玄武岩纤维在混凝土中的应用与研究进展.pdf

2 0 1 1年 第 7 期 (总 第 2 6 1 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 1 ( T o ml No 2 6 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AI AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 7 0 4 6 玄武岩纤维在混凝土中的应用与研究进展 齐建林。朱江 ( 广东工业大学 土木与交通工程学院， 广东 广州 5 1 0 0 0 6 ) 摘要： 介绍了玄武岩纤维的特点及其在混凝土中的应用， 对 目 前玄武岩纤维在混凝土中的研究与应用情况进行了分析和总结， 探讨 了应用玄武岩纤维有优势 的领域和方 向， 提出 了今后对玄武岩纤维在混凝土中的应用研 究的一些 问题 。 关键词 ： 玄武岩纤维 ；混凝土 ；力学性能 ；加 固；应用 中图分 类号： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 7 - 0 0 4 6 - 0 4 S t ud y an d a ppl i c a t i on o f b as a R f i ber i n c onc r e t e QI J i a n l i n， Z HUJ i a n g ( F a c u l tyo f Ci v i l a n dT r a n s p o n mi o nE n g i n e e r i n g ， G u a n g d o n gU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， Gu a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e c h a r a c t e r i s t i c o fb a s a l t fib e r a n d i t s a p pl i c a t i o ns i n c o n c r e t e a r e i n t r o d uc e d T h e p r e s e n t s t a t u s o f t h e r e s e a r c h a n d e n g ine e r i ng a p - p l i c a t i o n s o f b a s a l t f i be r i n c o n c r e t e we r e s u mma r i z e d Th e a d v a n t a g e o f a pp l i c a t i o n o f b a s a l t fib e r i n c o n c r e t e wa s d i s c us s e d I n a d d i t i o n s o me p r o b l e ms f o r the s t u d y and a p p l i c a t i o n o fb a s a l t fib e r i n c o n c r e t e we r e b r o u g h t f o r ward Ke y w or d s： basa l t f i b e r ； c o nc r e t e； me c h an i c a l p r o p e r t y； r e i n f o r c e d； a p p l i c a t i o n 0 引言 1 短切玄武岩纤维增强混凝土 玄武岩属于火山喷出岩， 是地球上存在和分布最广的矿物 之一。 玄武岩纤维( B F ， B a s a h F i b e r ) 是以天然玄武岩矿石为原 料 ， 将其破碎后加入熔窑中， 经 1 4 5 0 1 5 0 0熔融后 ， 通过铂 铑合金拉丝漏板制成连续纤维。 