纤维编织网在细粒混凝土中的黏结和搭接性能.pdf

第 1 5卷第 1 期 2 01 2年 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATE RI AL S Vo 1 1 5， No 1 Fe b ， 2 0 12 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 1 - 0 0 3 4 0 8 纤维编织 网在 细粒 混凝 土 中的黏 结和搭接性能 尹世 平 ， 徐 世娘。 ， 王 菲 ( 1 中国矿业 大学 深 部 岩土力 学 与地下 工程 国家重 点 实验室 ，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 中国矿业 大学 力学 与建 筑工程 学 院 ，江苏 徐 州 2 2 1 1 1 6 ；3 浙 江大学 建 筑工 程学 院 ， 浙 江 杭 州 3 1 0 0 5 8 ) 摘要 ：通过 薄板试 件 的拉 拔 试验 和 四点 弯曲试验研 究 了纤维编 织 网在 细 粒混凝 土 中的黏 结 和搭接 性能 结果表明： 纤维编织网的表面处理和经 向纤维束对纤维编织 网和 细粒混凝土的界 面黏结性 能有 着较 为 明显的 影响 ； 无论 纤 维编织 网是 粘砂还 是 不 粘砂 ， 随 着碳 纤维 柬初 始 埋 长 的增 加 ， 平 均 界 面黏 结强度 有 降低 的趋 势 ； 当碳 纤维 束初 始埋 长 大于 3 5 mm 时 ， 可保 证 碳 纤 维束 与 细 粒 混凝 土 有足 够 的黏 结而 不被拔 出 对 于粘细砂 处理 的绑 扎 搭接 试 件 ， 碳 纤维搭 接 长度 不 小 于 6 0 mm 可满 足 纤维束 间应 力传 递 的要 求 ； 在 同样 的搭 接 长度 下 ， 绑扎 搭接 纤 维柬 的增 强效果要 优 于黏 结搭接 关键 词 ：纤 维编 织 网；黏 结 ； 搭 接 长度 ； 表 面 处理 中 图分类 号 ： TU5 2 8 5 6 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 2 0 1 0 0 7 I n v e s t i g a t i o n o n Bo n d i ng a nd Ov e r l a p pi n g Pe r f o r m a n c e o f Te x t i l e i n Fi ne Gr a i n e d Co nc r e t e N Shi pi n g ，X U Shi l a ng。 ，W AN G Fe i ， ( 1 S t a t e Ke y La b o r a t o r y f o r Ge o me c h a n i c s De e p Un d e r g r o u n d E n g i n e e r i n g，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y， Xu z h o u 2 2 1 0 0 8，Ch i n a ；2 S c h o o l o f Me c h a n i c s& Ci v i l En g i n e e r i n g，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y ， Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ，Ch i n a ；3 C o l l e g e o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ，Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ，C h i n a ) Ab s t r a c t：The pu l l o ut a nd f our po i n t t e s t s o f t hi n wa l l e d pl a t e s pe c i me ns we r e c a r r i e d o ut t o i n ve s t i ga t e t he b on di n g a nd o v e r l a pp i ng p e r f o r ma nc e o f t e xt i l e i n f i n e g r a i ne d c o nc r e t e The e xpe r i me nt a l r e s u l t s s ho w t ha t t h e wa r p y a r ns a nd t he s ur f a c e t r e a t m e nt o f t he t e x t i l e ha ve s i g ni f i c a nt i n f l ue nc e s o n t he i nt e r f a c i a l bo nd p e r f o r ma nc e b e t we e n t he t e x t i l e a n d t h e f i n e gr a i n e d c o nc r e t e I n a d di t i o n，f o r t he t e x t i l e c o v e r e d wi t h or wi t h ou t s a nd，wi t h t h e i nc r e a s e o f t h e i n i t i a l b on d l e n gt h of c a r b o n f i b e r ya r n，t he a v e r a ge i n t e r f a c i a l b on d s t r e ng t h ha s a f a l l i n g t r e n d，a n d whe n t he i n i t i a l b on d l e n gt h i s l on ge r t ha n 3 5 mm ，i t i s e no ug h t o e ns ur e t h a t c a