不同地质条件对输电铁塔塔基纤维增强聚合物筋混凝土粘结性能的影响.pdf

2 0 1 1 年 第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRET E AND CEMENT PRODUCTS 2 01 1 N0 9 S e p t e mbe r 不同地质条件对输电铁塔塔基纤维增强 聚合物筋混凝土粘结性能的影响 朱学佳 ， 曹志翔 ， 曹秀 丽 ( 1 河海大学土木工程与交通学院， 南京 2 1 0 0 9 8 ； 2 西藏农牧学院 ， 林芝 8 6 0 0 0 0 ) 摘 要 ： 通 过 试 验 ， 研 究 了 酸 环 境 、 碱 环 境 、 盐 环 境 和 湿 环 境 四 种 不 同地 质 条 件 对 纤 维 增 强 聚 合 物 筋 粘 结 强 度 的影 响。研 究结果表明 ， 酸性环境条件 下纤维增强聚合物 筋混凝土粘结 强度 有所降低 ， 而湿环境 、 碱 环境与盐环境 下纤维增 强聚合物筋混凝土粘结 强度有一 定程度 的提 高。输 电铁塔混凝土塔基破坏是输 电塔线体 系破坏的一种形 式， 局部采用纤 维增 强聚合物 筋代 替钢 筋有较好 的效果。 关键词 ： 纤维增强聚合物筋 ； 最大粘结强度 ； 介质环境 ； 强度保持 率 Ab s t r a c t ： T h r o u g h t h e t e s t s ，t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s s u c h a s a c i d ，a l k a l i ， s a l t a n d we t e n v i r o n me n t o n t h e b o n d s t r e n g t h o f fi b e r r e i n f o r c e d p o l y me r b a r s a r e s t u d i e d T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t t h e b o n d i n g s t r e n g t h o f fi b e r r e i n f o r c e d p o l y me r b a r s i s a h i t d e c r e a s e d u n d e r a c i d e n v i r o n me n t ， h o we v e r ， i t i s i n c r e a s e d u n d e r a l k a l i ， s a l t a n d w e t e n v i r o n me n t T h e d a ma g e o f c o n c r e t e t o w e r f o u n d a t i o n o f t r a n s mi s s i o n t o we r i s a k i n d o f d a ma g e s o f t r a n s mi s s i o n t o we r l i n e s y s t e m，wh i c h c a n b e i mp r o v e d b y l o c a l l y u s i n g fi b e r r e i n f o r c e d p o l y me r b a r s s u b s t i t u t i n g r ei n f o r e e me nt s Ke y wo r d s ：F i b e r r e i n f o r c e d p o l y me r b a r s ； Ma x i mu m b o n d i n g s t r e n g t h ；Me d i u m e n v i r o n me n t ； S t r e n g t h r e t e n t i o n 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 9 - 4 1 - 0 4 0前言 输 电铁塔的破坏常常会造成极大的经济损失 ， 覆 冰条件下输 电铁塔的典型破坏形式之一是输 电 铁塔塔基破坏 ， 其原因是塔基钢筋混凝土的耐久性 问题 ， 即在塔架结构动荷载作用下钢筋混凝土的粘 结性 能 失效 f1 J 。 