与其他纤维相比， 玄武岩纤维具 有许多显著的特点 ， 如突出的力学性能 ， 良好的拉伸强度和高 的弹性模量 ； 耐高温和低温热稳定性 ， 可在一 2 6 9 - 6 5 0范围内 连续工作； 高的耐酸碱性和化学稳定性 ， 吸湿性低且绝缘性好 ， 耐紫外线光照， 抗老化性能良好 ， 性价比高等优点。 玄武岩纤维 是典型的硅酸盐纤维， 与混凝土具有天然的相容性， 用它与混 凝土混合时很容易分散， 新拌玄武岩纤维混凝土的体积稳定、 和 易性好、 耐久性好， 具有优越的耐温性、 防渗抗裂性和抗冲击性。 同时由于生产玄武岩纤维的原料取 自于天然的火山岩喷出岩 ， 玄武岩在熔化过程中没有硼、 砷和其他碱金属氧化物排出， 使得 玄武岩纤维的制造过程对环境无害， 无工业垃圾， 不向大气排 放有害气体 ， 玄武岩纤维是 2 1 世纪新型的环保型纤维【 l _ 】 。 玄武岩纤维由于其突出的力学性能、 物理性能和理想的性 价比， 在混凝土工程中的应用和研究越来越受到关注。 目前 ， 玄 武岩纤维在混凝土工程领域的应用研究主要有以下三个方面： 在搅拌混凝土的同时加入短切玄武岩纤维制成玄武岩纤维 增强混凝土， 用于新建结构 ； 将玄武岩纤维制成织物或片材， 黏贴到混凝土表面用于混凝土的补强、 修复与加固； 把玄武 岩纤维制成束状的玄武岩 F R P筋用在现浇混凝土结构中代替 钢筋 ， 用于新建结构， 特别是用于海洋结构及对电磁波有特殊 要求的结构。 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ 0 1 2 基金项目：广东省自然科学基金资助项目( 8 4 5 1 0 0 9 0 0 1 0 0 1 2 4 8 ) 46 国外对玄武岩纤维增强水泥基复合材料研究得比较早 ， Di a s 等 研究了玄武岩纤维的体积掺量对玄武岩纤维增强无机 聚合物水泥混凝土断裂韧度的影响， 并将其与玄武岩纤维增强 硅酸盐水泥混凝土的试验结果进行对比， 结果表明， 玄武岩纤 维增强无机聚合物水泥混凝土具有更加优越的断裂性能。 值得 注意的是， 当玄武岩纤维的体积掺量 1 时， 玄武岩纤维增强硅 酸盐水泥混凝土的准静态抗压强度 、 劈裂抗拉强度较素混凝土 分别降低 2 6 4 、 1 2 。 Z i e l i n s k i 等【 测试了玄武岩纤维增强水 泥砂浆 2 8 d的物理和力学性能、 抗折强度 、 抗压强度及塑性收 缩 ， 并给出了纤维的最佳体积掺量。 1 1 短切玄武岩纤维增强混凝土的力学性能 ( 1 ) 抗 压 、 抗拉性能 。 研究 表 明， 短切玄 武岩纤维对 混凝 土 抗压强度和劈裂抗拉强度的影响与纤维的掺量有关。 试验结果 表明6 - 7 ， 玄武岩纤维体积掺量为 0 1 、 0 2 的混凝土抗压强度、 劈裂抗拉强度与不掺纤维的基本相当， 但在玄武岩纤维体积掺 量较大的情况下( 0 3 ) 抗压强度下降约 1 3 ， 劈裂抗拉强度下 降幅度更大， 为4 0 3 8 。 抗压强度、 劈裂抗拉强度降低的原因有 两点 ： 一是随着纤维体积掺量的加大 ， 搅拌过程中玄武岩纤维 不易均匀分布于混凝土中， 且部分黏结成团， 在混凝土内造成 一 些孔隙， 从而降低了抗压强度 、 劈裂抗拉强度 ； 二是搅拌后 ， 玄武岩纤维部分变成粉末 ， 与水结合， 使得用于与水泥进行水 化作用的水减少了， 阻止了水化作用的完全进行， 这也造成了 混凝土强度的降低。 试验结果还表明8 1 ， 玄武岩纤维延缓了混凝 土早期抗压 、 抗拉强度的发展， 短切玄武岩纤维混凝土试件的 7 d抗压、 劈裂抗拉强度分别是其 2 8 d 强度的 7 8 7 、 6 6 1 ， 而 基体混凝土试件的 7 d 抗压 、 劈裂抗拉强度分别是其 2 8 d 强度 的 9 2 8 、 6 9 8 。 此外 ， 短切玄武岩纤维的加入改善了混凝土的 延性， 抑制了混凝土裂缝的产生和发展。 ( 2 ) 抗弯性能。 