钢纤维在水泥基复合材料中粘结性能的研究进展

钢纤维对混凝土的力学性能有着较好的增强作用,但由于界面过渡区(ITZ)的存在,使得钢纤维对混凝土基体的增强效率变低,钢纤维与混凝土基体的粘结性能成为了研究的重点。详细介绍了影响钢纤维与混凝土基体粘结性能的因素,并给出了不同因素对钢纤维与混凝土基体的粘结性能的影响。通过有限元数值模拟钢纤维与混凝土基体的粘结,获得钢纤维在拉拔荷载作用下的应变、应力情况。通过对荷载-位移曲线的分析,了解钢纤维在拔出过程中脱粘的情况。     

型钢-钢纤维混凝土黏结应力组成及影响因素分析

为了研究型钢-钢纤维混凝土界面的黏结应力组成,以截面类型、界面锚固长度、钢纤维掺量和钢纤维混凝土保护层厚度为变化参量,完成了34根试件的推出试验,分析了试件的损伤破坏及裂缝发展形态,获得了加载端和自由端的荷载-滑移曲线.基于荷载-滑移曲线上的4种临界状态,根据界面黏结应力与外荷载的平衡关系,提出了黏结应力各组成部分的计...     

钢管混凝土的界面黏结-滑移性能数值分析研究

为了更好地描述钢管混凝土界面黏结-滑移关系,该文基于已有试验研究提出了适用于钢管混凝土界面黏结-滑移关系的简化模型,通过对比已有试验结果和黏结强度简化计算表达式的计算结果对公式的有效性进行了验证。基于简化黏结强度计算公式模型,该文结合数值分析软件中的非线性弹簧单元对已有钢管混凝土的短柱推出试验进行了数值分析,数值分析结果证明,简化黏结强度计算模型结合数值分析软件中的非线性弹簧可以有效地模拟钢管与混凝土之间的黏结-滑移关系。通过进一步建立考虑黏结-滑移、不考虑黏结-滑移、完全黏结3种钢管混凝土界面形式的数值分析模型,对钢管混凝土压、弯、扭3种力学性能进行模拟研究,最后发现考虑黏结-滑移模型与试验结果较为接近,不考虑黏结-滑移模型的计算结果小于试验结果,完全黏结模型计算结果大于试验结果。     

材料特征对新浇筑混凝土与基体混凝土界面黏结性能的影响

新浇筑混凝土原材料组成及性能特征对新浇筑-基体混凝土界面黏结性能有重要影响，为此，采用自行设计加工的45°Z型斜剪、轴向拉拔夹具，开展新浇筑混凝土-基体混凝土界面剪切试验和钻芯拉拔试验测试，研究了新浇筑混凝土粗集料石粉含量、粗集料最大粒径、单掺钢纤维和聚合物乳液、复掺钢纤维和聚合物对3 d、28 d新浇筑混凝土-基体混凝土界面抗剪强度及90 d界面黏结强度的影响。研究成果表明：粗集料中石粉含量在不超过5%的情况下，有助于改善新浇筑混凝土-基体混凝土界面黏结性能；适当减小新浇筑混凝土中粗集料最大粒径能有效提高新浇筑混凝土-基体混凝土28 d、90 d界面黏结性能；粗集料最大粒径对新浇筑混凝土-基体混凝土界面黏结强度影响依次为：钢纤维混凝土>普通混凝土>钢纤维聚合物混凝土>聚合乳液改性混凝土；在新浇筑混凝土中掺入钢纤维和聚合物乳液有助于改善新浇筑混凝土-基体混凝土界面黏结性能，且钢纤维和聚合物乳液复掺效果优于单掺，新浇筑混凝土-基体混凝土界面黏结性能优劣顺序依次为：钢纤维聚合物混凝土>聚合乳液改性混凝土>钢纤维混凝土>普通混凝土。     

钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构极限承载力足尺试验

提出钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构的加固方法,该方法采用钢板作为加固材料,钢板与原衬砌结构的界面黏结采用栓钉、植筋、化学锚栓和钢纤维混凝土组合而成的物理界面黏结。其中,焊接于钢板表面的栓钉作为钢板与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,植入原混凝土衬砌内表面的植筋作为原混凝土与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,化学锚栓提供钢板与原混凝土之间的径向抗剥离力,而采用钢纤维混凝土作为钢板与原混凝土衬砌之间的填充材料,其具有良好的抗裂性能与耐久性。这种界面黏结形式相比传统盾构隧道加固方法中由环氧树脂形成的化学界面黏结,提高了界面的强度、延性以及耐火性,改变了传统盾构隧道加固方法中,结构破坏源自局部界面黏结脆性破坏的破坏模式。以通缝拼装盾构隧道为加固对象,对加固试件进行模拟上部堆载作用下考虑二次受力的整环足尺静力加载试验,分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,探究钢板-混凝土组合结构加固法对于提高结构受力性能的作用,并将试验结果与内张钢圈加固法进行比较。研究表明:采用钢板-混凝土组合结构加固法加固盾构隧道,保证了界面黏结的有效性,极限承载力状态下,界面黏结良好,使得加固材料与原混凝土衬砌结构能够共同工作,提高了各类材料(钢板、螺栓等)的利用率,结构整体破坏模式具有良好的弹塑性;相比于内张钢圈加固法,钢板-混凝土组合结构加固法的钢材用量减少了29.4%,而结构极限承载力提高了31.1%,结构延性增加501%。     

钢筋与钢纤维再生混凝土黏结滑移性能及模型

为了推广钢纤维再生混凝土在道路、桥梁等工程中的应用,以再生骨料取代率(0%、30%、50%和100%)和钢纤维体积率(0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)为试验参数,设计了11组不同配合比的钢纤维再生混凝土,制作了33个钢筋与钢纤维再生混凝土黏结试件,进行内贴应变片的钢筋与钢纤维再生混凝土黏结试件的拔出试验。结果表明:钢筋与钢纤维再生混凝土黏结应力沿黏结区段的分布存在2~3个峰值,黏结段内的黏结刚度沿黏结长度变化是引起黏结应力和滑移沿黏结段不均匀分布的主要原因;黏结刚度分布的均匀性随再生骨料取代率的增加而提高,再生骨料取代率为50%时的黏结刚度分布均匀性较好;掺入钢纤维后,黏结刚度均匀性得到了提高,但钢纤维体积率2.0%试件的黏结刚度均匀性变差;加载端滑移随再生骨料取代率的增加而增大,随着钢纤维体积率的增加而降低;黏结应力分布均匀性随再生骨料取代率和钢纤维体积率的增加而提高,距离自由端最近的峰值应力随再生骨料取代率的增加而增大,钢纤维体积率的影响较小;钢筋与钢纤维再生混凝土黏结应力滑移曲线的形状不随黏结位置的变化而改变。最后,提出了考虑再生骨料取代率和纤维体积率影响的钢筋与钢纤维再生混凝土黏结-滑移本构模型。     

梧柳高速公路采用砂岩机制砂配制高性能大体积混凝土的试验研究

研究以梧柳高速公路项目为背景,对比研究砂岩机制砂和河砂对C30高性能大体积混凝土的工作性能、力学性能、抗氯离子渗透性能和抗裂性能的影响,对比分析产生性能差异的原因及机理。结果表明,在配比相同的情况下,砂岩机制砂混凝土的工作性能略低于河砂混凝土,但力学性能、抗氯离子渗透性能、抗裂性能均优于河砂混凝土;水化产物的SEM测试显示,砂岩机制砂混凝土中C-S-H絮状凝胶与针棒状钙矾石Aft结构更密实,而河砂水化产物更粗大;通过显微硬度分析界面过渡区的硬度,表明机制砂与过渡区的C-S-H凝胶的显微硬度值比河砂的高,其界面黏结更紧密。     

表层嵌贴CFRP-混凝土结构的黏结性能研究

为研究嵌贴的CFRP与混凝土间的黏结性能及黏结滑移关系,对22个嵌贴CFRP加固混凝土棱柱体试件进行了单剪拔出试验,考察了混凝土强度、槽宽、槽边距、树脂保护层厚度、及构件截面尺寸等因素对嵌贴CFRP-混凝土界面的黏结承载力、破坏模式、黏结刚度、黏结滑移关系等性能的影响;在试验结果基础上提出了含残余摩擦段的三段式黏结滑移关系模型,进而明确了混凝土强度与槽边距等因素与峰值黏结应力等模型特征参数的相关性,最终在上述工作基础上建立了首次考虑混凝土强度、槽宽、槽边距等多因素影响的黏结滑移关系模型。研究结果表明：所考察的各因素对嵌贴CFRP与混凝土界面的黏结性能及黏结滑移关系存在显著影响;运用最小二乘法得到的含特征参数的黏结滑移关系模型对界面断裂能的预测精度优于现有其他模型;所建立的考虑多因素影响的黏结滑移关系模型预测的峰值黏结剪应力与文献试验实测值的相关系数为0.65,预测精度较高。     