在低碳 经济发展的要求下 ， 智能 电网必将成 为 下一代高效低耗电网的首选 ， 而智能 电网的安全性 是第一要求 。以纤维增强 聚合 物筋取 代传统的钢 筋 ， 可显著提高混凝 土的力学 性能和耐久性 能_2 卅。 本文试验研究 了酸 、 碱 、 盐及湿环境对纤维增强 聚 合物筋混凝土耐久性能的影响 ， 以探索 自然环境条 件下混凝土粘结性能的变化规律 ， 更好地指导纤维 增强聚合物筋混凝土基础 的设计与工程应用。 1试 验设 计 与 实施 1 1 原材 料 的选用 本试验混凝土设计强度为 C 3 0 ， 配合 比为水泥 ： 水 ： 砂 ： 石= 1 ： 0 4 5 ： 1 5 5 ： 2 7 5 。水泥采用 3 2 5级普通 硅酸盐水泥 ； 砂 为河砂 ； 石为普通碎石 ， 粒径 1 4 m m， 且级配合格 ； 纤 维增强聚合物筋为螺纹形状 ， 公称 基金 项 目： “ 2 1 1工程 ”三 期创新科研 团 队资助项 目 ( S Z T D 一 2l 1 0 3 ) 。 直径 1 0 mm，肋 距 1 0 m m，肋 高 1 2 m m。根 据 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 规 定 ，本 试 验 所 用 试 件 为 3个 1 5 0 ra m 1 5 0 mm 1 5 0 m m立方体试件 ， 试件 浇筑 、 捣实和养护条件等 相 同， 成型 4 5 d后测得 的立方体试件抗压强度平均 值 为 3 5 9 5 MP a 。按 照我 国规范 规 定 ， 当混 凝 土强 度 等级 小 于或 等 于 C 4 0时 ，可根 据 计算 确 定 ： ， = 2 0 3 8 MP a ， ： m = 2 4 2 MP a ， E = 3 1 x l 0 MP a 。 试件 所用 材 料 的力 学性 能 见表 1 。 表 1 混凝土及纤维增强聚合物筋力学性能 同批还浇注 了 3个纤维增强 聚合 物筋混凝土 试件 ， 试件养护 3 0 d后 进行拔 出试 验 ， 测量其 极限 粘结强度值作为非侵蚀条件下的基准强度试验测 得 3个纤维增强 聚合物筋混凝 土试件 的平均极 限 粘结强 度 丁 。( 纤维增 强聚合物筋混凝土 )=8 2 9 5 MPa 。 1 2 试件的制作 一 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 9期 混凝土与水泥制品 纤维增强聚合物筋? 昆 凝 土试件装配及试件模 型如图 l 所示 。其 中， d 1 为筋 与混凝土粘结部分长 度， d 2为筋与混凝土非粘结部分长度 ，在浇筑时用 塑 料 套 管 保 护 ， d 1 + d 2= 1 2 0 ra m，拔 出 端 长 度 为 3 0 0 m m，混凝 土块 用 直 径 为 7 5 ra m 的 P V C管 浇 注 ， 自由端用来 阉定位移计 试件模型及固定装置满足 本试验 要求 。 1 纤维增强聚合物筋混凝土试件装酉 亡 及试 模 1 3 不 同地 质环 境 的 没置 制作纤维增强聚合物筋混凝土拔 试件 ， 结合 输 电铁 塔塔 基 所 处地 质 条件 没 置 4种 不 同 的环 境 ， 即 ： 淡 水湿 环境 、 酸环 境 ( 稀 H： S O ： H C I = I ： 1 2 ， p H值 总第 1 8 5期 2 5 ) 、碱环境( N a O H， p H值 l 4 )和盐环境 ( N a C I ， 7 ) 。 将试件分别暴露 3 0 d 、 6 0 d币 9 0 d ， 同时 ， 为有效 防止溶液从 自由端和拔 j 端渗入筋 混凝十交接 面， 并防止 自由端筋在酸中浸泡时 与酸反应 ， 本试验对 所有 试件的 自由端进行 了密封处理 ， 并对在酸 f ， 浸 泡的纤维增 强聚合物筋试什 自由端的外露筋全部 进行 r密封 处理 。密 封处理 方法 是采 J 十 J 蜡把 自由端 外 露筋 和 自由端 交接部 密封 ， 在 塑 料桶 l J 按 预 定 的 浓度调配各种侵蚀性溶液， 以保证混凝土试块 伞部 浸 泡在溶 液 中 。 