粘钢加固混凝土的抗剪强度试验研究.pdf

低温建筑技术 2 0 1 3 年第 3 期( 总第 1 7 7 期) 粘钢加 固混凝土的抗剪强度试验研究 丁佳驹 ， 周乾 ( 1 苏州科技学院土木工程学院， 江苏苏州2 1 5 0 0 0； 2 盐城工学院土木工程学院 江苏盐城2 2 4 0 5 1 ) 【 摘要】 在采用不同界面剂和有无螺栓锚固的处理下 ， 研究了钢板和混凝土试块界面粘结抗剪强度。试 验包括 1 2组互为对比的粘钢混凝土试块， 分析了不同界面剂、 有无螺栓锚固和龄期三种因素对粘结界面抗剪强度 的影响。试验结果表明： 界面剂的种类对界面粘结抗剪强度影响较大； 螺栓锚固对采用不同的界面剂抗剪强度的 提高效果不一； 随着龄期的增长， 有利于提高磷酸钾镁水泥试件组的界面粘结抗剪强度， 但对另外两种界面剂试 件组的抗剪强度影响不大。 【 关键词 l 粘钢； 混凝土； 加固； 抗剪强度 【 中图分类号】 T U 3 7 5 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) O 3 0 0 3 6 一 o 4 EXP ERD， I E NT AL S I |UDY oF S HEAR S TRENGT H F oR BoND G S T EEL RE姗oRCED CoNC RET E D I N G J i a - j u ， Z H O U Q i a n ( 1 S u z h o u U n i v o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C i v i l E n g i C o l l e g e ， J i a n g s u S u z h o u 2 1 5 0 0 0， C h i n a ； 2 Y a n c h e n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o gy C i v i l E n g i C o l l e g e ， J i a n g s u Y a n c h e n g 2 2 4 0 5 1 ，C h i n a ) Ab s t r ac t ： Ba s e d o n t h e d i ffe r e n t i n t e rfa c e a g e n t a n d wh e t h e r the s p l i t b o l t s a nc h o r i n g ，t h e p a p e r s t u d y t h e a d h e s i v e s h e a fi n g s t r e n g t h b e t w e e n s t e e l a n d c o n c r e t e b l o c k s T h e e x p e ri me n t c o n s i s t s 1 2 g r o u p s o f mu t u a l l y c o n t r a s t i n g s t i c k s t e e l c o n c r e t e b l o c k s ， a n a l y s i s t h e i n fl u e n c e o f the a d h e s i v e s h e a fi n g s tr e n g t h f o r thr e e f a c t o r s o f d i f f e r e n t i n t e rf a c e a g e n t ，w h e the r t h e s p l i t b o l t a n c h o r a g e a n d a g e s Th e e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w tha t t h e t y p e o f i n t e rfa c e a g e n t i s a g r e a t e r i mp a c t o f t h e a d h e s i v e s h e a r i n g s t r e n g t h ； s pl i t b o l t s a n c ho ring t h a t t he e n h a nc i n g e ffe c t o f s he a r s t r e n g t h i s d i f f e r e n t t o a d o p