r bo n f i be r y a r ns c a n ha v e s uf f i c i e n t bo nd t o t he f i ne gr a i ne d c o nc r e t e a nd c a n no t be p ul l e d ou t Fo r t he t e x t i l e c o v e r e d wi t h f i ne s a nd，i f t he o ve r l a p pi ng l e ng t h o f c a r bo n f i b e r i s l o n ge r t h a n 6 0 m m ， t he r e qu i r e me n t f o r t h e s t r e s s t r a n s f e r be t we e n f i be r y a r ns c a n b e m e t At t h e s a m e o v e r l a p pi n g l e n gt h， t he e n ha nc e m e n t c a p a c i t y o f t he t e xt i l e u s i n g t he b i nd i ng o v e r l a p pi ng a r e be t t e r t ha n t h a t of t h e t e x t i l e u s i ng t he s t i c k i ng o v e r l a p pi n g Ke y wo r d s：t e x t i l e；bo nd；o v e r l a pp i ng l e ng t h；s u r f a c e t r e a t me n t 近十年 来 ， 采 用 纺织 材 料 增 强 水 泥基 材 料 得 到 了广泛 的关 注 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 ， TR C ) 是一种新型复合材料 ， 它 是 由多轴纤维编织网和细粒混凝土结合 而成 1 , 5 6 由于所 采用 的纤 维 材 料 ( 如 耐 碱 玻 璃 纤 维 、 碳 纤 维 、 芳族聚酰胺纤维 、 玄武岩纤维等) 具有耐腐蚀性 ， 因 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 0 2 1 ；修订 日期： 2 0 1 1 - 0 1 - 0 6 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 0 8 4 5 1 ， 5 0 4 3 8 0 1 0 ) ； 中央高校基本科研业务费专项 资金 资助项 目( 2 0 1 0 QNA4 5 ， 2 0 1 1 F Z A 4 0 1 7 ) 第一作者 ： 尹世平( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 山东高密人 ， 中国矿业大学讲师 ， 博士 E ma i l ： y in s h i p i n g 7 8 0 8 y a h o o c o rn c n 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 尹世平 ， 等 ： 纤维编织 网在细粒混凝 土中的黏结和搭接性能 3 7 力增加 ( 2 ) 随着碳纤维束初始埋长的增加 ， 平均界 节点的位置纬向碳纤维束 由于经向玻璃纤维束的存 面黏结强度( r ) 有降低 的趋势 这可能是 因为碳纤 在而略微屈曲 ， 从而拉拔力 中必有一部分力克服环 维束的初始埋长越长， 则受力后 的黏结应力分布越 氧树脂的黏结力和经 向玻璃纤维束的约束力 ， 使 r 不均匀 ， 试件破坏时的平均黏结强度越小 ( 3 ) 经向 随着经向玻璃纤维束根数的增加变大 ( 4 ) 无论是否 玻璃纤维束对纬向碳纤维束的界面黏结性能有着较 进行纤维编织网的表面粘砂处理 ， 当碳纤维束的初 为 明显 的影 响 这 是 由于 纬 向碳 纤 维 在 节 点 处 通过 始埋 长 大于 3 5 mm 时 ， 可保 证碳 纤 维 束 与细 粒混 凝 环氧 树脂 紧紧 地 和 经 向玻 璃 纤 维 固定 在 一起 ， 且 在 土 有足 够 的黏结 而不 被拔 出 表 4 最大拉拔荷载及平均界面黏结强度 r a b l e 4 Pe a k v a l u e o f pu l l o u t l o a d a n d a v e r a g e i n t e r f a c i a l b o n d s t r e n g t h l mm n F a i l u r e mo d e o f y a r n s F k N r MP a I m p r e g na t e d wi t h e p ox y r e s i n，wi t h o u t s a n d c o v e r e d Pu l l o u t Pu l l o u t 0 9 7 7 O 1 O3 7 3 Av e r a g e v a l u e 2 1 1 8 Te n s i l e r u p t u r e Te n s i l e r u p t u r e 1 7 03 5 l _ 6 8 1 8 I mp r e gn a t e d wi t h e p o x y r e s i n a n d c o ve r e d wi t h s a n d ( d 0 6ram ) Pu l 1 o u t Pu l l o u t 1 03 3 0 1 07 0 2 Av e r a g e v a l u e 2 2 1 1 Te n s il e r u p t ur e Te n s il e r u p t u r e 1 6 8 2 0 1 9 5 4 8 不同的碳纤维束和细粒混凝土有着不同的界面 黏结 ( 见图 4 ) 文献E 9 ， 1 6 的研究表明， 在碳纤维束 的拉拔过程中， 靠 近加载端 的碳纤维束将最先脱黏 失效 ， 界面仅仅残留摩阻力和机械咬合力 ； 在外载作 用下 ， 脱 黏不 