高强钢筋与高体积率微钢丝钢纤维混凝土黏结性能试验研究

为提升混凝土与钢筋之间的黏结性能,充分发挥高强钢筋的强度特性,选用直径0.2 mm的镀铜微钢丝钢纤维制备一种纤维体积掺量高达6%,工作性和强度兼备的高体积率微钢丝钢纤维混凝土,研究其与高强钢筋的黏结性能。参考已有的钢筋-混凝土黏结性试验规程相关建议,设计了高强钢筋-混凝土中心拉拔试验,分别研究高强钢筋与高体积率微钢丝钢纤维混凝土和普通混凝土对比组的黏结破坏过程,获得其典型破坏模式、加载端荷载位移曲线和极限黏结强度,进而得到加载端荷载-位移关系模型,并采用数值模拟方法对试验结果进行验证。试验结果表明,高强钢筋-高体积率微钢丝钢纤维混凝土拉拔试件破坏模式由普通混凝土对比组的混凝土劈拉破坏转变为高强钢筋的受拉屈服破坏,黏结强度较普通混凝土对比组试件提高125.5%以上,充分发挥了高强钢筋的强度特性,黏结性能显著改善,数值分析与试验结果较吻合。     

钢纤维-水泥石基体界面粘结性能研究进展综述

钢纤维与混凝土水泥石基体界面性能直接决定纤维对复合材料的增强效果，对界面性能的改善已经成为钢纤维混凝土性能提高的主要途径。从界面区的结构与特征着手，总结国内外界面区力学性能与微观结构的测试方法和评价指标，阐述常用的纤维混凝土理论及一些有限元模拟分析方法，并对钢纤维混凝土发展方向进行归纳。     

碳纤维加固混凝土梁界面黏结剪应力的参数分析

基于弹性理论建立了碳纤维加固钢筋混凝土梁的界面剪应力模型,研究了四点弯曲情况下的界面黏结胶层剪应力的分布规律,明确了改变各相关参数对界面黏结剪应力的影响程度。计算结果表明,界面黏结剪应力最大值位于碳纤维的黏结端部,并且剪应力随着距离的增加呈现出非线性递减趋势,当距离超过一定长度后,碳纤维与混凝土界面间的黏结剪应力值降为很小,其值基本接近于零,因此在实际工程中应注意端部的锚固。同时发现增加梁高度、胶层厚度可以降低碳纤维与混凝土界面黏结剪应力值;增加碳纤维粘贴层数和碳纤维端部距离支点的距离可以增大碳纤维与混凝土界面黏结剪应力值,此规律应在实际加固工程中加以利用。     

无黏结钢筋混凝土结构力学性能分析

为了充分研究钢筋与混凝土之间的黏结长度对钢筋混凝土构件力学性能的影响,通过理论分析,推导出部分无黏结钢筋混凝土构件承载力计算公式,并在此基础上,使用理论公式和有限元数值模拟分析方法进行了分析与比对。结果表明,钢筋与混凝土之间有无黏结对钢筋混凝土构件的极限承载力无影响;随着无黏结长度的增长,构件的整体变形量增大、开裂区减小和黏结界面易出现应力集中现象。     

钢纤维增强混凝土性能及微观结构研究

针对不同体积分数钢纤维掺量，研究其对混凝土试件抗压性能的影响，并结合真空电镜扫描图像，分析钢纤维与水泥基体相互黏结作用机理。结果表明:钢纤维增强混凝土相对普通混凝土具备更为良好的抗压性能，随着钢纤维掺量的增加，对混凝土试样本身产生了促进作用，提高了混凝土的抗压强度。     

二次投料搅拌工艺对混凝土性能的影响

研究了二次投料搅拌工艺对混凝土性能的影响.通过抗压强度、抗折强度、耐磨性与抗渗性等试验以及扫描电镜照片对混凝土的强度形成及微观结构进行了全面分析,结果表明水泥砂浆法搅拌工艺能改善混凝土界面过渡区结构,提高混凝土的力学性能与耐久性.     

