纤维格栅对新／旧水泥混凝土黏结性能的影响.pdf

第 1 5卷第 5期 2 0 1 2年 1 O月 建筑材料学报 J OuRNAL OF B UI LDI NG MATERI AI S Vo l _ 1 5。 No 5 Oc t ， 2 O1 2 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 6 2 9 0 4 纤维格栅对新 旧水泥混凝 土黏 结性 能的影响 颜祥程 ， 翁兴 中 ， 李清浩 ， 李佳凌。 ( 1 空军工 程 大学 工程 学 院 ，陕西 西 安 7 1 0 0 3 8 ； 2 空 军临潼 场 站 机 场 工兵 勤务 队 ，陕 西 西 安 7 1 0 0 7 7 ) 摘 要 ： 为 了研 究纤 维格栅 类 型 、 旧水 泥混 凝 土 与 纤 维格 栅 表 面 处理 状 况 、 粗 集 料 最 大粒 径 对 新 旧 水 泥混 凝 土黏 结 劈拉 强度 的 影响 ， 对 1 0组 1 5 O mmx1 5 0 mm1 5 0 mm 的新 旧水泥 混凝 土黏 结立 方体 试 块进行 劈拉 试 验 分析 了试 件 的劈拉破 坏 过 程 ， 探 讨 了纤 维 格栅 与新 旧水 泥混 凝 土 的黏 结 机理 结果表 明 ： 采 用 网格 尺 寸为 5 mm 的 玄武 岩 纤 维格 栅 时新 旧 水 泥混 凝 土 的黏 结 劈拉 强度 最 大 ， 旧水泥 混凝 土与 纤维格 栅表 面处理 状 况对新 旧水 泥 混凝 土黏 结劈 拉 强度 有 较 大的 影 响 ， 而粗 集料 最 大粒 径对 新 旧水 泥混凝 土 黏结劈 拉 强度 影响 较 小 关键 词 ：纤维格 栅 ；新 旧水 泥混凝 土 ；黏 结 ； 黏 结劈拉 强度 中图分 类号 ： TU5 2 8 5 7 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 i i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 O 1 2 0 5 0 0 9 I nf l u e nc e o f Fi b e r G i r d o n Bo n d b e t we e n Ne w a n d Ol d Ce m e nt Co n c r e t e Y AN Xi a n g c h e n g ， WENG Xi n g z h o n g ， L Qi n g h a o ， L J i a l i n g ( 1 Th e En gi ne e r i n g I ns t i t u t e，Ai r For c e En gi ne e r i ng Uni ve r s i t y，Xi a n 71 00 38，Ch i na； 2 The Ai r po r t Se r v i c e Te a m o f Eng i n e e r s ，Ai r For c e Li n t on g St a t i on，Xi a n 7 1 00 77，Chi na ) Ab s t r a c t ：I n o r de r t o s t u dy t he i nf l u e nc e o f f i be r gi r d t y pe，s ur f a c e t r e a t me n t o f o l d c e me nt c o nc r e t e a nd f i be r gr i d，c oa r s e a g gr e g a t e l i mi t i ng g r a i n s i z e o n s p l i t t i ng t e ns i l e bo nd i ng s t r e ng t h be t we e n ne w a nd o l d c e me nt c onc r e t e。t e n g r ou ps o f s p e c i me ns wi t h d i m e ns i on of 1 5 0 mm 1 5 0 m m 1 5 0 m m we r e t e s t e d f or s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gt hThe s pl i t t i ng t e n s i l e f a i l ur e pr o c e s s wa s a na l y z e d，t h e n t he me c ha n i s m of b on d i ng be t we e n f i be r g r i d a nd ne w a n d o l d c e m e nt c o nc r e t e wa s d i s c us s e d Th e r e s ul t de m o ns t r a t e s