ECC-混凝土黏结界面断裂试验研究

采用双材料楔入劈拉试件,研究了超高韧性水泥基复合材料(ECC)与混凝土黏结界面的断裂性能,讨论了最粗糙面、次粗糙面和光滑面3种界面粗糙度对界面破坏模式及断裂韧度的影响;结合界面力学理论,分析了裂缝偏折破坏与界面破坏的发生及界面粗糙度对裂缝偏折的影响.结果表明:对于最粗糙和次粗糙界面试件,以骨料-ECC黏结界面破坏及小角度偏折界面破坏为主,而光滑界面试件以界面破坏为主;提高黏结界面粗糙度可以使黏结界面的强度有一定程度的提高,并且界面裂缝在加载过程中易于偏向ECC,可实现ECC的裂缝捕捉,因此,当黏结界面受力状况不明确时,应尽量提高ECC-混凝土界面粗糙度,避免发生界面破坏,从而最大地发挥ECC效用.

聚氨酯类聚合物砂浆-混凝土界面黏结性能与变形特征试验研究

聚合物砂浆(polymer mortar,PM)因其良好的气密性、抗裂性和变形适应性被认为是一种极具发展潜力的建造压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)人工硐室储气库密封层的可选材料之一。为探究聚氨酯类聚合物砂浆(polyurethane polymer mortar,PPM)与人工硐室储气库衬砌混凝土之间的黏结性能和变形适应性,采用室内试验和数值模拟方法,研究了PPM中粉料和聚合物含量以及配比变化对PPM-混凝土界面的黏结性能和变形性能的影响规律,并分析了界面的破坏特征和破坏机制。研究结果表明:PPM-混凝土界面破坏型式主要表现为界面两侧材料的分离;界面剪应力-位移关系在应力峰值前呈现两阶段近似线性变形特征,界面破坏剪切应变最大值可达11.05%;粉料和聚合物含量以及配比变化对界面黏结强度都有重要的影响,最高黏结强度约为1.21MPa,最低平均黏结强度为0.237MPa。PPM-混凝土界面强度和变形性能可满足CAES地下储气库的建库要求。

冻融循环作用后钢管混凝土界面黏结滑移本构模型研究

在北方寒冷地区,钢管混凝土结构因冻融作用侵蚀而造成钢管开裂以及钢管混凝土结构力学性能劣化从而导致结构破坏的事故时有发生。针对冻融侵蚀后钢管混凝土界面黏结性能问题,制作了钢管混凝土推出试件,考虑冻融循环次数、混凝土强度、钢管径厚比等不同参数,进行冻融试验和推出试验,分析了界面黏结力的分布规律和影响因素,研究了冻融循环作用后钢管混凝土界面黏结滑移本构关系,确定了界面平均黏结强度以及峰值黏结强度、残余黏结强度特征值。结果表明,随着冻融循环次数的增加,界面平均黏结强度减小,极限荷载对应的滑移逐渐增大,而残余黏结强度呈线性减小,稳定段起点滑移随着冻融循环次数的增加呈指数增长。峰值黏结强度、残余黏结强度随混凝土强度的增加而提高,随着径厚比的增大而降低。分析外钢管密布应变计所测出的应变分布规律可知界面黏结应力呈指数分布,对比分析由荷载、滑移结合能量法理论推导所得的黏结应力分布函数,结果表明其具有较高精度,为后期研究界面黏结性能提供了新思路。构建了冻融循环作用后界面黏结应力-滑移三段式本构模型,并提出了相应特征值计算公式和本构模型,可为该类构件设计时考虑冻融作用提供参考。

碱式硫酸镁水泥基树脂透光混凝土的界面黏结机理

使用碱式硫酸镁水泥(BMSC)作为基体材料,制备了树脂透光混凝土(RLTC),并利用界面剪切强度测试、超景深三维显微镜和扫描电镜(SEM)等分析了BMSC基体与树脂的界面黏结性能.结果表明:BMSC与树脂界面处裂纹较少且宽度较窄,在界面处观察到大量针状5·1·7相(5Mg(OH)_(2)·MgSO_(4)·7H_(2)O)结构,微米级5·1·7相晶须填充了BMSC基体与树脂的孔隙,增强了界面间的机械啮合作用;与使用普通硅酸盐水泥的RLTC相比,硬化后BMSC基体与树脂的界面黏结性能明显提高,其中28 d界面剪切强度提高了59.2%.

