安7 1 0 6 6 0 3 林同梭 国际工 程咨询 ( 中国) 有限公司上海分公司 ， 上海2 0 0 0 9 2) 【 摘 要】 为了对比B F R P和 G F R P筋与高强玄武岩纤维混凝土的粘结强度， 选用直径 1 4的 F R P 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 F R P筋锚固长度以及纤维掺量， 研究高强玄武岩纤维混 凝土与 F R P筋的粘结性能 。 【 关键词】 B F R P筋； G F R P 筋； 粘结强度； 拉拔试验； 高强玄武岩纤维混凝土 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 8 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 1 4 0 3 BoND P ROPERT S OF FRP BARS To HI GH- S TRENGTH F； ER RE FoRCED CoNCRETE WA N G D a q i a n g ， L I U X i a o 1 i， WA N G H u i ， B I Q i a o w e i ( 1 S c h o o l o f C i v i l & S a f e t y E n g i n e e r i n g ， D a l i a n J i a o t o n g U n i v ， L i a o n i n g D a l i a n 1 1 6 0 2 8 ， C h i n a ； 2 Xi h n L i n t o n g Co n s t r uc t i o n a n d Ho us i n g Gu a r a n t e e Bu r e a u， Xi h n 7 1 0 6 6 0， Chi n a； 3 T Y L I N( S h a n g h a i )I n t e r n a t i o n a l E n g i n e e r i n g C o n s u L t i n g C o ， L t d ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o c o mp a r e t h e b o n d s t r e n g t h o f BFRP wi t h GFRP b a r s t o h i g h s t r e n g t h b a s a l t fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ， t he p u l l o u t b o n d t e s t s f o r the d i a me t e r 1 4 BFRP o r GFRP ba r s e mbe d d e d i n b a s a l t fib e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e we r e c o mp l e t e d By c h a n g i ng t h e b o n d i n g l e n g th o f t h e FRP a n d the b a s a l t fi b e r v o l u me c o n t e n t o f t h e h i g h s t r e n g t h b a s a l t fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ， t h e b o n d i n g c a p a c i t y b e t w e e n t h e F R P a n d t h e h i g h s t r e n g t h b a s a l t fi b e r r e i nfo r c e d c o n c r e t e w a s s t u d i e d Ke y wo r d s ： B F RP b a r s ； G F RP b a r s ； b o n d s t r e n g t h； p u l l o u t t e s t ； h i g h s t r e n g t h b a s a l t fi b e r c o n c r e t e 玄武岩纤维混凝土所 具有 的优 良的抗裂 、 抗 冲击 性、 抗冻融、 抗收缩及抗渗性能， 有利于混凝土耐久性 的提高和延长混凝土工程的使用寿命。