玄武岩纤维增强水泥基材料与BFRP筋的黏结性能研究

文中利用中心抗拔试验研究了玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和玄武岩纤维增强水泥基材料(BFRCM)的黏结滑移性能,分析了筋材种类、基体种类、筋材直径、锚固长度对黏结性能的影响,在此基础上,提出了BFRP筋和BFRCM的三阶段黏结滑移本构模型。结果表明,BFRP与混凝土的黏结强度高于钢筋,BFRP筋与砂浆的黏结强度略小于与混凝土的黏结强度,BFRP筋直径和砂浆中的纤维体积掺量均与黏结强度呈反比。此外,分析显示黏结滑移曲线可分为微滑移段、滑移段、下降段和残余段,利用CMR模型上升段、连续曲线模型下降段和GFRP/钢绞线复合筋模型的残余段建立了BFRP筋-BFRCM的高精度黏结滑移模型。该研究为BFRP筋和BFRCM的工程应用提供了重要的研究基础。

玄武岩纤维增强塑料筋耐腐蚀性研究

玄武岩纤维增强塑料筋作为一种新型的建筑材料,用来代替钢筋用在海工等腐蚀性较强的环境中的混凝土内,是解决混凝土钢筋锈蚀带来的耐久性问题。首先研究了玄武岩纤维筋在常温下长期浸泡在5%氯化钠溶液、饱和氢氧化钙溶液和5%氯化钠与饱和氢氧化钙混合溶液中力学性能的变化情况,以此来判断玄武岩纤维增强塑料筋的耐腐蚀情况,然后考察了相同介质中不同温度对玄武岩纤维增强塑料筋及其原材料抗腐蚀性能的影响情况。结果表明:玄武岩纤维增强塑料筋耐氯化钠盐溶液腐蚀性能较好,而耐碱腐蚀性较差,其原因主要是因为原材料中的连续玄武岩纤维的耐碱性较差。对于将玄武岩纤维增强塑料筋长期使用在混凝土中必须对其耐碱性进行改性。

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯性能研究

设计并制作了3根采用玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)增强的混凝土梁,并对其进行三分点加载试验,主要测试了构件的开裂荷载、裂缝和挠度发展情况以及极限荷载等。结果表明,受BFRP筋线弹性的材料性质、较低的弹性模量等因素的影响,BFRP筋混凝土梁的受弯工作具有以下特点:(1)构件均发生脆性破坏;(2)构件的开裂荷载和开裂前的挠度受BFRP筋配筋率的影响很小;(3)构件的极限荷载随BFRP筋配筋率的增加而增大;(4)构件的荷载-挠度曲线在混凝土开裂前后均为线性,其转折点对应构件开裂。

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土黏结性能的梁式试验研究

设计制作了14个玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)混凝土梁式试件和2个钢筋混凝土梁式试件,通过梁式试验分析了影响BFRP筋混凝土黏结性能的主要因素。结果表明,(1)BFRP筋的受力过程可分为微滑移段、正常滑移段、加速滑移段和下降段;(2)当BFRP筋的锚固长度相同时,随着混凝土强度的提高,黏结强度随之增大;(3)当混凝土强度相同时,随着BFRP筋锚固长度的增加,黏结强度明显减小,并且试件的破坏模式也发生了改变;(4)BFRP筋直径的大小对黏结强度的影响不明显;(5)当筋直径、锚固长度和混凝土强度相同时,BFRP筋混凝土的黏结强度与钢筋混凝土基本相当;(6)BFRP筋的外形对BFRP筋混凝土的黏结性能有着较大的影响。

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯破坏形态有限元分析

设计并制作了3根新型的玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)增强混凝土梁,并对其进行三分点加载试验和有限元分析。结果表明,BFRP筋混凝土梁的受弯破坏形态不同于传统的钢筋混凝土梁,其破坏截面均位于加载点附近。梁内的销栓作用对BFRP筋的受力非常不利;较大的裂缝宽度不仅会影响到BFRP筋混凝土梁的正常使用,还会影响到梁的受弯破坏形态;BFRP筋突出的表面变形特征、较低的横向抗剪强度和弹性模量等对上述破坏形态的发生有着重要影响;加载点处BFRP筋混凝土较为严重的局部黏结破坏、较大的销栓作用、应力集中效应和较大的裂缝宽度等使BFRP筋处于复杂的不利受力状态,这是造成上述破坏形态的主要原因。