t di f f e r e nt i n t e r f a c e a g e n t； w i th the g r o wt h o f the a g e ，i t h e l p i mp r o v e the i n t e rf a c i a l b o n d s h e a r s e n g t h o f p o t a s s i u m ma g n e s i u m p h o s p h a t e c e me n t s p e c i me n s ， b u t i t h a s l i t tl e e ff e c t o n t h e s h e a r s tr e n g t h o f the o the r t w o i n t e r r a c e ag e n t s p e c i me n g r o u p Ke y wo r d s： s t i c k s t e e l ；c o n c r e t e ；r e i n f o r c e me n t ；s he a r i n g s t r e n g t h 在粘钢加固中， 钢板与混凝土构件粘结性能是影响粘 钢加固效果的关键。尽管混凝土构件表面粘钢加固技术已 在很多加固工程中应用， 但真正对粘钢加固的粘结性能研 究较少。为使粘钢加固技术更加成熟， 本研究尝试采用不 同粘结剂和增加紧固抗剪螺栓， 进行粘钢加固的抗剪性能 研究， 通过观察加固构件的破坏特征， 分析钢板与混凝土构 件之间的粘结锚固性能， 探讨了粘钢加固构件的锚固破坏 机理 ， 为粘钢加固设计和施工人员提供参考。 1 试验概况 1 1 试件设计 本抗剪性能试验是在 1 5 0 m m立方体混凝土试件上进 行。共制作 1 3组( 每组3个)C 3 0标准混凝土试块， 其 中3 个用于立方体抗压强度试验， 其余 3 6个试块的用于不同粘 结材料和粘结方式的抗剪试验( 其中 l 8个立方体试块需在 一 平行面开直径 l O m m的贯穿孔， 用于螺杆锚固) 。用于加 固的钢板均为 1 5 0 ra m X 1 5 0 ra m 4 mm， 计 7 2块， 其中在 3 6 块钢板的中心钻直径 1 0 ra m圆孔 ， 螺栓杆尺寸 L d= 2 0 0 ra m x 8 ra m， 均采用 Q 2 3 5碳素结构钢。经试验， 立方体试块平 均抗压强度为 3 2 4 MP a 。 1 2 界面剂的选用和试件制作 1 2 1 界面剂的选用 工程中使用得比较多的界面剂有聚合物水泥型和聚合 物乳液型， 为了更好的检验该两种类型的界面剂在抗剪试 验中的对 比效果， 本试验中选用三种界面剂 ， 即磷酸钾镁水 泥( MK P C) ， 环氧树脂胶和 6 2 0 2建筑结构胶。磷酸钾镁水 泥是一种早强快硬的无机化合物水泥型粘结剂。环氧树脂 胶的 A胶( 主剂) 和 B胶( 固化剂) 双组份按质量 2 ： 1搭配 使用。6 2 0 2建筑结构胶由苏州混凝土水泥制品研究院研制 生产的， 是一种常温固化的双组份环氧型粘合剂 ， 按质量比 甲： 乙 =1 0 ： 3配制。 3 8 低温建筑技术 2 0 1 3年第 3 期( 总第 1 7 7 期) 从表2和图6中可以看出， 试件的粘结抗剪强度均随界 面剂的种类呈递增趋势。在 3 d龄期和无螺栓锚 固的情况 下， 环氧树脂胶试件组 的抗剪强度是磷酸钾镁水泥试件组 的4 7倍 ， 建筑结构胶试件组的抗剪强度比环氧树脂胶试件 组提高了4 1 2 。从界面破坏形态也能看出， 3 d龄期的磷 酸钾镁水泥试件组剥离破坏后 的钢板上几乎不附粘界面 剂， 由于钢板表面的粗糙程度较小， 产生的机械咬合力和摩 擦阻力小， 钢板与界面剂的粘结面就成了最薄弱面 ， 可以推 断抗剪强度主要由化学粘结力承担， 而摩擦阻力和机械咬 合力并没有发挥作用 ； 采用环氧树脂胶和建筑结构胶的试 件组， 从其脱离的钢板上均粘附了不少界面剂和水泥砂浆， 磷酸镁钾 凤凰版环氧树 6 2 0 2 建筑 水泥 脂胶界面剂 结构胶 ( a ) 3 d抗剪强度 ： 豢 藿 说明3种粘结力均发挥了作用 ， 相比之下 ， 选用建筑结构胶 作界面剂的试件组三种粘结力发挥了更好的作用。 图 6中还可以看出， 对于有螺栓锚固的试件， 其抗剪强 度均要高于没有螺栓锚固的， 最明显的是3 d和7 d龄期的磷 酸钾镁水泥试件组有螺栓比没有螺栓的抗剪强度分别提高 了2 8倍和2倍， 表明螺栓杆起到重要的抗剪作用。