无机玄武岩 纤维与有机纤维相 比， 抗老化的性能更佳， 同时能够 改善混凝土的力学性能。因此， 玄武岩纤维混凝土 是一种 有代表性 的高性能混凝土 。 纤 维筋( F i b e r R e i n f o r c e d P o l y m e r， 缩写 为 F R P ) 是 近年来国际上研究较多的一种新型材料， 具有重量 轻、 强度高、 耐腐蚀、 易切割、 低松弛、 非磁性、 抗疲劳 及线弹性等特点， 国内外已有以 F R P筋代替钢筋的研 究报道。主要用于解决 由钢筋腐蚀所 引起耐久性 问题 。 B F R P筋和 G F R P筋 与高 强玄武 岩纤 维混凝 土 的 粘结问题 目前没见报道， 而 F R P与高强玄武岩纤维混 凝土能否共同工作的基础取决于二者 的有效粘结程 度。本文 F R P采用三种锚固长度 ， B F R P筋对应 的混 凝土纤维掺 量有三种 即 0 1 、 0 1 5 和 0 2 ， 而 G F R P筋对应的混凝土只有 0 1 一种纤维掺量。纤 维 混凝 土采用 三种纤 维掺量 的中心拉拔 试件 ， 通 过拉 拔试验 ， 对 B F R P筋、 G F R P筋与高强玄武岩纤维混凝 土的粘结 性 能进 行初 步 研 究 ， 以期 为工 程 应 用 提供 参考 。 1 试验概 况 1 1 材料 ( 1 ) 直径 l 4的 B F R P筋为浙江石金玄 武岩纤 维 有限公司生产提供， 直径 l 4的 G F R P筋为上海卓逸建 筑科技有限公司提供， 表面都有纤维环绕螺纹带痕， 主要规格指标见表 1 。 表 1 B F R P主 要性能指标 ( 2 ) C 6 0玄武岩 纤维混 凝 土试块制 作参 考 G B 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普 通混凝 土力学性 能试验方法标 王大强等： 纤维筋与高强纤维混凝土的粘结性能 1 5 准 ， 纤维体积掺量按 O 、 0 1 、 0 1 5 和 0 2 四种 情况 ， 每组制作三个标 准试块在相同条件下养护， 养 护 2 8 d实测其力学性能见表 2 。 1 2 拉拔试件的设计与制作 目前针对 F R P筋的混凝 土粘结性能测试并没有 现成的规范 。本试验采用 1 5 0 m m1 5 0 m m1 5 0 ra m 中心拔出试验， 对应于锚固长度 4 0 、 7 0和 1 0 0 ra m。在 两端以 P V C管隔离 F R P筋与混凝土以减弱端部应力 场的影响。混凝土浇筑面垂直 F R P筋。拔 出试件构 造见图 1 。每组 3 个共 1 5组 4 5 个拉拔试件。 图1 试件示意 1 3 拉拔试验步骤 拉拔试验在 WA W 2 0 0 0电液伺服万能试验机上 进行， 夹具上端设有穿心球铰以避免 B F R P筋偏斜引 起的撕裂和偏心受拉。在混凝土试件的 自由端和加 载端均设有位移计 ， 以量测 自由端和加载端的相对滑 移， 用荷载传感器采集荷载 ， 如图 2所示。通过东华 3 8 1 7数据采集系统， 实现数据的动态采集。 f F I F 图2 加载示意图 1 4 拉拔试验观测及现象 通过平均粘结应力 r 与滑移量s 曲线图( 如图3 所 示)可以看出： 粘结滑移曲线大致可分为微滑移段、 滑 移段、 劈裂段。 加载初期， 加载端有微小位移， 自由端 无位移 ， 这一阶段 是微滑移段。 加载至极 限荷载 的 0 3 00 3 5时 ， 自由端开始发 生滑移 ， r一5 曲线开始 呈现非线性， 粘结滑移 曲线逐渐变缓， 即其剪切刚度 ( d rd s )缓慢减小， 曲线进入滑移段。 继续加载至极 限荷载 0 6 5左右时， 试件加载端外表面出现微细裂 缝 ， 粘结滑移 曲线剪切刚度较前期减小速度 明显增 大， rs 曲线进入劈裂段。由于 F R P筋表面刻痕及变 形凸起与混凝土之间的机械咬合力产生较大 的横向 拉应力而使试件发生劈裂， 当裂缝发展至接近试件高 度 2 3并较为明显时， 试件最后大多发生了劈裂破坏。 对于锚固长度为 l O O m m的试件 ， 横 向约束相对较大 ， 由于 F R P表面外缠纤维断裂脱落， 所有试件破坏时 自 由端位移极小。 j U 日 25。 