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碳纖維布加固鋼筋與混凝土的粘結(jié)
發(fā)布日期：2013-07-30 23:11:26 瀏覽量：1543
碳纖維布；鋼筋銹蝕；粘結(jié)強(qiáng)度 [本文轉(zhuǎn)自：lunwen.1kejian.com]
鋼筋與混凝土的粘結(jié)力是其能夠共同工作的關(guān)鍵點(diǎn)，但是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在其使用過程中混凝土中鋼筋容易發(fā)生銹蝕，鋼筋銹蝕使得鋼筋截面減小，降低了鋼筋的力學(xué)性能，鋼筋表面產(chǎn)生的銹蝕產(chǎn)物，其體積膨脹使得混凝土保護(hù)層產(chǎn)生順筋裂縫，從而降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能和壽命，從而各種各樣的加固修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來提高其承載力，例如加大截面加固法，預(yù)應(yīng)力加固法，粘鋼加固法和外包鋼加固等，但是這些技術(shù)存在施工技術(shù)要求較高，鋼材易銹蝕、勞動(dòng)強(qiáng)度大和對結(jié)構(gòu)形成損傷等缺點(diǎn)，加固效果有時(shí)難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是碳纖維布具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、易施工和耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固和修復(fù)中有著廣泛的應(yīng)用。
國內(nèi)外學(xué)者對碳纖維布加固銹蝕鋼筋混凝土梁的承載力進(jìn)行了初步的研究，研究結(jié)果表明：碳纖維布加固能夠顯著提高鋼筋混凝土梁的承載力。本文通過10個(gè)試件的鋼筋拔出試驗(yàn)研究了碳纖維布對鋼筋與混凝土粘結(jié)性能的影響，探討了鋼筋銹蝕率對碳纖維布加固效果的影響和破壞模式，為目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和評估和鑒定提供依據(jù)。
1.試驗(yàn)研究
1.1 試件設(shè)計(jì)[本文轉(zhuǎn)自：lunwen.1kejian.com]
按照混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)試件尺寸為100mm×100mm×100mm，鋼筋直徑為14mm，澆筑于長方體的中心位置，鋼筋設(shè)計(jì)粘結(jié)長度為50mm，鋼筋無粘結(jié)部分均用環(huán)氧樹脂涂層，在試件的一端位置，采取塑料套管包裹鋼筋，試件的具體尺寸如圖1所示，采用混凝土材料為42.5級普通硅酸鹽水泥、天然中砂和粒徑小于16mm的碎石，混凝土配合比為水泥:水:砂:石=1:0.42:1.58:2.18，并預(yù)留混凝土立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后，實(shí)測混凝土立方體平均抗壓強(qiáng)度為51.5MPa，碳纖維布厚度為0.167mm，抗拉強(qiáng)度為4532MPa，彈性模量2.5×105MPa，伸長率為1.7%。
圖1 試件尺寸(mm)
1.2 鋼筋銹蝕
采用電化學(xué)加速銹蝕的方法進(jìn)行鋼筋銹蝕，鋼筋的理論銹蝕率設(shè)定為0%，3%，6%，9%和15%，采用法拉第定律進(jìn)行計(jì)算，如式(1)所示，鋼筋在通電銹蝕前，將鋼筋混凝土試件放入5%的氯化鈉溶液中2天，使得氯化鈉溶液能夠滲透到鋼筋表面，鋼筋通電銹蝕過程中，每一組銹蝕率試件進(jìn)行串聯(lián)通電，保證相同鋼筋銹蝕率，試件加載完成后，將鋼筋從試件中取出，按照銹蝕前后鋼筋的質(zhì)量損失率計(jì)算鋼筋的實(shí)際銹蝕率。
(1)