纤维混凝土的抗弯性能最能反映出纤维的 增强、 增韧效果 ， 混凝土中掺人玄武岩纤维后弯曲性能增强， 抗 折强度提高。 这是因为在受荷初始阶段， 纤维与基体共同承担荷 载， 当荷载继续增大， 受弯构件的受拉区变形达到纤维混凝土 初裂应变时， 混凝土出现裂缝， 跨越裂缝的纤维仍能通过界面 传递应力 ， 从而使抗折强度仍有一定的提高， 弯曲韧性得到显 著的增强， 而普通混凝土一旦裂缝扩展便很快导致构件的断裂。 试验结果表明【 8 】 ， 当玄武岩纤维的体积掺量为 1 时， 纤维混凝 土试件的弯拉强度较基体混凝土提高了6 1 4 ， 弯曲韧性指数是 基体混凝土的 5 6 倍 ， 可见玄武岩纤维能够显著提高混凝土的弯 拉强度和弯曲韧性。 ( 3 ) 抗冲击性能。 玄武岩纤维在混凝土中成不规则均匀乱 向分布， 这种分布形式在混凝土中形成了乱向支撑体系和空间 网状结构 ， 吸收了混凝土的应力 ， 而且玄武岩纤维与水泥胶体 之间的黏结效果好 ， 混凝土破坏时纤维承担了的剪切应力， 可以 起到阻挡块体微裂缝发展的作用； 另外玄武岩纤维在混凝土中 有 良好的分散性， 纤维和混凝土的黏合异常优越 ， 使纤维混凝 土具有更好的增强增韧效果和限制纤维拔出的能力， 从而有效 地增强了混凝土的韧性和抗冲击性能。 试验结果表明嘲， 当玄武 岩纤维的体积掺量为 0 1 时， 玄武岩纤维混凝土抗弯冲击的初 裂冲击次数比素混凝土提高了 4 4 ， 而抗弯冲击的破坏冲击次 数比素混凝土提高了4 0 ， 说明玄武岩纤维在合理掺量下可显 著改善混凝土的抗弯冲击性能。 1 2 短切玄武岩纤维增强混凝土的耐久性能 有关玄武岩纤维混凝土的耐久性能国内外研究相对较少。 有研究表明， 玄武岩纤维对混凝土的耐磨、 抗冻 、 耐腐蚀等耐久 性能有较大的提高。 玄武岩纤维对混凝土耐磨性能的主要贡献是其阻裂效应 ， 由此引起了混凝土孑 L 结构的改善， 使无害孔增多， 有害孔减少 ， 增加混凝土的致密性能， 降低了孑 L 隙率 ； 同时在磨损的过程中， 玄武岩纤维又限制了外力对混凝土基体的磨损。试验表明， 掺 玄武岩纤维 2 8 d的混凝土抗冲磨强度提高了4 4 7 ,- -4 7 5 。 影响混凝土抗冻性最主要的因素是其密实性和孔结构特 征。 在混凝土中掺人玄武岩纤维， 一方面抑制了裂缝的引发， 又 能限制因冰冻产生的膨胀， 有效地提高了混凝土的抗冻性能。 试验结果表明f ， 玄武岩纤维混凝土的相对动弹性模量在冻融 1 0 0 次时下降到 7 1 5 5 ， 而普通混凝土的相对动弹性模量下降 到了 4 8 5 8 ， 说明抗冻性能明显优于普通混凝土。 混凝土对有害离子的渗透扩散和阻碍能力主要取决于混 凝土的孔隙率和孔径分布情况。 玄武岩纤维在混凝土中呈三维 乱向分布彼此黏连， 起到了“ 承托” 骨料的作用 ， 有效地抑制了 混凝土硬化前连通裂缝的产生 ， 避免了连通毛细孔的形成， 改善 了水泥石的结构， 提高了混凝土的抗渗能力， 从而有效地提高 了混凝土的耐腐蚀能力。 此外 ， 玄武岩纤维本身具有耐温性佳 、 抗氧化、 抗辐射、 耐腐蚀 、 适应于各种环境下使用等优异性能 ， 对耐久性能的提高有很大的空间。 试验结果表明_ 】o l ， 加人玄武岩 纤维后混凝土 6 h 通过的总电通量降低了4 4 2 C ， 氯离子的渗透 性能由低变为极低。 2 连续玄武岩纤维补强加 固混凝土结构 纤维增强复合材料( F R P ) 在土木工程中的应用越来越广泛， 与原有的加固方法比较， 连续玄武岩纤维加固技术具有明显的 技术优势， 如高强高效、 耐腐蚀性能稳定 、 耐久性能好、 不增加 构件的自重及体积、 便于施工等。 目前在工程中用的比较多的是 碳纤维( C F R P ) 、 玻璃纤维( G F R P ) 和芳纶纤维( A F R P ) 。 C F R P 由于具有高抗拉强度和弹性模量 、 质量轻， 抗腐蚀能力强等优 点被广泛用于各种结构的加固， 但其价格较贵且原材料受国外 市场波动影响较大。 