断 向试 件 深处发 展 ， 当 自由端 处 的碳 纤 维束脱黏后 ， 脱黏区域扩展到整个黏结面 ， 碳纤维束 逐渐被拔 出 而在对本文不粘砂处理的碳纤维束 的 拉拔过程中， 在临近峰值荷载时 ， 自由端出现轻微滑 移 ， 但 此处 的化 学黏 结力 未完 全丧 失 ， 因此 随着 相 对 滑移的增加 ， 会有一拉拔荷载略微 的增加或基本保 持不变 的过程 ； 当达到峰值拉拔荷载时， 界面力完全 由摩阻力和机械咬合力提供 ； 此后 ， 随着碳纤维束的 缓慢拔 出， 碳纤维束的表面被慢慢磨平 ， 机械咬合力 逐渐降为 0 ， 界面只有摩阻力 在对本文粘砂处理的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 建筑材料学报 第 1 5 卷 碳纤维束的拉拔过程中， 当达到峰值拉拔力时， 其值 陡降， 这表明碳纤维束上的粘砂部分 已经剥落， 碳纤 维束和细粒混凝土的界面大部分 已破坏 ； 但 由于 自 由端 附 近界 面未 完 全破 坏 ， 外 力 还 需 要 进 一 步克 服 碳纤 维束 和细 粒 混凝 土之 间的 界 面力 ， 因 此拉 拔 荷 载又有一增加或基本保持不变( 碳纤维束初始埋长 较 小) 的发展 过程 ， 直 到 自由端 有 较 大 滑移 ； 此后 的 发展过程与未粘砂的碳纤维束类似 另外 ， 当碳纤维 束初始埋长超过 2 0 mm， 拉拔力降到 0 2 0 3 k N 左右时 ， 2种表面处理 的碳纤维束和细粒混凝土 的 界 面都会 有一 强 化 过 程 ， 这 可 能是 由于 纬 向碳纤 维 束需克服节点位置处经 向玻璃纤维束的约束所致 ， 纬向碳纤维束在此处由于经 向玻璃纤维束的存在而 略微屈 曲 在 试验 中还 发现 ， 对于碳 纤 维束初 始 埋 长 较 小 的试件 ， 如初 始埋 长为 2 0 mm 的大 部分 试 件 和 Re l a t i v e s l i p mm 2 5 mm 的部 分试 件 ， 在碳 纤 维 束 拔 出 的 过程 中会 带 动端部经向玻璃纤维束的移动， 从而导致试件沿碳 纤维束和细粒混凝土界面劈裂； 而对于初始埋长较 大 的试 件 ， 碳 纤 维束 可能 直接拔 出或拉 断 2 2搭接试 验 根据有 关 的研 究结 果 l 1 ， 为 了 防 止沿 碳 纤 维 束径 向 的应 力 过 大而 导 致 混 凝 土保 护 层 的剥 离 ， 在 弯曲试验 中所有试件 的纤 维编织 网都进 行粘砂处 理 ， 其 中 S F S表 示 粘 细 砂 ( 粒 径 0 0 6 mm) ， S C S 表示粘粗砂 ( 粒径 0 6 1 2 ram) 试件的混凝土保 护层 厚度都 为 5 mm， 搭接 处位 于跨 中截 面 根据 2 1节 的试 验 结 果 ， 碳 纤 维 的搭 接 长度 应 该大 于 3 5 mm 纤维 搭接 方式 及搭 接 长 度见 表 5 ， 其 中绑 扎搭 接指 纤 维 网在 搭 接 处 用 铁 丝绑 扎 ； 黏结 搭 接指纤维 网在搭接处用环氧树脂黏结 耄 蔓 Re l a t i ve s l i p mm ( a ) Wi t h o u t s a n d c o v e r e d ( b ) Co v e r e d wit h s and( O 6 mm) 图 4 不同初始埋长碳纤 维束对拉 拔荷 载一 相对滑移曲线的影响 Fi g 4 I n f l ue n c e o f di f f e r e nt i ni t i a l bo nd l e n gt h o f c a r bon f i b e r y a r n o n t he c u r v e s o f pul l out l oa d 7 i s r e l a t i ve s l i p 表 5 搭接方式及破坏模式 Ta ble 5 Ov e r l a p p i n g wa y a n d f a i l u r e mo d e 2 2 1 绑扎 搭接 由表 5可见 ， 除碳 纤维 搭接 长度 为 6 0 1 T i m 的粘 细砂绑扎搭接试件外 ， 其他绑扎搭接试件都是在搭 接 处 的界 面 发生剥 离 破坏 ， 如 图 5 ( a ) 所 示 绑扎纤维束之间能够传力是 由于纤维束与细粒 混凝土之间的黏结锚 固作用 在 2根纤维束 的接头 处 ， 拉力由一根纤维束通过黏结应力先传 给细粒混 凝土 ， 再 由细粒 混 凝 土通 过 黏 结 应 力 传 给 另一 根 纤 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 尹世平 ， 等 ： 纤 维编织网在细粒混凝土 中的黏结 和搭接性 能 4 1 1 O 1 1 1 2 1 3 e f f i c i e n c y in t e x t i l e r e i n f o r c e d c e me n t c o mp o s i t e s J C o mp o s i t e s ( A )： Ap p l i e d S c i e nc e a nd M a n u f a c t u r i n g， 2 0 0 3， 3 4( 2)： 1 0 7 1 1 8 XU S L， M ARKUS K ， REI NH ARDT H W Bo n d c h a 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 nt g l a s s a nd a r a m i d t e x t i l e s i n mo r t a r J AS C E J o u r n a l o f Ma t e r i a l i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 4， 1 6 ( 4 )： 3 5 6 3 6 4 苟勇 ， 孙伟 ， R EI NHAR DT H w， 等 碳纤 维织物增 强混凝 土 薄板的界面粘结性 能试 验 J 东南 大学 学报 ： 自然 科学 版， 2 0 0 5， 3 5 ( 4 )： 5 9 3 5 9 7 XU N Yo n g， S U N