式中，式中：為陽極金屬的質(zhì)量損失(g)；為鐵的摩爾質(zhì)量()；為銹蝕電流強(qiáng)度()；為銹蝕持續(xù)時(shí)間()；為陽極反應(yīng)電極化學(xué)價(jià)(鐵為)；為法拉第常數(shù)()。
1.3 碳纖維布加固和加載
當(dāng)鋼筋銹蝕率達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，將試件取出并進(jìn)行晾干，對每一組銹蝕率的其中一個(gè)試件進(jìn)行碳纖維布加固，所有碳纖維布加固試件養(yǎng)護(hù)完成后，在萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載測試。
2 試驗(yàn)結(jié)果和分析
2.1 碳纖維布對粘結(jié)力的影響
如表1所示，對于無碳纖維布加固的試件，當(dāng)鋼筋銹蝕率低于2.6%時(shí)，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力稍微提高，其原因是鋼筋的銹蝕填充了鋼筋與混凝土的縫隙，增加了混凝土的對鋼筋的摩擦力；而后，隨著鋼筋銹蝕的增加，粘結(jié)力急劇下降；在相近的鋼筋銹蝕率下，碳纖維布加固的試件，其粘結(jié)力顯著提高，主要因?yàn)樘祭w維布約束了混凝土裂縫的開展，對混凝土周圍產(chǎn)生擠壓力，提高了其粘結(jié)力。
2.2 碳纖維布對破壞狀態(tài)的影響
對于無碳纖維布加固的試件，試件發(fā)生混凝土劈裂破壞，主要原因是在鋼筋拔出過程中，變形肋對周圍混凝土產(chǎn)生斜向擠壓力，斜向擠壓力使得混凝土中產(chǎn)生環(huán)向拉力，當(dāng)拉力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土保護(hù)層產(chǎn)生劈裂裂縫，其粘結(jié)力同樣急劇降低。
對于碳纖維布加固的試件，試件發(fā)生鋼筋拔出破壞，主要原因碳纖維布在鋼筋拔出過程中，限制了混凝土的應(yīng)變，約束了鋼筋周圍混凝土裂縫的開展和延伸，因此，鋼筋從試件中拔出。
文章來源： 永年加固公司 本文鏈接: http://tuoluotouzi.com/a_20130730231143.html 任何關(guān)于加固工程的問題和建議，敬請咨詢：0591-87868646
鋼筋與混凝土的粘結(jié)力是其能夠共同工作的關(guān)鍵點(diǎn)，但是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在其使用過程中混凝土中鋼筋容易發(fā)生銹蝕，鋼筋銹蝕使得鋼筋截面減小，降低了鋼筋的力學(xué)性能，鋼筋表面產(chǎn)生的銹蝕產(chǎn)物，其體積膨脹使得混凝土保護(hù)層產(chǎn)生順筋裂縫，從而降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能和壽命，從而各種各樣的加固修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來提高其承載力，例如加大截面加固法，預(yù)應(yīng)力加固法，粘鋼加固法和外包鋼加固等，但是這些技術(shù)存在施工技術(shù)要求較高，鋼材易銹蝕、勞動(dòng)強(qiáng)度大和對結(jié)構(gòu)形成損傷等缺點(diǎn)，加固效果有時(shí)難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是碳纖維布具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、易施工和耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固和修復(fù)中有著廣泛的應(yīng)用。
國內(nèi)外學(xué)者對碳纖維布加固銹蝕鋼筋混凝土梁的承載力進(jìn)行了初步的研究，研究結(jié)果表明：碳纖維布加固能夠顯著提高鋼筋混凝土梁的承載力。本文通過10個(gè)試件的鋼筋拔出試驗(yàn)研究了碳纖維布對鋼筋與混凝土粘結(jié)性能的影響，探討了鋼筋銹蝕率對碳纖維布加固效果的影響和破壞模式，為目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和評估和鑒定提供依據(jù)。