本 试验 所用 试件 的浸泡 效果 表 2 。 浸泡过程 中每 2 d检查浸泡溶液 p H值 的变化情况 并及时调整 ， 同时 ， 在浸泡过程 【 1 把 达到浸泡周期 的试件分批次取出 ， 取出后做拔出试验并记录其粘 结 强度 。 1 4 试验没备及加载方案 本试 验 采用 2 0 0 t 万能 试验 机 分级加 载 ， 并 控 制 加 载 速 率 ，利 用 位 移 计 采集 拔 时 的粘 结 相 刈 位 移 。万能 试验 机 的 油泵 J 安 装 了感 应 器 ， 感 应 器 与 位移计 接 入 T S 3 8 0 0啦变仪 ，利用计算机同步采集 力和对 应 的位 移 ， 本 试验 所 用 的主 要 仪器 设 备 见 2所示 表 2 不 介质环境 1 | 纤维增 强聚 合物筋混凝土浸泡 I 况及效果 网 2纤维增强聚合物筋混凝上1卡 占 结力试验加载设 备 一 4 2 2试验 结果及 分 析 粘 结 性 是 反 映 纤 维增 强 聚 合 物 筋 混 凝 土 耐 久 性 的重要指标 ， 也决定着塔基抗破坏的能力1 5 1 ， 通过 测定并计算最大粘结应 力和粘结强度保持率两项 指标 可准确反 映纤维增强聚合物筋混凝土 的粘结 特性。试件浸泡 3 0 d、 4 5 d、 6 0 d、 7 5 d和 9 0 d后 ， 分批 取 出做 拔 出试 验 ， 测量 其 极 限荷 载 及 卡 f J 对 粘 结 滑移 的位移值 ， 试验结果如图 3 1 0所示。 f 1 图 3可 知 ， 在 酸性 环境 条件 下 ， 纤 维 增 强 聚 合物筋混凝土最大粘结力随着时间的增加 而旱 现 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 朱学佳 ， 曹志翔 ， 曹秀丽不 同地质条件对输电铁塔塔基纤维增强聚合物筋混凝土粘结性能的影响 善 好 蜒 斗 日 蓦 好 耀 嘣 塞 蚂 羹 图 3 酸环境下试件最大粘结应力 1 5 3 0 45 6 0 7 5 9 0 1 0 5 时间 d 图 4碱环境下试件最大粘结应力 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 l O 5 时 间， d 图 5 盐环境下试件最 大粘结 应力 图 6湿 环 境 F试 件 最 大 粘 结 应 力 降低 的趋势 ， 7 5 d前最大粘结应力减小 比较快 ， 其数 值 降低约 0 8 MP a ， 7 5 d后最大 粘结力值趋 于稳 定 ， 体现混凝土养护期的特性变化规律 。 由图 4 、 图 5和 图 6可知 ， 在碱 环境 、 盐环境和 湿环境下 ， 纤维增强聚合 物筋混凝土最大粘结力随 着时间的增加呈现递增 的趋势。在 3 0 4 5 d范围内， 最大粘结力变化幅度 比较小 ， 而 4 5 d后最大粘结应 力继续呈现上升趋势 ， 且持续时间较长。 通过对 比可知不 同环境条件对混凝 土龄期复 杂的物理化 学反应 以及 与纤维增强 聚合 物筋的结 合作用产生的影响， 酸环境下最大粘结力的变化趋 势与 另外 三种环 境 相反 。 由图 7可 知 ， 在 酸性 环境 条件 下 ， 纤 维 增 强 聚 合物筋混凝土强度保持率整体呈下降趋势 ， 且下降 幅度较大 ， 浸泡三个月后约下降约 1 5 。由图 8可 知 ， 在碱性环境 中， 纤维增强聚合物筋混凝土强度 保持率整体呈上升趋势 ， 且起初 3 0 d内变化 比较缓 慢 ， 3 0 d后变化率增加 ， 9 0 d后其值 约增加 2 0 。由 图 9可知 ， 在盐性环境 中纤维增强聚合物筋混凝土 褂 靶 魁 憩 槲 北 也 鲢 鹱 斛 姑 赵 魑 图 7 酸环境下试件粘结强度保持率 图 8 碱环境下试件粘结强 度保持率 图 9 盐环境下试件粘结强度保持率 4 3 0 8 6 4 2 0 8 6 4 2 6 4 2 O 8 6 4 2 0 8 9 9 9 9 8 8 8 8 8 7 B d 昌 、 氆好颦 4 2 O 8 6 4 2 O 8 6 4 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