W e i ， REI NHARDT H W ， e t a 1 Ex p e r i me nt o n t he i n t e r f a c e b o n d i n g p e r f o r ma n c e o f c a r b o n 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 s h e e t s J J o u r n a l o f S o u t h e a s t Un i v e r s i t y ： Na t ur a l S c i e n c e ， 2 0 0 5， 3 5 ( 4 )： 5 9 3 - 59 7 ( i n Chi n e s e ) DI LTHEY U ， S CHLES ER M ， M 0LLER M ， e t a 1 Ap p l i c a t i o n o f p o l y me r s i n 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 Fr o m t h e i n t e r f a c e t o c o n s t r u c t i o n e l e me n t s c Te x t i l e Re i n f o r c e d C o n c r e t e Fr a nc e ： RI LEM Pub l i c a t i o n SARL， 2 0 0 6： 5 5 6 5 李庆华， 徐世娘 ， 李 赫 提 高纤维编 织网与砂 浆粘结性 能的 实 用方法 J 大连理工大学学报 ， 2 0 0 8 ， 4 8 ( 5 ) ： 6 8 5 6 9 0 LI Qi n g h u a， XU Sh i l a n g LI He Pr a c t i c a l me t h o d o f i mp r o v i n g b o n d i n g b e h a v i o r b e t we e n f i b e r t e x t i l e a n d mo r t a r J 1 4 1 5 1 6 1 7 J o u r n a l o f Da l i a n Un i v e r s i t y Te c h n o l o g y， 2 0 0 8， 4 8( 5) ：6 8 5 6 9 0 ( i n Ch i n e s e ) DI LTHEY U ， S CHLES ER M ， F ELDM ANN M ， e t a 1 I n v e s t i g a t i o n o f p u n c t i f o r m， p l a n e a n d h y b r i d j o i n t o f 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 p a r t s J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 8， 3 0( 2 )： 8 2 8 7 徐世娘 ， 李 赫 用 于纤维 编织 网增强混 凝土 的 自密 实混 凝土 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， LI H e S t u d y o n s e l f c o m p a c t ing c o n c r e t e o f 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 J J o u r n a l o f B u il d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 6 ， 9( 4 )： 4 8 1 4 8 3 ( i n Ch i n e s e ) 梁兴文 ， 王社 良， 李 晓文 混凝 土结 构设计 原理 M 北京 ： 科 学 出版社 ， 2 0 0 3 ： 4 0 5 1 LI ANG Xi n g we n，W ANG Sh e l i a n g，L I Xi a o we n De s i g n t h e o r y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s M B e ij i n g ： S c i e n c e P r e s s ， 2 0 0 3 ： 4 O 一 5 1 ( i n Ch i n e s e ) 尹世平 ， 徐世娘 提高纤维编织网保护层混凝土抗剥离能力的 方法 J 建筑材料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 4 ) ： 4 6 8 4 7 3 YI N S h i p i n g， XU Sh i l a n g Ef f e c t i v e me t ho d t o i m p r o v e a nt i f l a k i n g c a p a c i t y o f c o v e r c o n c r e t e t o t e x t i l e J J o u r n a l o f Bu i l ding Ma t e r i a l s ， 2 0 1 0， 1 3 ( 4 )： 46 8 4 7 3 ( i n Ch i ne s e ) ( 上接 第 2 6页 ) 2 孙振平 ， 赵磊 聚羧酸 系减 水剂大单体 MP E GMA的制备 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 1 ) ： 1 0 1 1 0 5 S U N Zh e n p i n g， ZHAO Le i Pr e p a r a t i o n o f ma c r o m e r M PEG MA f o r p 0 l y c a r b 0 x y l a t e b a s e d s u p e r p l a s t i c iz e r J J o u r n a l o f Bu