基于BP神经网络的新老混凝土界面黏结强度预测

为探寻能够考虑多因素综合影响的新老混凝土界面黏结强度预测方法,在综合考察国内外新老混凝土界面黏结强度试验资料基础上,搭建试验资料数据库;对比分析了国内外规范和几种常用简化计算方法对新老混凝土界面黏结强度计算的优缺点;基于神经网络技术,建立8因素(老混凝土龄期、抗压强度、新混凝土抗压强度、黏结界面面积、界面饱水程度、界面粗糙度、界面剂、试验方法)影响的新老混凝土界面黏结强度BP神经网络模型,模型预测值与试验值能够很好地吻合。

超高性能混凝土与普通混凝土的界面黏结及渗透性能研究

界面抗渗性是评价结构耐久性与适用性的重要指标。超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)由于力学性能和耐久性优异,作为加固修复材料可以有效提高试件界面黏结性能,从而提升试件整体性能。试验采用劈裂试验和渗透试验方法,探究了普通混凝土表面处理方式和混凝土强度对UHPC-普通混凝土界面黏结抗拉性能和渗透性能的影响,并建立了界面黏结抗拉强度与相对渗透系数的关系。试验表明,界面粗糙度的增加可以显著提升界面黏结性能和渗透性能,而混凝土强度的影响有限;界面抗渗性与界面粗糙度呈正相关,粗糙的接触面增加了两者的接触面积,提高了水流渗透时实际的渗流路径,阻碍了水分的传输;界面相对渗透系数与界面黏结抗拉强度呈负相关,相对渗透系数随着界面黏结抗拉强度的增加而降低。

水工混凝土修复用环氧砂浆界面黏结性能影响

环氧砂浆因其优异的性能,在水工混凝土修复领域得到越来越多的应用。为了充分发挥环氧砂浆的优势,探究其界面黏结性,对环氧砂浆配合比进行优化,开展弯拉黏结强度测试试验。结果表明,随着环氧树脂掺量的增加,材料黏结强度不断增大,胶固比为1:2.5时的材料弯拉黏结性能最好,环氧界面剂黏结性能最优,其平均强度恢复率为85.12%。研究成果可为水工混凝土结构修复提供参考。

氯盐环境下UHPC-NC界面黏结性能试验研究

氯盐环境作为一种较为常见的化学侵蚀环境,研究其对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)界面耐久性能的影响对于UHPC加固混凝土结构和UHPC-NC组合结构的工程应用均具有重大的现实意义.基于此,通过在常规环境以及氯盐环境下的推出试验,获得了干湿循环次数(0次、25次、50次)、氯盐浸泡天数(0 d、50 d、100 d)及界面处理方式(钢丝刷刷毛、高压水射流冲毛、表面缓凝处理)对UHPC-NC界面黏结强度、界面黏结刚度及界面黏结滑移曲线的影响.结果表明:在100 d试验周期内,干湿循环及氯盐浸泡作用造成的界面黏结强度损失率不超过20%;氯盐环境作用时长的增加会导致界面黏结刚度的降低;随着界面粗糙度的增加,UHPC-NC试件的界面黏结强度以及界面黏结刚度均会增加;界面粗糙度的提高有助于界面抗氯盐侵蚀能力的提升.受到界面处理方法的影响,UHPC-NC试件经历干湿循环及氯盐浸泡后,荷载滑移曲线呈现2种不同的形式,分别对应光滑界面(钢丝刷刷毛界面)和其他界面(高压水射流冲毛界面和缓凝剂处理界面).各组试件的黏结滑移曲线在荷载到达峰值前趋于一致;荷载到达峰值后,前者存在荷载骤降段及持荷段,后者则随着滑移量的增加荷载不断降低.根据UHPC-NC黏结滑移曲线特征,提出了黏结滑移建议模型.