GF R P和 A F R P价格相对便宜， 但抗拉强度 和弹性模量较低 ， 特别是耐久性能不够理想 ， 一定程度上约束 了其应用。 玄武岩纤维增强复合材料( 简称 C B F R P) 是连续玄武 岩纤维和树脂基体复合而成新的增强复合材料。 与其他 F R P材 料相比较 ， 玄武岩纤维具有耐高温、 耐烧蚀 、 耐酸碱性能强、 耐 化学性能良好和热稳定性优越等优点 ， 特别是价格较低 ， 因此 其在土木工程加固领域的应用前景十分广阔。 2 1 CBF RP加 固 梁 ( 1 ) 梁的受弯加固。 近年来， 黏贴 F R P对钢筋混凝土梁进行 受弯加固已成为普遍采用的加固方法， 其基本操作是在梁底黏 贴 F R P板 ， 此外还有附加端部锚固和对 F R P板施加预应力。 由 于加载历程、 加固材料参数等种种因素， 黏贴 F R P板加固的梁 有多种破坏模式 ， 总体上可分为两类： 弯曲破坏和黏结破坏。 因 为 F R P 材料没有屈服点 ， 这两种破坏模式均为脆性破坏， 但弯 曲破坏和中部裂缝引起的剥离破坏具有一定的延性 ， 当发生剥 离破坏时， F R P的极限抗拉强度不能得到充分利用。 试验结果表明_ l 1 J 连续玄武岩纤维加固混凝土梁在试验中 黏贴一层和二层的极 限荷载相对于其对 比梁分别提高 了 2 0 8 、 4 6 9 ， 加固后梁的挠度增长缓慢， 比未加固梁的挠度小， 这种差异随着荷载的增大而增加； 开裂后连续玄武岩纤维布对 裂缝的开展有较大的抑制作用， 加固后梁的裂缝发展较为缓慢 ， 裂缝间距变小， 数量增多， 宽度变小。 此外 ， 加固梁的承载力随 加固层数增多而增大 ， 但不呈线性增长 ， 即存在一个使构件到 最大承载力的极限层数 ， 超过该层数后 ， 构件的极限承载力不 会再提高 。 ( 2 ) 梁的受剪加固。 近年来黏贴 F R P片材进行梁的受剪加 固的方法引起了广泛的关注， 除了F R P材料良好的耐腐蚀性能、 高比强度等优点外 ， 在受剪加固中， F R P对于不同截面形状及角 部的广泛适应性也是一个突出的优势。 在梁的受剪加固中， F R P 的黏贴方式有多种 ， 包括仅在梁两侧面黏贴 F R P 、 于梁侧和受 拉面 u形黏贴 F R P以及沿整个梁截面封闭缠绕 F R P ， 既可以采 用 F R P条带间隔黏贴 ， 也可以采用纤维布连续满贴。 黏贴 F R P 受剪加固梁在试验中呈现出的破坏模式包括 F R P拉断的剪切 破坏 、 F R P未拉断的剪切破坏、 F R P剥离引起 的剪切破坏和局 部破坏 。 试验结果表明， 采用梁侧外部黏贴玄武岩纤维布的加固 方法对钢筋混凝土梁斜截面进行加固， 延缓了斜裂缝的出现， 约束了斜裂缝的发展， 从而提高了梁的抗剪承载力、 刚度以及 变形能力。 2 2 CBF RP加 固柱 近年来， 采用 F R P材料加固钢筋混凝土柱成为代替外包钢 的一种新型加固方法， 已得到广泛应用。 根据 F R P材料的成型工 47 艺 ， F R P加固偏压柱和轴压柱的加固方法可分为 3种： 湿黏法、 连续纤维缠绕法和预制壳法。 3种方法都是提高混凝土外在的 约束， 从而提高混凝土的轴向抗压强度和极限应变。 F R P约束混 凝土的破坏模式为环向F R P拉断【 l 5 】 。 试验结果表明， 连续玄武岩纤维丝束缠绕加固能够显著提 高混凝土柱的抗剪承载力， 改变试件的破坏形态， 在相近侧向约 束刚度下， 连续玄武岩纤维加固对柱承载力的提高及延性、 耗能 等结构性能的改善都能够达到、 甚至超过 C F R P加固柱 1 6 q 。 3 玄武岩 F RP筋1 81 长期以来， 在钢筋混凝土结构中一直存在钢筋锈蚀引起的 结构耐久性问题， 特别是在一些侵蚀生 环境下的钢筋混凝土结构， 由于混凝土的碳化和氯离子的侵蚀， 使混凝土逐渐中性化， 钢筋 钝化膜受到破坏后， 钢筋开始被腐蚀 ， 最终可能导致结构失效。 钢筋锈蚀严重地影响结构功能的正常发挥 ， 并大大地降低结构 的使用寿命。 