钢纤维-水泥石界面特征对层布式钢纤维混凝土断裂性能的影响

界面特征对断裂性能的影响存在一定的随机性,研究分析了层布式混凝土的断裂性能、界面粘结强度对层布式钢纤维混凝土断裂韧度的影响以及钢纤维拉拔韧度对层布式钢纤维混凝土断裂性能的影响,研究发现,钢纤维-水泥石界面特征对层布式钢纤维混凝土的断裂性能影响显著。     

不同钢纤维掺量及黏结剂对混凝土性能的影响

为揭示钢纤维掺量对混凝土的抗拉强度、抗折强度等力学性能的影响规律,该文对0.5%、1.0%、1.5%、2.0%共4种不同钢纤维掺量的混凝土开展了基本性能试验。测试了不同钢纤维掺量及黏结剂种类下界面的剪切强度。结果表明:钢纤维混凝土的最佳钢纤维掺量为1.5%,在最佳掺量下,水泥净浆界面剂对界面黏结性能的改善比水泥砂浆界面剂好。     

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固层与RC结构黏结面性能试验

通过243个测点的正拉黏结强度试验和24个测点的剪切黏结强度试验,分析了聚合物砂浆与混凝土界面黏结性能,探讨了黏结强度的影响因素;结合试验数据提出了正拉黏结强度和剪切黏结强度的计算模型.结果表明:抹灰龄期、界面粗糙度、混凝土和砂浆强度、修补方位等是影响黏结性能的主要因素,其显著性水平按此顺序由高到低排列;随龄期增长、混凝土与砂浆强度提高,黏结强度增大,增幅降低;随界面粗糙度增大,黏结强度增大,但粗糙度并非越大越好;不同修补方位的黏结强度基本上遵循顶面大于侧面、侧面大于底面的规律.     

路面层铺式钢纤维混凝土力学强度分析

上下层铺式钢纤维混凝土路面是一种新型的路面结构形式,该文通过不同掺量钢纤维混凝土与素混凝土的对比试验,分析了钢纤维混凝土力学性能的改善状况,研究了该种路面结构的可行性。     

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面黏结性能的试验研究

通过34个表层嵌贴CFRP板条的混凝土棱柱试件的单剪试验,考察了混凝土强度、黏结长度、开槽宽度、槽壁厚度等因素作用下表层嵌贴CFRP板条的混凝土试件的破坏形式、黏结承载力和CFRP应变分布等性能,分析了上述因素对CFRP板条-混凝土界面黏结性能的影响.试验结果表明:嵌贴CFRP板条-混凝土间的黏结承载力随混凝土强度增大而提高;在界面极限荷载随黏结长度增加而增大,破坏形式由界面黏结破坏转变为CFRP拉断,未观察到有效黏结长度存在;剥离后黏结界面存在残余摩擦力,并与黏结长度近似线性相关;开槽宽度增大时试件黏结承载力有所提高,但未观察其到对界面黏结行为产生显著影响;槽壁厚度过小时试件黏结承载力下降,并发生界面黏结破坏或槽壁混凝土破坏,槽壁厚度超过40 mm后CFRP-混凝土界面黏结性能趋于稳定.     

弯曲荷载作用下钢纤维聚合物混凝土疲劳寿命

通过三点弯曲疲劳试验测试得到了应力水平为0.4,0.5,0.6时90 d龄期普通混凝土和钢纤维聚合物混凝土弯曲疲劳寿命,通过压汞试验试得到了同龄期混凝土的微观孔结构特征参数及孔径分布,分析了钢纤维和聚合物乳液对混凝土疲劳性能的影响规律及作用机理。分析结果表明,循环荷载作用下普通混凝土和钢纤维聚合物混凝土的疲劳寿命符合两参数威布尔分布,相同应力水平下钢纤维聚合物混凝土的疲劳寿命远高于普通混凝土,并建立了失效概率为0.5时混凝土的双对数疲劳方程。弯曲疲劳荷载作用下钢纤维对混凝土疲劳性能改善的机理在于纤维拔出过程中能量耗散,纤维细化了混凝土特征孔隙尺寸,使有害孔隙减少、无害孔隙增加;聚合物乳液对混凝土疲劳性能改善的机理在于增强了钢纤维-水泥石界面黏结性能。