玄武岩纤维增强塑料筋耐海水腐蚀性研究

海工工程中由于海水的腐蚀，混凝土中的钢筋会出现锈蚀等问题。玄武岩纤维增强塑料筋作为一种新型建筑材料，用来代替钢筋用在海工工程等腐蚀性较强的混凝土中，以此避免钢筋锈蚀带来的耐久性问题。研究了玄武岩纤维增强塑料筋耐海水腐蚀性，采用常温长期浸泡和高温浸泡加速腐蚀试验方法，得出玄武岩纤维增强塑料筋在常温下耐海水腐蚀性较强，而在高温下耐海水腐蚀性较差，其主要原因是由于组成玄武岩纤维增强塑料筋的树脂耐高温性能较差引起的。

温度对纤维增强塑料筋力学性能的影响

将直径8的玄武岩纤维增强塑料(BFRP)和玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋恒温30 min再冷却至室温,用钢套管固定BFRP和GFRP筋端头并对其进行拉伸力学性能试验。研究BFRP和GFRP筋受拉本构关系、拉伸弹性模量、极限抗拉强度、极限拉应变等力学性能,并拟合温度在20~120℃时BFRP和GFRP筋拉伸力学性能随温度作用后的变化规律。结果表明:随荷载增加到极限荷载65%~80%,BFRP和GFRP筋均发出清脆的声音,其表面纤维丝断裂而导致脆性破坏;随温度增加,BFRP和GFRP筋受拉本构关系呈线性变化;120℃与20℃相比,极限抗拉强度分别降低9.8%和10.6%;BFRP筋极限拉应变减少20.4%,而GFRP筋出现先减后稍增趋势;BFRP筋拉伸弹性模量提高5.4%和13.9%,而GFRP筋呈先增后减现象。

无腹筋BFRP筋玄武岩纤维混凝土深梁抗剪性能试验研究

为研究玄武岩纤维对无腹筋BFRP筋混凝土深梁裂缝开展、破坏形态、跨中挠度、剪切开裂承载力及抗剪极限承载力的影响,以玄武岩纤维体积掺率和纤维长度为参数,设计并制作了5根试验梁,通过四分点集中力加载研究深梁的抗剪性能。结果表明:随着纤维特征参数的增大,构件破坏形态出现由斜压破坏向剪压破坏转变的趋势;与普通混凝土深梁相比,相同荷载作用下,玄武岩纤维混凝土深梁跨中挠度和裂缝宽度均随着纤维特征参数的增大而减小;构件剪切开裂承载力和抗剪极限承载力随着纤维特征参数的增大均有所提高。在考虑玄武岩纤维增强作用的基础上,参照GB 50010—2015规范对玄武岩纤维混凝土深梁抗剪极限承载力进行计算,实测值与计算值基本吻合。

不同纤维掺量BFRP筋玄武岩纤维再生混凝土梁抗剪性能试验研究

通过6根玄武岩纤维(BFRP)筋玄武岩纤维再生混凝土梁的受剪试验,研究短切纤维掺量对BFRP筋纤维再生混凝土梁的裂缝开展、跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响。研究结果表明:试验梁跨中挠度随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;开裂荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高略微增加;极限荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;玄武岩纤维体积掺量在0.2%时,极限荷载为峰值增强效果最明显。依据试验结果并参照《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2015)对BFRP筋纤维再生混凝土梁极限承载力进行计算,结果表明计算值和试验值吻合较好。

BFRP筋纤维混凝土梁抗弯试验

针对传统BFRP筋梁挠度、裂缝较大的特点,提出在BFRP筋梁中掺入短切玄武岩纤维,并完成了3种纤维体积掺量和3种配筋率下的BFRP筋纤维混凝土梁的抗弯试验。在BFRP筋梁中掺入短切玄武岩纤维,可提高梁的开裂荷载,当纤维体积掺量为0.4%时,其开裂荷载提高了60%;掺入短切玄武岩纤维对梁的极限承载力影响不大,极限承载力只随配筋率的增大而增大;掺入短切玄武岩纤维不能有效改善BFRP筋梁的挠度。