一 v0 1 5 , d1 4, 1 a 7 0 2 0 。 1 5 j 羹 1 0 ： 5 ， 0 5 1 O 滑移量S m m 图3 纤维掺量对B F R P 粘结性能影响 2 试 验分 析 2 1 力学性能分 析 从表 2可以看出： 当纤维掺量为 0 1 时可略微 提高抗压强度 4 4 6 ， 而 0 1 5 、 0 2 纤维掺量使混 凝土的抗压强度略有降低 ， 降低幅度分别为 1 0 2 0 和4 0 5 。对于抗折强度而言 ， 这三种纤维掺量都对 抗折强度有所提高 ， 提高幅度有所不同， 随着纤维掺 量提 高 其 抗 折 强度 的 提高 幅度 分别 为 1 4 9 0 、 2 1 3 5 和2 0 3 0 对于劈裂抗拉强度而言， 0 2 纤 维掺量提高幅度最明显为 1 2 5 0 ， 0 1 和 0 1 5 纤 维掺量提高幅度分别为 8 6 l 和 9 8 4 。无论哪种 强度试验， 加入玄武岩纤维以后， 破坏时都表现 出一 定的塑性特征 ， 较明显地改善混凝土的脆性性能。 表 2 玄武岩纤维混凝土力学性能试验结果 纤维掺量的体积百分率 试验类型 0 0 1 0 1 5 O 2 2 2 拉拔试验分析 粘结强度 为加载过程中粘结应力的最大值， 每 组试件粘结强度的平均值见表 3 。 2 2 1 锚 固长度对粘结性能的影响 本次试 验 中， 从表 3可 以看 出， 锚 固长度 f= l O O m m时 F R P筋与高强混凝土之间的粘结强度均小 于 z = 4 0 m m的结果 ， 即锚固长度越大 ， 粘结强度越小。 试块破坏情况： 锚固长度为4 0 ra m的试件都为 F R P筋 l 6 低温建筑技术 2 0 1 1 年第6期( 总第 1 5 6 期) 发生滑移最后被拔出的破坏情况； 锚 固长度为 7 0 ra m 时， 大部分是劈裂破坏， 少部分 为先滑移后劈裂的破 坏形态； 锚固长度为 1 0 0 n u n时， 自由端位移很小 ， 试件 全部为劈裂破坏。 2 2 2 纤维掺量对粘结性能的影响 从表3可以看出， 当锚固长度一定时， 对比三种纤 维掺量， 0 2 的纤维掺量对应的混凝土与 B F R P筋的 粘结强度最高。分析原因： 由于在高强混凝土中， 水 灰比较小， 水泥用量较多， 水泥浆体将纤维丝充分包 裹 ， 使得纤维混凝土与 F R P的粘结整体性得到增强， 故而提高了二者的粘结强度。 2 2 3 对 比 B F R P筋、 G F R P筋 与玄武 岩纤维混凝 土 粘结性能 两种纤 维筋 与玄 武 岩纤 维 混凝 土 的粘结 性能 从 表 3试验结果可以看出： G F R P筋的粘结性能明显低 于 B F R P筋 的粘结性能 ， 锚 固长度分别为 4 0 、 7 0和 l O O m m时， G F R P筋 粘结 强 度 的 降低 幅度 分别 为 1 2 4 6 、 1 7 3 2 和 1 1 8 9 ， 并且 G F R P筋在粘结破 坏时滑移量较小。破坏形式与 B F R P筋类似 ， 锚固长 度为4 0和 7 0时， 都是粘结滑移破坏， 锚固长度为 1 0 0 时都是劈裂破坏 G F R P筋粘结强度小于 B F R P筋的 原因： G F R P筋抗拉强度低于 B F R P ， 另外， 虽然二者表 面都有纤维环绕螺纹带痕， 但 G F R P筋的表面仍要比 B F R P筋光滑， 这或许取决于材料本身性能。 表 3 粘结强度试验值 注 ： d为 F R P筋直径 ； B F为玄武 岩纤维体 积掺量 ； f 为锚 固 长 度 为混凝土立方体抗压强度； r为平均粘结应力 ； P为最大拉拔 荷载； s 为 自由端的滑移量。 3结 语 通过 l 5组共 4 5个试件 的 中心 拔 出试 验 ， 探 讨 了 锚固长度、 纤维掺量对 B F R P筋与高强玄武岩纤维混 凝土粘结特性的影响， 并与 G F R P筋和玄武岩纤维混 凝土的粘结性能试验结果进行对 比， 试验结果表明： ( 1 ) 二者的粘结滑移 曲线特征分为三个部分： 微滑移段、 滑移段和劈裂段。 ( 2 ) 与 G F R P筋和混凝土粘结特性相似 的是， 随着锚固长度增大， B F R P或 G F R P在玄武岩纤维混凝 土中的平均粘结强度减小。但 B F R P筋与高强玄武岩 纤维混凝土的粘结性能优于 G F R P筋与玄武岩纤维混 凝土的粘结性能。 ( 3 ) 对应一种锚固长度， 纤维掺量为 0 2 0 时 的粘结强度优势明显。 