螺栓的 锚固对环氧树脂胶试件组和建筑结构胶试件组的抗剪强度 的作用不明显， 在加载过程中， 粘结界面开裂后不久， 螺栓 杆端头即被剪断， 可以看出， 其粘结力主要是由界面剂发挥 作用的， 当界面剂的粘结力退出工作后 ， 施加的剪力已经达 到螺栓杆的抗剪极限承载力， 所以破坏时是突然发生的。 日 、 越 骥 图 6 3 d和 7 d的抗剪强度 图7显示出龄期对不同界面剂的抗剪强度的影响， 龄期 对于磷酸钾镁水泥试件影响比较显著， 尤其是磷酸钾镁水 泥试件在无螺栓锚固情况下 ， 7 d的抗剪强度比 3 d提高了 4 1 5 ， 7 d龄期的磷酸钾镁水泥试件的破坏面是钢板与界 面剂的粘结破坏， 剥离的钢板上粘附着不少磷酸钾镁水泥 ( 图3 ) ， 表明摩擦阻力和机械咬合力发挥了一定的作用。龄 期对另外两种界面剂的抗剪强度的提高并不明显。环氧树 脂胶和6 2 0 2建筑结构胶都属于环氧型粘结剂， 它们有个共 同的优点就是涂胶 2 4 h后即可使用， 3 d的龄期对其粘结强 度有足够的保证， 之后随着龄期的增加粘结强度不会有多 大的增长。 日 5 塞 4 积2 爨 龄期， d 一磷酸钾镁水泥【 无螺栓) 一 磷酸钾镁水泥( 有螺栓l 一 凤凰牌环氧树脂胶( 无r篡栓卜 一风点牌环氧树脂胶( 有螺栓 一 6 2 0 2 建筑结构胶( 无螺栓) _ 6 2 o 2 i t 构胶( 有螺栓) 图7 龄期对抗剪强度的影响 磷酸钾镁水泥具有早强快硬、 体积变形小、 耐磨抗冻等 优点 J ， 可用于混凝土结构的修补【 6 以及复合材料的基 体材料 。随着龄期增长， 磷酸钾镁水泥硬化体中水化产 物生成量会逐渐增多， 水化产物晶体的堆积会越来越密实， 使硬化体有较完善的孔结构。一般磷酸钾镁水泥作为界面 剂粘结混凝土结构 比较理想， 其物理结构与混凝土中的细 骨料相近， 具有一定相似的力学性能， 能较好的填补混凝土 表面的孔隙， 与水泥的水化产物氢氧化钙反应 ， 生成水化硅 磷酸镁钾 凤凰版环氧树6 2 0 2 建筑 水泥 脂胶界面剂 结构胶 ( b ) 7 d抗剪强度 ： 豢 簦 酸钙， 增加了界面剂与混凝土基层材料的机械咬合力和摩 擦阻力， 但是它与钢板的粘结效果却达不到该效果， 钢板与 混凝土的材料性质有较大区别， 钢板质地密实表面光滑无 多孔现象， 从而摩擦阻力和机械咬合力发挥甚微。 3结语 ( 1 ) 环氧树脂胶和6 2 0 2建筑结构胶更有利于加固混 凝土构件粘结界面抗剪强度较高， 是 目前使用最为广泛 的 原因所在。在这两种界面剂中， 虽然加螺栓对提高抗剪强 度作用不太明显， 但从试件破坏形态来说 ， 具有延缓构件破 坏作用， 所以， 在进行结构加固中， 在有条件时， 建议使用 螺栓 。 ( 2 ) 用磷酸钾镁水泥作为界面剂， 虽然在龄期较短 时， 强度较低， 但随着龄期的增加， 其抗剪强度增加比较明 显， 特别是加了螺栓以后 ， 其抗剪强度增加更为明显， 在一 些特殊环境下， 如潮湿的水环境或高温下， 聚合物乳液型界 面剂的耐久性将会显著下降， 此时磷酸钾镁水泥却可以胜 任， 湿度不但不会影降低其粘结性能， 反而能促进其充分水 化反应， 使得其耐久性能更好， 所以， 磷酸镁水泥在粘钢加 固中也有一定的适用价值。 ( 3 ) 螺栓锚固对加固混凝土构件的抗剪强度有一定 的提高， 但因不同界面剂而发挥的作用不同； 螺栓锚 固对聚 合物乳液型界面剂的作用未能得到充分发挥 ， 螺栓锚 固与 界面剂共同加固混凝土试件也有独特的好处， 它对加固层 施加了一定的压力。 使得界面剂与两种材料结合面粘结得 更加充分 ， 增强了摩擦阻力， 进而提高了抗剪强度， 推迟了 裂缝 的出现。 ( 4 ) 龄期对聚合物水泥型界面剂有着显著影响。随 着龄期的增长， 无螺栓锚固的磷酸钾镁水泥试件的抗剪强 度随之提高了4 1 5 ， 同样条件下， 采用6 2 0 2建筑结构胶的 芝 髓辑 张峰等 ： 一种新 型测 风塔 的稳性分析 3 9 一 种新型测风 塔 的稳性分析 张峰 ， 杜小聃 ( 1 天津大学建筑工程学院 。 天津3 0 0 0 7 2； 2 天津市耀华 中学 ， 天津3 0 0 0 4 0) 【 摘要1 分析了一种新型测风塔的完整稳性和破舱稳性 ， 该测风塔采用了一种新型基础， 具有可 自 浮拖 航、 重复使用等优点。文章通过 M O S E S软件计算了不同分舱时该测风塔的完整稳性及破舱稳性 ； 计算结果表明： 三舱分区时测风塔浮箱基础完整稳性较好， 但破舱稳性不能满足， 9舱分区时完整稳性和破舱稳性性能均较好， 建 议对浮箱进行 9舱分区。 