解决钢筋锈蚀所引起的混凝土结构耐久性问题的 一 个有效方法是利用纤维增强塑料( F i b e r R e i n f o r c e d P l a s t i c s ) 筋来代替钢筋和预应力钢筋。 迄今为止 ， 国外已进行了较多的 F R P加筋混凝土的试验研究和工程应用 ， 我国在这方面的研究 起步是较早的， 几乎与国外同步， 但初期发展较慢， 近几年发展 迅速， 目前已进行了不少的试验研究。 纤维增强塑料( F i b e r R e i n f o r c e d P l a s t i c s ) 筋是以纤维为增 强材料 ， 以合成树脂为基体材料， 并掺入适量辅助剂经拉挤成 型技术和必要的表面处理形成的一种新型复合材料 ， 具有比强 度高、 耐腐蚀性能好 、 可设计性强 、 抗疲劳性能好 、 耐电磁等独 特优点。 在纤维增强塑料筋中， 目前常用的纤维有玻璃( G l a s s ) 纤 维 、 聚芳基酞胺( Ar a mi d ) 纤维和碳( C a r b o n ) 纤维。 抗剪强度低 是 F R P筋材料的一个缺点， 而与 C F R P筋和 G F R P筋相比， A F R P 筋的横向抗剪强度较高， 但 A F R P筋在紫外线强烈的环境中力 学性能会降低， 所以若将 A F R P筋用于体外预应力结构 ， 须对 其增加适当的保护措施。 而玄武岩纤维由于其独特的性能 ， 如 耐高温和低温热稳定性、 高的耐酸碱性和化学稳定性、 耐紫外 线光照、 抗老化性能良好、 性价比高等优点， 可将其制成玄武岩 F R P筋用于混凝土结构或预应力混凝土结构。 试验研究表明 ， 虽然玄武岩 F R P筋材没有屈服点 ， 但混 凝土梁在破坏时仍表现出较好的“ 廷陛” 。 玄武岩F R P筋材由于弹 性模量较低， 只有钢筋的 1 3左右， 所以在构件受载后期， 当玄武 岩 F R P筋材发挥主要作用时， 其应变相对会很大， 导致构件的 截面转角很大， 使构件在破坏前有明显的变形 ， 给人们以明显 的预兆， 类似于“ 适筋” 破坏， 构件有较好的延性。 试验结果还表 明f l 8】 ， 将玄武岩 F R P筋材通过“ 嵌入法” 加固混凝土梁是一种有 效的加固方法， 加固梁比未加固梁的承载力提高约 4 0 7 0 ， 构件加固后刚度明显增加， 加固后构件抗裂性能得到明显改善， 玄 武岩 F R P筋延缓和抑制了裂缝的开展， 裂缝较细且比较分散。 4 玄武岩纤维增强混凝土的应用 9】 由于玄武岩纤维的高性价比， 玄武岩纤维混凝土的应用越 来越广泛 ， 在实际工程应用中， 根据不同的工程设计要求 ， 选用 不同种类、 性能的玄武岩纤维， 以满足工程需要。 ( 1 ) 路面工程。 俄罗斯 、 美国、 加拿大在冷冻地带的高速公 路、 机场跑道 、 桥梁隧道等采用玄武岩纤维土工布、 网布 、 短切 玄武岩纤维混凝土建造路面， 使用寿命长， 减少了路面的维修 48 费用。 玄武岩纤维被用来提高这些面板结构的抗裂性、弯拉强 度、 弯曲韧性 、 耐冲击、 耐疲劳性能等。 ( 2 ) 工业建筑工程。 俄罗斯使用玄武岩纤维抗辐射 ， 抗紫外 线， 特别是核能发电厂的第二回路中的建设和维修， 补强 ， 加固 方面应用很广泛。 此外 ， 在热电厂的烟囱、 冷凝塔中掺入玄武岩 短切纤维， 作为增强材料使用后在耐蒸汽的冲击强度方面效果 非常显著。 ( 3 ) 特种混凝土工程。 与其他纤维相比， 玄武岩纤维的弹性 模量 、 拉伸强度 、 分散性及与砂浆和混凝土的亲和力都有明显 的优点， 短切玄武岩纤维增强水泥、 混凝土， 用于水电站特种混 凝土的防渗抗裂、 增强增韧等， 可使混凝土向高性能化方向发展。 5 结束语 玄武岩纤维是一种新型材料， 将其应用于混凝土中的研究 还处于起步阶段， 遇到的问题也比较多。 由于玄武岩纤维混凝 土是一种复合材料， 其成分复杂， 影响因素多， 结构千变万化， 因此还需要对其进行深入的研究和探讨。 