1.試驗(yàn)研究
1.1 試件設(shè)計(jì)[本文轉(zhuǎn)自：lunwen.1kejian.com]
按照混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)試件尺寸為100mm×100mm×100mm，鋼筋直徑為14mm，澆筑于長方體的中心位置，鋼筋設(shè)計(jì)粘結(jié)長度為50mm，鋼筋無粘結(jié)部分均用環(huán)氧樹脂涂層，在試件的一端位置，采取塑料套管包裹鋼筋，試件的具體尺寸如圖1所示，采用混凝土材料為42.5級普通硅酸鹽水泥、天然中砂和粒徑小于16mm的碎石，混凝土配合比為水泥:水:砂:石=1:0.42:1.58:2.18，并預(yù)留混凝土立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后，實(shí)測混凝土立方體平均抗壓強(qiáng)度為51.5MPa，碳纖維布厚度為0.167mm，抗拉強(qiáng)度為4532MPa，彈性模量2.5×105MPa，伸長率為1.7%。
圖1 試件尺寸(mm)
1.2 鋼筋銹蝕
采用電化學(xué)加速銹蝕的方法進(jìn)行鋼筋銹蝕，鋼筋的理論銹蝕率設(shè)定為0%，3%，6%，9%和15%，采用法拉第定律進(jìn)行計(jì)算，如式(1)所示，鋼筋在通電銹蝕前，將鋼筋混凝土試件放入5%的氯化鈉溶液中2天，使得氯化鈉溶液能夠滲透到鋼筋表面，鋼筋通電銹蝕過程中，每一組銹蝕率試件進(jìn)行串聯(lián)通電，保證相同鋼筋銹蝕率，試件加載完成后，將鋼筋從試件中取出，按照銹蝕前后鋼筋的質(zhì)量損失率計(jì)算鋼筋的實(shí)際銹蝕率。
(1)
式中，式中：為陽極金屬的質(zhì)量損失(g)；為鐵的摩爾質(zhì)量()；為銹蝕電流強(qiáng)度()；為銹蝕持續(xù)時(shí)間()；為陽極反應(yīng)電極化學(xué)價(jià)(鐵為)；為法拉第常數(shù)()。
1.3 碳纖維布加固和加載
當(dāng)鋼筋銹蝕率達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，將試件取出并進(jìn)行晾干，對每一組銹蝕率的其中一個(gè)試件進(jìn)行碳纖維布加固，所有碳纖維布加固試件養(yǎng)護(hù)完成后，在萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載測試。
2 試驗(yàn)結(jié)果和分析
2.1 碳纖維布對粘結(jié)力的影響
如表1所示，對于無碳纖維布加固的試件，當(dāng)鋼筋銹蝕率低于2.6%時(shí)，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力稍微提高，其原因是鋼筋的銹蝕填充了鋼筋與混凝土的縫隙，增加了混凝土的對鋼筋的摩擦力；而后，隨著鋼筋銹蝕的增加，粘結(jié)力急劇下降；在相近的鋼筋銹蝕率下，碳纖維布加固的試件，其粘結(jié)力顯著提高，主要因?yàn)樘祭w維布約束了混凝土裂縫的開展，對混凝土周圍產(chǎn)生擠壓力，提高了其粘結(jié)力。
2.2 碳纖維布對破壞狀態(tài)的影響
對于無碳纖維布加固的試件，試件發(fā)生混凝土劈裂破壞，主要原因是在鋼筋拔出過程中，變形肋對周圍混凝土產(chǎn)生斜向擠壓力，斜向擠壓力使得混凝土中產(chǎn)生環(huán)向拉力，當(dāng)拉力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土保護(hù)層產(chǎn)生劈裂裂縫，其粘結(jié)力同樣急劇降低。
對于碳纖維布加固的試件，試件發(fā)生鋼筋拔出破壞，主要原因碳纖維布在鋼筋拔出過程中，限制了混凝土的應(yīng)變，約束了鋼筋周圍混凝土裂縫的開展和延伸，因此，鋼筋從試件中拔出。
文章來源： 永年加固公司 本文鏈接: http://tuoluotouzi.com/a_20130730231143.html 任何關(guān)于加固工程的問題和建議，敬請咨詢：0591-87868646