高温后BFRP筋与纤维混凝土黏结性能

为了提高高温后玄武岩纤维复合材料(BFRP)筋与混凝土的黏结性能,分别在混凝土中单独掺入玄武岩纤维及混合掺入玄武岩纤维与纤维素纤维,通过BFRP筋与混凝土中心拔出试验对BFRP筋与纤维混凝土黏结性能开展系统研究。试验参数包括温度、基体混凝土类型、BFRP筋表面形式、黏结长度与BFRP筋直径,试验获得了BFRP筋与混凝土试件的破坏形态、黏结滑移曲线、黏结强度。研究结果表明:随着温度的升高,BFRP筋与普通混凝土、单掺玄武岩纤维混凝土及混掺玄武岩和纤维素纤维混凝土的黏结强度均逐渐降低,在70~350℃之间,它们相应的黏结强度降低率分别为17.1%~48.6%,14.5%~46.8%和11.4%~48.3%。与普通混凝土相比,单独掺入0.20%体积掺量玄武岩纤维使得深肋筋、喷砂筋、浅肋筋与混凝土的黏结强度分别提升8.4%~18.8%,56.3%~99.6%和27.5%~51.8%。混掺0.15%玄武岩纤维和0.10%纤维素纤维使得深肋筋与混凝土的黏结强度提升了17.6%~35.1%。不同BFRP筋表面形式对BFRP筋与纤维混凝土黏结强度影响显著,其中深肋筋与纤维混凝土黏结强度最高。随着黏结长度和直径的增加,BFRP深肋筋与纤维混凝土黏结强度均逐渐降低。最后,考虑上述各因素,引入BFRP筋外形系数、纤维增强系数、黏结强度折减系数,提出了高温后BFRP筋与纤维混凝土黏结强度计算公式。研究成果可为FRP筋纤维混凝土结构抗火设计和火灾之后结构的安全评估提供数据和理论支持。

玄武岩纤维筋与高强纤维混凝土粘结性能及本构模型研究

为了研究玄武岩纤维筋与高强玄武岩纤维混凝土的粘结性能,选用直径分别为10 mm、14 mm和18 mm的玄武岩纤维筋埋入边长150 mm的立方体试块中,玄武岩纤维筋与混凝土的中心粘结长度分别为40 mm、70 mm和100 mm,混凝土中短切纤维丝的体积掺量分别为0%、0.1%、0.15%和0.2%。通过改变BFRP筋的直径、锚固长度以及纤维掺量,研究高强玄武岩纤维混凝土与玄武岩纤维筋的粘结性能。试验结果表明:平均粘结强度随锚固长度的增大而降低,随玄武岩纤维筋直径的增大而减小;通过三种纤维掺量比较,当纤维掺量为0.2%时,粘结强度最为理想。二者的粘结滑移本构模型符合连续曲线模型。

玄武岩纤维筋的性能及应用研究综述

玄武岩纤维筋是一种将玄武岩纤维原材料与有机树脂基体材料按一定比例融合并加入适量辅助剂而形成的一种高性能新型复合材料,在土木工程领域有着极大的应用前景。本文着重介绍并总结了玄武岩纤维筋的性能特点及在工程实例中的探索与应用。

BFRP筋纤维混凝土梁裂缝分析研究

针对BFRP筋混凝土结构受弯时出现裂缝较大的特点,在BFRP筋混凝土梁中加入短切玄武岩纤维,探究了其裂缝的改善情况,并完成了3种纤维体积掺量和3种配筋率下的BFRP筋纤维混凝土梁的抗弯试验,得出了玄武岩纤维体积掺量和配筋率对BFRP筋纤维混凝土梁裂缝的影响规律。

新型纤维复合筋增强无砟轨道板变幅疲劳性能试验研究

为评估变幅疲劳对无砟轨道板疲劳性能的影响,通过试验测试了7块无砟轨道板,每块轨道板具有相等的横截面刚度,所使用筋材分别为钢-连续纤维复合筋(SFCB)、玄武岩纤维复合筋(BFRP)和传统钢钢筋;试验参数主要考虑荷载水平和加载顺序的影响。试验结果表明,SFCB增强的轨道板具有更高的疲劳极限,当荷载水平超过疲劳极限时,SFCB增强轨道板的挠度,裂缝宽度和应力仍处于受控状态;相比之下,传统钢筋和BFRP筋增强轨道板的疲劳寿命和刚度均显著降低;疲劳极限内,荷载加载顺序对SFCB和BFRP筋增强轨道板的疲劳性能影响不大,在此期间,疲劳损伤仍由最大荷载水平控制。