总结 目前的研究情 况， 今后我国对玄武岩纤维在混凝土中的应用研究可集中在以 下 3个方面： ( 1 ) 由于玄武岩纤维具有耐温性佳 、 抗氧化、 抗辐射 、 耐腐 蚀、 适应于各种环境下使用等优异性能 ， 所以对其耐久性进行 研究是非常有意义的。 ( 2 ) B F R P加固的钢筋混凝土结构目前国内外的研究主要 集中在加固后钢筋混凝土结构的短期性能研究上， 对于长期性 能的研究开展的较少， 对于这方面的研究有十分重要的。 ( 3 ) B F R P加固的钢筋混凝土构件在实际工程中， 尤其是桥 梁结构中经常承受往复循环荷载的作用， 对 B F R P加固的钢筋 混凝土构件在疲劳荷载作用下的性能研究有重要的现实意义。 玄武岩纤维为土木工程领域提供了一种经济有效的新材 料， 尤其与传统的钢筋混凝土结构相结合更能发挥其突出的优 点。 随着我国经济建设的飞速发展， 玄武岩纤维在我国土木工程 领域将有更美好广阔的前景。 参考文献 ： 1 】胡显奇 我国连续玄岩纤维的进展及发展建议 J 】 高科技纤维与应 用， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 2 1 8 2 】 石钱华 国外 2 7 31 J 】 玻璃纤维， 2 0 0 3 ( 4 ) 3 3 崔毅华玄武岩连续纤维的基本特性【 J J 纺织学报， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 5 ) ： 1 2 0 1 21 f 4 DI AS D P， T HA UMA T UR G O C F r a c t u r e t o u g h n e s s o f g e o p o l y me fi c c o n - c r e t e s r e i n f o r c e d w i t h b a s a l t fi b e r s J C e me n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 5， 2 7： 4 9 -5 4 5 Z I E L I N S K I K， O I S Z E WS K I P T h e i m p a c t o f b a s a l t i c fi b r e o n s e l e c t e d p h y s i c a l a n d me c h a n i c al p rop e r t i e s o f c e m e n t mo r t a r J C o n c r e t e P r e - c ast i n g P l ant a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 5 ， 7 1 ( 3 ) ： 2 8 - 3 3 6 】沈刘军， 许金余， 李为民 玄武岩纤维增强混凝土静、 动力性能试验 研究 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 6 6 6 9 7 李为民， 许金余 ， 沈刘军玄武岩纤维混凝土的动态力学性能 J 】 _ 复合 材料学报 ， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 2 ) ： 1 3 5 1 4 2 8 贺东青， 户哲安 短切玄武岩纤维混凝土的力学性能试验研究 河 南大学学报， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 3 ) ： 3 2 0 3 2 2 9 邓宗才， 薛会青 玄武岩纤维混凝土的抗弯冲击性能 J 】 _建筑科学与 工程学报， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 1 ) ： 8 0 8 3 1 0 】 朱华君 玄武岩纤维混凝土耐久性能试验研究 J 】 武汉： 武汉理工大， 2 0 0 9 1 1 