【 关键词】 测风塔 ； 稳性； M O S E S 【 中图分类号】 T U 3 9 1 ； T U 4 7 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 3 9 0 2 1 工程概况 测风塔是一种高耸结构建筑物， 传统测风塔基础形式 多为桩基础或重力式基础 ， 鉴于传统测风塔基础 的海上施 工和安装费用较高并且回收利用 比较繁琐 ， 文 中以一种 新型基础的测风塔为对象进行研究 ， 如图 1 所示， 浮箱基础 边长 3 0 m， 呈三角形分布， 型深 2 m。测风塔总重 2 6 0 t ， 上部 为桁架式塔架 ， 塔架与浮箱基础通过加强构件进行连接， 浮 箱基础为测风塔拖航时提供浮力， 从而避免 了大型运输船 舶的使用 ， 只需采用小型拖船即可达到目的， 从而大大地降 低了运输成本。 ( a ) 现场测试图 ( h ) 饲视示意图 l 一 浮箱 ；2 - 阻滑板；3 - 负压系统 ；4 - 上部塔架 图1新型基础测风塔 2测风塔完整稳性分析 力 臂 横倾角 图2 稳性计算 依据规范 J ， 对 自存工况， 取 l O 0 k n o t 的风速作为测风 塔完整稳性的校核工况 ， 受风面积为水线面以上浮箱部分 及上部塔架。依据规范【 2 中对完整稳性的要求， 测风塔初 稳性高及面积比需要满足 G M 0 1 5， K1 4 ， 其中 K=( A +c ) ( B+c ) ， A、 B、 C表示图2中阴影部分的面积。海上 测风塔结构初稳性高 G i l l 的理论计算采用如下方法进行 3 】 。 P= i v ( 1 ) G M= p一( Z g Z b ) ( 2 ) 式中， P为稳性半径； V为结构 白重相对应的排水体积； 试 件抗剪强度 只提高 了 1 4 ， 影响甚微 。 参考文献 1 尚守平， 龙凌霄， 曾令宏 销钉在钢筋网复合砂浆加固混凝土 构件 中的性能研 究 J 建筑结构学报 ， 2 0 0 6， 3 6 ( 3 ) ： l 0一l 2 2 李鹏 晓 ， 杜亮波 ， 李东旭 新 型早强磷 酸镁水泥 的制备和性 能 研究 J 硅酸盐通报 ， 2 0 0 8， 2 7 ( 1 ) ： 2 O一 2 5 3 李东旭， 李鹏晓， 冯春花 磷酸镁水泥耐水性的研究 J 建筑 材料学报 ， 2 0 0 9， 1 2 ( 5 ) ： 5 0 5 5 1 0 4 姜洪义， 梁波， 张联盟 M P B超早强混凝土修补材料研究 J 建筑材料学报 。 2 0 0 1 ， 4 ( 2 ) ： 1 9 6 1 9 8 5 Y a n g Q， Z h a n g S ， wu X D e i c e r s c a l i n g r e s i s t a n c e o f p h o s p h a t e c e m e n t b a s e d b i n d e r f o r r a p i d r e p a i r o f c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 O 2 ， 3 2 ( 1 )： 1 6 51 6 8 6 Y a n gQ， Z h u B， Z h ang S ， e t a 1 P r o p e r ti e sand a p p l i c a t i o n s o f m a g - n esi a p h o s p h a t e c e m e n t m o r ta r f o r r a p i d r e p o f c o n c re t e J C e me n tandC o n c r e t eR e s e a r c h ， 2 O O O， 3 o ( 1 1 ) ： 1 8 0 7一I g l 3 7 丁铸 ， 李宗津 高早强磷硅酸盐水泥修复性能的研究 J 工业 建筑 ， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 9 ) ： 9 6 9 8 8 3 汪宏涛， 钱觉时， 等 粉煤灰对磷酸盐水泥基修补材料性能的 影 响 J 新型建筑材料 ， 2 0 0 5， ( 1 2 ) ： 4 1 4 3 9 汪宏涛 ， 曹巨辉 ， 薛明 ， 杨铁 军 新型超 快硬磷 酸盐水泥修 补材 料的研究 J 新型建筑材料， 2 0 0 9 ， ( 7 ) ： 4 9 5 1 收稿 日 期】 2 0 1 2一 l 2 一l l 作者简介】 丁佳驹( 1 9 8 8 一) ， 男， 江苏如皋人， 硕士研究生， 从事建筑结构加固改造 方面的研究 。