t h a t t h e s p l i t t i n g t e n s i l e b on di n g s t r e n gt h b e c ome s max i ma l whe n t he ba s a l t f i be r gr i d wi t h di m e n s i o n o f 5 mm i s us e d，t he s u r f a c e t r e a t m e nt of o l d c o nc r e t e a n d f i b e r g r i d ha v e gr e a t i nf l ue nc e o n s pl i t t i ng t e n s i l e bo nd i ng s t r e n gt h b e t we e n ne w a n d ol d c e me n t c on c r e t e，bu t t he c o a r s e a g gr e g a t e l i mi t i n g gr a i n s i z e ha v e l i t t l e i n f l ue n c e o n i t Ke y wo r d s：f i b e r gr i d；ne w a n d ol d c e me n t c on c r e t e；bo nd；s pl i t t i ng t e ns i l e b o nd i ng s t r e ng t h 中 国现 有 军用机 场 道面绝 大 部分 为水 泥 混凝 土 道 面结 构 ， 这些 道 面 经 过 飞 机 荷 载 和 自然 因素 的长 期 作 用 ， 已进入 翻新 、 改 扩建 时期 1 在 荷 载作 用 下 ， 道 面 加铺 层板 顶 主 要 承 受 压应 力 ， 板 底 主要 承 受 拉 应力 ， 由于水泥混凝土的抗压强度远 大于其抗拉强 度 ， 道 面加 铺层 的破 坏 形 态 主 要 表 现 为从 板 底 逐 渐 扩 展 到板 顶 的 反 射 裂 缝 破 坏 经 初 步 研 究 发 现 ， 在 新 旧水泥 混凝 土 道 面 间 铺 设 纤 维格 栅 可 以 明显 提 高 道 面加铺 层 的抗 裂性 能 ， 延 长道 面 的使用 寿命 ， 而 且在相同的荷载作用下 ， 能够减薄道面加厚层 ， 降低 工 程 造价 2 同时 ， 这 种结 构综 合 了隔 离式 与 结合 式 加 厚 层道 面 的优点 ， 依靠 新 旧混 凝 土道 面 的紧 密粘 合 ， 可提高复合结构整体强度， 抵抗各种破坏应力 新 旧水泥混凝土道面的紧密粘合是发挥 旧水 泥混 凝 土 道 面 原 有 承 载 力 ， 减 少 加 铺 层 厚 度 的 关 键 3 ， 纤维 格栅 的加 入 对新 旧水 泥混 凝 土双 层 道面 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 6 0 7 ；修订 日期 ： 2 0 1 1 - 0 9 0 5 基金项 目： 军队科研基金项 目( KJ Y Z 0 9 0 9 ， 总 9 9 0 7 1 3 ) 第一作者 ： 颜祥程 ( 1 9 8 4 一) ， 男 ， 湖南衡 山人 ， 空军 工程大学工学博士生 E ma i l ： y x c 3 0 7 1 2 6 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 3 O 建筑材料学报 1 巷 层 间黏 结强 度 的影 响需 要科 学 的试验 数据用 以指 导 工 程 实践 因此 ， 本 文 通 过 新 旧水 泥 混 凝 土 立 方体 劈 拉试 验 ， 研究纤 维格 栅类 型 、 旧水泥 混凝 土 与纤 维 格 栅 表面处 理 、 粗集 料最 大粒径 对新 旧水 泥混 凝 土 黏结 面黏结 劈拉 强度 的影 响 1 试 验 概 况 1 1 试 验原 材料 及配 合 比 水 泥 ： 陕 西 耀 县 秦 岭 牌 4 2 5 R普 通 硅 酸 盐 水 泥 ， 密度 3 1 0 g c m。 ； 细 集 料 ： 灞 河 中砂 ， 细 度 模 数 2 9 5 ， 区 ， 级 配 合 格 ， 密 度 2 6 5 g c m。 ， 堆 积 密 度 1 5 0 9 k g m。 ， 含泥 量 0 9 ( 质量 分 数 ) ； 粗 集 料 ： 泾 阳石灰 岩碎 石 ， 5 2 0 ， 2 0 4 0 mm 两 种 级 配 ， 试 验 采用这两种级配粗集料的质量 比为 4 0 ： 6 0 ， 级配合 格 ， 密 度 2 7 5 g c m。 ， 堆 积密度 1 6 9 0 k g m。 