1 陈尚建， 黄聪， 侯发亮 C B F加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究f J 工业建筑， 2 0 0 6 ( 增刊) ： 1 2 4 1 2 6 1 2 蔺建廷 B F R P加固钢筋混凝土梁抗弯性能的试验研究【 D 大连 ： 大 连理工大学， 2 0 0 9 1 3 1 谭壮， 叶列平 F R P 布加固混凝土梁受剪性能的试验研究lJ J 土木工 程学报， 2 0 0 3 ， 3 6 ( 1 1 ) ： 1 2 1 8 1 4 1 李志强 ， 麻建锁， 白润山， 等 玄武岩纤维布提高钢筋混凝土梁受剪 承载力试验研究 河北建筑工程学院学报， 2 0 0 8 ， 2 6 ( 3 ) ； 7 - 8 1 5 1 魏洋 F R P约束混凝土矩形柱力学特性及其抗震性能研究 D 1 南京 ： 东南大学， 2 0 0 7 1 6 1 吴刚， 魏洋 ， 吴智深， 等 玄武岩纤维与碳纤维加固混凝土矩形柱抗 震性能比较研究 J 1 _ 工业建筑， 2 0 0 7 ， 7 ( 6 ) ： 4 2 4 6 上 接第 3 8页 盯 = ( 九 - y ) ( 。 ) 2 + n f A h r y o ) y ( 5 ) ( 6 ) n A s+ n fA f ) Z + 2 b (巫 n h 4 + n fh亟 fA f ) - ( n A s+ n fA f )( 7 ) b 式 中 ： 混凝土开裂惯性 矩 ； 混凝土开裂后截面中和轴到底边的距离。 3 4 极 限承载力计算 根据平截面假定 ，在梁发生破坏时， F R P筋的有效应变可 以表示为： s f = h- x 血 S f = I ， ( 8 ) 此时由于梁的塑性发展 ， 顶部受压钢筋也已经屈服 ， C F R P 筋的有效应变可以通过截面荷载平衡得到， 即： 4 6 A ( 9 ) 将式( 9 ) 代入： 1 7 】 吴刚 ， 顾冬生， 吴智深， 等 玄武岩纤维与碳纤维加固混凝土圆形柱 抗震性能比较研究 J 1 工业建筑， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 6 ) ： 1 9 2 3 1 8 】 宋洋 玄武岩 F R P 筋混凝土梁受弯性能试验研究 D J _ 阜新 ： 辽宁工程 技术大学， 2 0 0 7 1 9 瑚 显奇， 董国义， 焉宏玄武岩纤维在建筑和基础设施中的应用I J J 工 业建筑， 2 0 0 4 ( 增T IJ ) ： 2 1 2 6 作者简介： 齐建林( 1 9 8 3 一 ) ， 男， 硕士研究生， 主要研究方向： 新材料、 新技术、 新结构体系在土木工程中的应用研究。 联系地址： 厂州市大学城外环西路 1 0 0 号 广东工业大学土木与交通 工程学院( 5 1 0 0 0 6 ) 联系电话 ： 1 5 9 1 3 1 8 0 0 5 9 二 s 6 A ( 1 0 ) 整理得 ： 6 A 4 r A ) x - h E f A f = 0 ( I 1 ) 由此可以求得受压区高度 。 通过式( 1 1 ) 求得 C F R P筋的 有效应变， 从而确定 C F R P筋的作用大小。 抗弯承载力计算公 式为 ： M u cfE fA h 半 ( 半 )( 1 2 ， 式中： c F R lP筋的有效应变 ； m F R P筋的极限应变； 混凝土的极限压应变， 取 O 0 0 3 3 ； a 受压钢筋中心距混凝土边缘距离； 受压钢筋面积 ； 钢筋屈服抗压强度。 各梁计算结果与试验结果 比较见表 3 。 表 3 各梁计算结果与试 验结果 比较 4结 论 通过表层嵌贴碳纤维筋黏结性能和加 固钢筋混凝土梁受 弯试验研究 ， 得到以下结论 ： ( 1 ) 初步试验结果表明， 通过表层嵌贴加固加固混凝土构 件是一种有效的加固方法， 加固构件对比未加固构件承载力有 了大致 3 4 倍的提高7 】 。 