参考文献 1 谢尔盖， 李中郢 玄武岩纤维材料的应用前景 J 纤维复合 材料 ， 2 0 0 3 ， ( 3 )： 1 51 8 2 吴刚， 吴智深， 等 玄武岩纤维在土木工程中的应用研究现状 及进展 c 第五届全国 F R P学术交流会论文集， 2 0 0 7 ： 4 2 2 4 2 7 3 O k e l o R， Y u a n R L B o n d s t r e n g t h o f fi b e r r e i n f o r c e d p o l y m e r r e b a r s i n n o r m a l s t r e n gt h c o n c r e t e J J o u r n a l o f C o m p o s i t e s f o r C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 5 ， 9 ( 3 ) ： 2 0 32 1 3 4 S a n - J o s T J， M a n s o J M F i b e r - r e i n f o r c e d pol y m e r b a r s e m b e d d e d i n a r e s in c o n c ret e：S t u d y o f b o t h ma t e r i a l s a n d t h e ir b o n d b e h a v i o r J P o l y m e r C o m p o s i t e s ， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 1 5 3 2 2 5 A c h i l l i d e s Z， P i l a k o u t a s K B o n d beh a v i o r offi b e r r e i n f o r c ed p o l y m e lt b a r s u n d e r d i r e c t p u l lo u t c o n d i t i o n s J J o u rn a l of C o m p o s i t e s f o r C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 4。 8 ( 2 )： 1 7 31 8 1 6 B e n m o k r a n e B， Z h a n g B R， C h e n n o u f A T e n s i l e p r o p e r t i e s a n d p u l l o u t b e h a v i o r o f AFRP a n d CF RP r o ds f o r g r o u t e d a n c h o r a p p l i - c a t i o n s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 0 ， 1 4 ( 3 ) ： 1 5 7 1 7 0 7 C S A$ 8 0 6 0 2 ， D e s i g n a n d c o n s t ruc t i o n o f b u i l d i n g c o m p o n e n t s w i t h fi b re r e i n f o me d p o l y m e r s S C a n a d i a n S t a n d a r d s A s s o c i a t io n I n t e m a t i o n a l ， T o r o n t o， Ca n a d a， 2 0 0 2 8 薛伟辰 不同试验方法对 G F R P 筋粘结强度的影响研究 J 玻璃钢 复合材料， 2 0 0 3 ， ( 5 ) ： 1 O 一 1 3 9 朱浮声， 张海霞 F R P 筋与混凝土粘结滑移力学性能研究综述 J 混凝土， 2 0 0 6 ， ( 2 ) ： 1 2 1 5 1 0 王勃 。 欧进萍， 张新越， 等 F R P筋与混凝土粘结性能的试验 研究 J 低温建筑技术 ， 2 0 0 6 ， ( 1 ) ： 3 9 4 1 收稿 日期 2 0 1 1 一 O 1 1 5 作者简介 王大强( 1 9 8 1 一) ， 男， 辽宁瓦房店人， 研究生， 研 究方向 ： 纤维混凝土 的性能及结构应用研究 。