试 验所 用 的玻璃 纤维格 栅 由山东 大庚玻 纤 有 限 公 司生 产 ， 为经 纬玻璃 纤维 束编 织 的正 交 网状结 构 ， 网格 尺 寸 有 2 5 4 mm 2 5 4 mm 和 1 2 7 mm 1 2 7 mm两种 类 型 ； 玄 武 岩纤 维 格 栅 由四 川航 天 拓 鑫玄 武岩 实业 有 限公 司 生产 ， 网格 尺 寸有 2 5 mm 2 5 mm 和 5 mm5 mm 两 种类 型 纤维格栅的经纬 向纤维束含有大量纤维单丝 ， 混凝土不能完全渗入纤维束 内部 ， 只有最外面的纤 维粗 纱能 与混凝 土形 成较 好 的粘合并 通过 摩擦 传 力 于里 面 的粗纱 ， 使得 纤维束 内部纤 维丝 与混 凝 土 的粘 结状况 远 小 于外 部 纤 维 丝 ， 减 弱 了纤 维 格 栅 与 混凝 土 的黏结 能力 为 了改变这 种状 况 ， 对 其 中 4组 试件 在纤 维格 栅 布 置到 试 件 之 前 ， 先 对纤 维 格 栅 采 用环 氧树脂 处 理 ， 使 纤维 束粘结 成一 体 ， 提高其 协 同 受力 能力 本次 试验 采用 固定 水 灰 比 ， 分 别 改 变 纤 维 格 栅 类 型 、 粗集 料最 大粒径 、 旧水泥 混凝 土与纤 维格 栅 表 面处 理状 况 ， 考 察这些 因素对新 旧水 泥 混凝 土黏 结 性能 的影 响 试 验 采 用 绝 对 密实 体 积 法 进行 道 面 混 凝土 配合 比设 计 ， 最 终确 定试验 配合 比如表 1所示 表 1 水 泥混凝土道面配合 b 设计 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n s o f c e me nt c o n c r e t e p a v e me n t M i 竺 ： ! 竺 ! ! ： !竺 ! ! ! ： ： p a r t i c l e Co a r s e a g gr e g a t e s iz e mm C e me n t Wa t e r S a n d 52 0mm 2 04 0mm 1 2试 验方 案 采用新 旧水泥混凝 土各半 的 1 5 0 I n n 1 1 5 0 mm 1 5 0 mm 复 合 立 方 体 试 件 进 行 黏 结 面 的 劈 拉 试 验 旧水泥 混凝 土成 型时 ， 对其 表面 进行 人 r 托 毛 处 删 ， 清除 表面 的污 物 和 浮浆 ， 用 填 砂 法 测 量 衷 血纹 理 深度 为 0 2 3 tO 3 7 mY n ， 用 清 水 将 水 泥混 凝 土 面 冲洗干 净 ， 放 在 试模 的底 部 ， 处理 过 的 一 侧 表 【m占 J 上 以模 拟 旧道 面 ， 在 f 日 水 泥混凝 f ： 铺设纤 维 格 栅 ， 然后 浇注 新 的水 泥混 凝土 ， 用 米模拟 力 l 】 铺 道 断 新 浇 注的水 泥混凝 土 与底层 水泥混 凝 土的材 料 干 I 1 配 合 比木 目 同 试 验采 用正交 设计 法 安 排 ， 根 据 试 验 的 确 定 试 验所考 虑 的因 素 和水 平 本 次 交 试验 设 r 1个 因素 ， 分 别 为纤维 格栅类 型 、 I t J 水 泥混 凝士 衷 嘶处 状 况 、 粗集 料 粒 径 、 纤 维格 栅 表 处理 状 7 兄， J I r 维格栅 类 型选 取 4个 水 平 ， 其 余 3个 素符 选 圾 2 个水平 ， 因此选用 混合 正交 表 ， ( 4 2 ) 交 试验 因素及 水平 如表 2所示 表 2 正交试验因素和水 平选用表 Ta b l e 2 Or t h o g o n a l d e s i g n f a c t o r s a n d t h e i r c o r r e s p o n d i n g l e v e l s 劈拉 试验 依 据 J T G E 3 0 - 2 0 0 5 公 路 工程 水 泥 及水 泥混 凝 土试验 规 程 进 行 ， 采用 2 0 0 t 万 能试 验 机加 载 ， 加 载速 度为 0 0 8 MP a s 劈 拉试 验 中 ， 垫 条 分别 放在 新 旧水泥 混凝 土黏 结面 的顶 部和 底部 ， 并 严格 上下 对 中 ， 加载 情况 如 图 1 所示 图 1 劈 拉试验示意图 Fi g 1 Ske t c h of s p l i t t i n g t e ns i l e t e s t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 l 5卷 收缩 变形 大 为减少 ， 而新 旧水泥 混凝 土之 间 的收缩 差异是导致界面黏结强度下 降的主要因素之一 ， 即 纤 维格 栅 的加入 提高 了新 旧水 泥 混 凝 土 之 间 的黏 结劈 拉 强度 ； 另一 方 面 ， 纤维 格栅 部分纤 维 在水 泥浆 体 的作 用下 伸入 到 旧水 泥 混 凝 土 凹 凸不 平 的表 面 ， 且与 旧混凝 土 黏 结 良好 并 产 生 较强 的黏 结 力 ， 从 而 提高 了 新 旧 水 泥 混 凝 土 黏 结 劈 拉 强 度 ， 如 图 2 所示 2 3 2 旧水泥 