i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 9， 1 2( 1 )： 1 0 卜 1 0 5 ( i n Ch i n e s e ) 3 孙振平 ， 赵磊 聚羧酸 系减水剂 的合成研究 J 建筑 材料学报 ， 2 00 9 ， 1 2 ( 2 ) ： 1 2 7 1 3 1 S UN Zh e n p i n g， ZH AO Le i S t u d y o f s y nt h e s i s o f p ol y c a r b o x y l a t e b a s e d s u p e r p l a s t i c i z e r 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 00 9 ， 1 2 ( 2 ) ： 1 2 7 1 3 1 ( i n Ch i n e s e ) 4 王会安 ， 何廷树 ， 申富强 ， 等 聚羧酸类 混凝土减 水剂 中间大分 子单体合成研究 J 混凝 土， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 5 5 5 7 W ANG Hu i a n， HE Ti ng s h u， SHEN F u q i a n g， e t a 1 Sy n t h e s i s o f p o l y -c a r b ox y l i c a c id wa t e r r e d u c e r i n t e r me d i a t e ma c r o mo n o - me r - P E A J C o n c r e t e ， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 5 5 5 7 ( i n C h i n e s e ) 5 熊卫锋 ， 王栋 民， 左彦峰 ， 等 聚羧酸 系超塑化剂 的合成工 艺研 究 J 商 品混凝 土， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 6 - 7 XI ONG W e i f e n g， W ANG Do n g mi n g， ZUO Ya n - f e n g，e t a 1 S t u d y o n s y n t h e s i s o f p o 1 y c a r h 0 x y 1 a t e s u p e r p l a s t i c i z e r J Re a d y M i x e d Co n c r e t e ， 2 0 0 7( 2 )： 6 - 7 ( i n Ch i n e s e ) 6 7 8 3 9 朱琳俐 ， 冯 恩娟 ， 徐正 华 ， 等 聚 醚接 枝 聚羧 酸系 减水 剂合 成 J 南京工业大学学报 ， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 1 ) ： 1 0 6 1 1 0 Z HU L i n l i ， F EN G E n - j u a n ， XU Z h e n g h u a ， e t a 1 S y n t h e s i s o f h i g h pe r f o r ma nc e p o l y e t he r g r a f t e d p o l y c a r b o x y 1 a t e ba s e d s u p e r p 1 a s t i c i z e r J J o u r n a l o f Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g Y， 2 0 1 0， 3 2 ( 1 )： 1 0 6 1 1 0 ( i n Ch i n e s e ) 孙振平 ， 黄雄 荣 烯 丙基 聚 乙二 醇系 聚羧 酸 系减 水剂 的研 究 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 4 ) ： 4 0 7 4 1 2 S U N Zh e n p i ng， HU ANG Xi o n g r o n g St u dy o n a l l y l p o l y e t h y l e n e g l y c o l b a s e d p o 1 y c a r b 0 x y l a t e s u p e r p l a s t i c i z e r J J o u r n a l o f Bu i l ding Ma t e r i a l s ， 2 0 0 9， 1 2 ( 4)： 40 7 4 1 2 ( i n Ch i ne s e ) 余铖 采用烯丙醇聚氧乙烯醚合成 聚羧酸系高效 减水剂及 其性 能研究 D 重庆 ： 重庆大学 ， 2 0 0 8 YU Ch e n g S t u d y o n t h e s y nt h e s i s a n d p r o p e r t i e s o f p o l y c a r b o x y l i c a c i d t y p e h i g h p e r f o r ma n c e wa t e r - r e d uc e r wit h APEG D C h o n g q i n g ： C h o n g q i n g Un i v e r s i t y ， 2 0 0 8 ( i n C h i n e s e ) 王槐 三 ， 寇 晓康 高 分 子化 学 教程 M 北 京 ： 科学 出版 社， 2 0 0 2： 1 4 0 8 W ANG H u a i s a n， KOU Xi a o k a n g Po l y me r c he m is t r y c o ur s e M B e i j i n g ： S c i e n c e P r e s s ， 2 0 0 2 ： 1 4 0 8 ( i n C h i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m