同时梁侧嵌入也取得了较好的效果， 在 梁底没有条件嵌入时可以作为梁底嵌入的合理补充形式。 ( 2 ) 构件加固后刚度明显增加， 跨中挠度有所减小。 ( 3 ) 加固后梁的开裂荷载有所增大， 构件抗裂性能得到明显 改善。 F R P筋延缓和抑制了裂缝的开展， 裂缝较细， 而且比较分散。 ( 4 ) 提出了 C F R P筋 内嵌加固混凝土梁中混凝土开裂 、 非 预应力钢筋屈服、 混凝土压坏的受弯承载力计算方法， 并根据 受压区高度进行了破坏模式判别。 参考文献： 【 1 】D E L O R E N Z I S L A n c h o r a g e l e n g t h o f n e a r s u r f a c e m o u n t e d fi b e r r e i n f o r c e d p o l y me r r o d s f o r c o n c r e t e s t r e n gt h e n i n g a n a l y t i c a l mo d e l i n g J AC I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 2 0 0 4 ， 1 0 1 ( 3 ) ： 3 7 5 3 8 6 2 H A S S AN T， RI Z K A L L A S I n v e s t i g a t i o n o f b o n d i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s s t r e n gth e n e d wi t h B e n 3 s n r f a c e mo u n t e d c a r b o n fib e r r e i n f o r c e d p o l y me t s t r i p s 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 ， A S C E， 2 0 0 3 ， 7 ( 3 ) ： 2 4 8 2 5 7 【 3 D E L O RE N Z I S L ， N A NN I A C h a r a c t e r i s t i c s o f F R P r o d s a s N S M r e i n f o r c e me n t J J o u r n a l o f C o mp o s i t e s f o r C o n s t ruc t i o n ， A S C E， 2 0 0 1 ， 5 ( 2 ) ： 1 1 4 -1 21 李荣， 滕锦光， 岳清瑞 F R P 材料加固混凝土结构应用的新领域一 嵌 入式( N S M ) J3 0 固法【 J 】 工业建筑， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 4 ) ： 5 - 1 0 5 杨勇， 谢标云 ， 聂建国， 等 表层嵌贴碳纤维筋加固钢筋混凝土梁受 力性能试验研究 J 工程力学， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 3 ) ： 1 0 6 1 1 2 6 】 梁金福， 燕柳斌 ， 赵君君 碳纤维板条嵌入式加固钢筋混凝土梁试验 研究 J j 昆 凝土， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 1 7 2 3 7 】 丁亚红， 曾宪桃 ， 王兴国 内嵌 C F R P板条加固混凝土梁试验研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 7 ) ： 8 9 9 1 作者简介： 邓宇( 1 9 7 8 ) ， 男， 博士生。 联系地址： 广西工学院士木建筑工程系( 5 4 5 0 0 6 ) 联 系电话 ： 1 3 7 0 7 8 0 9 3 3 8 4 9