混 凝 土 与纤 维 格 栅 表 面处 理 状 况 对 黏结劈 拉强 度 的影 响 粗糙度是影响新 旧水泥混凝土黏结 面力学性 能 的主要 因素 之 一 7 旧水 泥 混 凝 土表 面 不 同 的处 理方 式 ， 使 之形 成不 同的粗糙 度 ， 粗 糙度 越大 ， 新 旧 水 泥混凝 土 的接 触 面 积越 大 ， 则 接 触 面 上 的机 械 咬 合力 和摩 擦 力 越 大 ， 黏 结 强 度 越 高 纤 维 格 栅 处 于 新 旧水 泥混 凝 土 之 间 的黏 结 面 ， 经 环 氧 树 脂 处 理 后 ， 改善 了格栅 纤 维 束 与 水 泥 混凝 土 之 间 的摩 擦 黏 结 ， 提高 了黏结 强 度 8 从 表 3数 据 可 以看 出 ， 旧水 泥 混凝 土 表 面 处 理 状况 对新 旧水 泥混 凝土 黏结 强度 影响很 大 ， 旧水 泥 混凝 土 表面采 用 人 工 拉 毛 之后 新 旧水 泥混 凝 土 的 黏 结劈 拉强 度 ( 1 8 8 MP a ) 比 表 面不 采 取 任 何 措 施 时( 1 6 5 MP a ) 提 高 1 3 9 4 ； 纤 维格 栅 表 面 经环 氧 树脂处理后其黏结劈拉强度 ( 1 8 1 MP a ) 比处理前 的黏结 劈拉强 度 ( 1 7 3 MP a ) 提 高 4 6 4 ， 二 者 均改 善 了新 旧水 泥混 凝土 之 间的黏结 力学 性能 2 3 3 粗集 料最 大粒 径对 黏结劈 拉强 度 的影响 由表 3可 知 ， 不加纤 维格 栅 、 粗 集料 最大 粒径 分 别为 2 O ， 4 0 mm时 ， 新 旧水泥混凝土的黏结劈拉强度分 别为 1 4 5 ， 1 4 3 MP a ； I 纤 维格 栅 、 粗 集料 最 大 粒径 分 别 为 2 O ， 4 0 mi T t 时 ， 黏 结 劈 拉 强 度 分 别 为 1 7 5 ， 1 7 8 MP a ， 两种情 况 下 ， 新 旧水 泥混 凝 土 黏结 劈 拉 强度 基本 不受 粗 集 料 最 大粒 径 的影 响 这 一方 面是 因为黏结 面水平 ， 新 水泥 混凝 土在 浇注过 程 中 ， 由于 振捣 和 自重 的作 用 ， 集料 下沉 而气 泡上升 ， 使 新水 泥 混凝 土 与 旧水 泥 混凝 土表 面 充 分 结合 ； 另 一方 面 是 由于纤 维格栅 网格尺 寸 最 大 为 2 5 4 mm， 能 穿越 纤 维格栅网格而与旧水泥混凝土表面接触的粗集料最 大粒 径也 相差 不 多 ， 因此 ， 粗 集 料 最 大 粒 径 对新 旧 水 泥混凝 土 黏结劈 拉强 度影 响不 明显 3 结 论 ( 1 ) 纤维格栅的加入使新 旧水泥混凝土黏结劈 拉 强度 提 高 了 1 9 4 4 3 1 2 5 ， 表 明其 改 善 新 旧水泥 混凝 土黏结 性 能的效 果较 好 ( 2 ) 对 旧水泥混 凝 土 与 纤 维 格 栅 表 面进 行 处 理 有 利 于新 旧水泥 混凝 土黏结 劈拉 性能 的改 善 ， 经 表 面处理 ， 新 旧水 泥混凝 土 的黏结 劈拉强 度分 别 提 高 1 3 9 4 ， 4 6 4 ( 3 ) 粗 集料 最大粒 径对 新 旧水 泥混凝 土 黏结 劈 拉强 度影 响不 明显 参 考文献 ： 1 翁兴中， 焦 明声 机场水泥混凝 土道面沥青 薄层盖被起 飞段 的 应力分析 J 公路 ， 2 0 0 2 ( 1 0 ) ： 1 7 2 O WENG Xi n g z h o ng， J I AO Mi n g s h e ng S t r e s s a n a l y s i s o f a s p h a l t c o nc r e t e o v e r l a y o n c e m e nt c on c r e t e p a ve me n t o f t a k i n g o f f a r e a J Hi g h wa y ， 2 0 0 2 ( 1 0 ) ： 1 7 2 0 ( i n Ch i n e s e ) 2 符冠华 ， 卢拥军 土工合成材料 在改造 旧水 泥混凝 土路面 中的 应用研究 J 土木工程学报 ， 2 0 0 2 ， 3 5 ( 1 ) ： 5 7 6 I F U Gu a n h u a 。 L U Yo n g - j u n Ap p l i c a t i o n o f g e o s y n t h e t i c s t O o l d c o n c r e t e p a v e me n t s J C h i n a C i v i l E n g e e r i n g J o u r n a l 。 