玄武岩纤维筋混凝土梁正截面抗弯承载力试验研究

为了研究BFRP筋混凝土梁的抗弯性能,进行了不同配筋率和不同配筋形式BFRP筋混凝土梁的四点弯曲试验,分析了试件的跨中挠度、抗弯承载力和裂缝分布规律。结果表明:BFRP筋混凝土梁的弯矩-挠度曲线表现出试件开裂、峰值弯矩为转折点的三折线特征;BFRP筋与钢筋混合配筋梁的弯矩-挠度曲线表现出试件开裂、钢筋屈服和峰值弯矩为转折点的四折线特征;BFRP筋与钢筋混合配筋能提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力,减小BFRP筋混凝土梁的挠度和裂缝宽度,同时发挥BFRP筋强度高的特点;BFRP筋与钢筋混合配筋梁符合平截面假定,并给出了正截面抗弯承载力计算公式。

BFRP筋增强珊瑚混凝土耐久性研究进展

随着远海工程建设对建筑原材料的需求量与日俱增,若由内陆向海岛运送原料,其运输费用高、时效性差等问题显而易见。对于岛礁工程建设而言,可就地取材,将珊瑚碎屑作为骨料并加入海水拌制成珊瑚混凝土,同时采用纤维增强复合材料筋(FRP筋)作为结构增强筋,可有效解决海洋环境下钢筋锈蚀等耐久性问题。玄武岩纤维增强复合材料筋(BFRP筋)的力学性能优越,但我国对BFRP筋的研发起步较晚,尚未有充分的理论经验,故应对BFRP筋增强珊瑚混凝土耐久性展开系统研究,以确保岛礁工程建设的安全性。基于现有试验研究进展,在分析BFRP筋、珊瑚混凝土材料基本力学性能的基础上,对BFRP筋的耐久性、珊瑚混凝土的耐久性、BFRP筋-珊瑚混凝土界面粘结耐久性,以及BFRP筋增强珊瑚混凝土结构耐久性进行系统地概述与总结,并对BFRP筋增强珊瑚混凝土耐久性的后续研究进行展望。

BFRP筋增强海水海砂混凝土梁的抗冲击性能

为研究玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋增强海水海砂混凝土(seawater sea-sand concrete,SSC)梁的抗冲击性能,利用落锤冲击装置研究了不同冲击能量(1818 J,2727 J,3636 J,4848 J)作用下,不同混凝土强度(30 MPa,50 MPa)和配筋率(0.23%,0.48%)的BSFP-SSC梁冲击响应,并测试了冲击后梁的残余承载力。结果表明,随着冲击能量的增加,BFRP-SSC梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏,梁的残余承载力系数逐渐降低。提高配筋率或海水海砂混凝土强度,均可有效降低梁的最大跨中位移,提升初始峰值冲击力和抗冲击性能。该研究可为BFRP筋增强海水海砂混凝土梁的抗冲击设计提供重要依据。

玄武岩纤维筋混凝土梁力学性能分析

玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋是一种由玄武岩纤维增强聚合物材料与树脂基体材料组成,经过特别的模具挤压拉拔而成的高性能复合型材料筋。BFRP筋在预应力混凝土结构中已有应用,应用BFRP筋的结构具有较高的抗裂度和刚度。对BFRP筋的研究是BFRP筋预应力结构研究的基础,本文进行了不同直径的BFRP筋的力学性能试验和不同直径BFRP筋梁的抗弯试验,总结了BFRP筋有关拉伸的力学性能和BFRP筋梁破坏时的形态,为配有BFRP筋的混凝土结构的研究提供了依据。

后张无黏结预应力BFRP筋混凝土梁受弯性能试验研究

采用后张法,制作了玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)无黏结部分预应力混凝土梁、BFRP筋无黏结全预应力梁以及对比用BFRP筋非预应力梁,对其受弯性能进行对比试验,并对BFRP筋无黏结部分预应力梁中非预应力钢筋的配筋率对受弯性能的影响进行了研究。结果表明,对BFRP筋施加预应力,可以明显提高梁的抗裂度,有效减小梁的挠度和裂缝宽度,改善BFRP筋混凝土梁的正常使用性能;与全预应力梁相比,配置有非预应力钢筋的部分预应力BFRP筋梁的延性更好;且随着非预应力钢筋配筋率的增加,梁的屈服荷载和极限荷载随之提高,裂缝间距、极限裂缝宽度则随之减小。