2 00 2 ， 3 5 ( 1 ) ： 5 7 6 1 ( i n Ch i n e s e ) 3 G J B 1 2 7 8 A一2 0 0 9 军用机场水 泥混凝土道面设计规范E s GJ B 1 2 7 8 A一 2 0 0 9 S p e c i f i c a t i o n s o f d e s i g n o n c e me n t c o n c r e t e p a v e me n t f o r mi l i t a r y a i r fi e l d S ( i n C h i n e s e ) 4 XU S h i l a n g ， KR UGE R M， RE I NHARD T H W， e t a 1 B o n d c ha r a c t e r i s t i c s o f c a r b o n， a l k a l i r e s i s t a n t g l a s s a n d a r a mi d t e x t i l e s i n mo r t a r J J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， AS CE， 2 0 0 4， 1 6 ( 4 )： 3 5 6 - 3 6 4 5 徐世娘 ， 李 赫 用 于纤 维编 织 网增强 混凝 土 的 自密实 混凝 土 E J 建筑材料学报 ， 2 0 0 6 ， 9 ( 4 ) ： 4 8 1 4 8 3 XU Sh i l a n g， I A He S t u d y o n s e l f c o m p a c t i n g c o nc r e t e o f r e x t i l e r e in f o r c e d c o n c r e t e J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 6 ， 9 ( 4 )： 4 8 1 - 4 8 3 ( i n Ch i n e s e ) 6 赵志方 ， 赵国藩， 黄承逵 新老混凝土粘结的劈拉性能研究 J 工业建筑， I 9 9 9 ， 2 9 ( 1 1 ) ： 5 6 5 9 ZHAO Z h i f a n g，ZH AO Guo f a n，HUANG Che n g k ui Ne w a nd o l d c o n c r e t e b o n d i n g o f s p l it s t r e ng t h p e r f o r m a n c e s t u d y J I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o n ， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 1 1 ) ： 5 6 - 5 9 ( i n Ch i n e s e ) 7 冯虎 ， 高丹盈 ， 张作涛 钢纤 维混凝 土 老 混凝土 黏结劈拉强 度 的影响因素口 建筑材料学报 ， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 2 ) ： 2 2 8 2 3 5 FENG H u， GAO Da n y i n g， ZH ANG Zu o t a o F a c t o r s i n f l u e n c i n g s p l it t i n g t e n s i l e s t r e n gt h o f b o nd b e t we e n f r e s h s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a n d o l d c o n c r e t e J J o u r n a l o f B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 9， 1 2 ( 2 )： 2 2 8 2 3 5 ( i n Ch i ne s e ) 8 颜祥程 ， 翁兴中， 寇雅楠 ， 等 纤维格栅增 强水泥 混凝土 的弯曲 力学特性 J 西南交通大学学报 ， 2 0 1 2 ， 4 7 ( 3 ) ： 3 9 4 3 9 9 YAN Xi a n g c h e n g，W ENG Xi n g z ho n g， KOU Ya n a n，e t a 1 Be n d i n g me c h a ni c a l p r o p e r t i e s o f c e m e n t c o n c r e t e wi t h f i b e r g r i d r e i n f o r c e me n t J J o u r n a l o f S o u t h w e s t J i a o t o n g Un i v e r s i t y， 2 O 1 2， 4 7 ( 3 ) ： 3 9 4 3 9 9 ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m