型钢高强自密实混凝土黏结滑移性能试验研究

为研究型钢与高强自密实混凝土界面黏结滑移性能,以混凝土保护层厚度和型钢埋置长度作为变化参数,设计9个型钢高强自密实混凝土试件进行推出试验.观察试件破坏过程、破坏形态和裂缝发展形式,获取了试件加载端的荷载-滑移全过程曲线,研究不同变量对其黏结性能的影响规律.结果表明:型钢高强自密实混凝土组合结构界面极限黏结强度随着混凝土保护层厚度的增加而增大,最大增幅94.9%;随着型钢埋置长度的增加而减小,最大削减为38.1%.界面黏结抗剪刚度随着型钢保护层厚度的增加先增大后减小,最大增幅85.1%;随着型钢埋置长度的增加而增大,最大增幅为30%.界面耗能能力与其变量相关性较弱;随保护层厚度的增加,界面损伤发展越晚;随型钢埋置深度的增加,界面损伤速度减缓.提出了型钢高强自密实混凝土黏结强度的计算公式,能较好地预测型钢高强自密实混凝土黏结强度.

数字图像相关法测量FRP片材与混凝土界面的黏结滑移关系

采用数字图像相关(DIC)法测量FRP-混凝土双剪试件的全场位移,通过平滑与拟合两种方法获得界面的黏结滑移关系。共测试了6个试件,变化参数为FRP片材的种类(玄武岩纤维和碳纤维)。数字图像相关法的使用可以为界面剪应力的计算提供足够多的数据点,并可直接得到FRP片材与混凝土界面的滑移。试验结果表明:与传统测试手段相比,数字图像相关法能够记录界面剥离过程更全面的信息;对位移数据采用平滑及拟合可以避免测试误差的扩大化,得到反映整个界面规律的黏结滑移关系;经过与传统手段直接测得的数据对比,验证了该测试方法和数据处理方法的可靠性。数字图像相关法的合理使用为类似搭接接头黏结性能的测试和分析提供了新的途径。

温度对水泥乳化沥青砂浆层与混凝土层间界面黏结影响

采用高低温循环模拟试验,研究温度对板式轨道砂浆充填层与混凝土底座板层间界面黏结的影响.分别用沥灰比（A/C）为0.3、0.5、0.7、0.9的水泥乳化沥青砂浆和C40混凝土,制备不同砂浆层与相同混凝土层2层黏结的复合试件,置于变温范围为-20℃～60℃试验箱内,在设定的高低温循环变化制度下,用表面粘贴应变片法测试复合试件中各层和界面的变形规律,并用Z字型夹具测试经一定温度循环后复合试件的界面剪切强度.结果表明：在温度升降过程中,水泥乳化沥青砂浆层的热变形行为不同于混凝土,砂浆层的热变形值大于混凝土层的热变形值,且随沥灰比增加而增大;砂浆层的热变形速率有温度和时间依赖性;复合试件中混凝土层对砂浆层的热变形具有较大约束作用,导致复合试件界面处产生温度应力;在高低温循环变化条件下,温度应力引起砂浆层出现表面开裂,并导致界面剪切强度不断下降,最终引起层间离缝和界面完全脱黏.由此证明了环境温度变化和砂浆与混凝土的热行为差异是板式无砟轨道结构服役中出现砂浆充填层开裂和层间离缝等劣化现象的2个重要原因.

型钢与钢纤维混凝土界面黏结性能及损伤耗能试验研究

为解决型钢混凝土结构中型钢与钢筋相互干扰、混凝土浇筑困难等施工难题,将构件中钢筋笼替换成钢纤维,形成型钢-钢纤维混凝土组合结构。型钢与钢纤维混凝土间的黏结性能是保证两种材料共同工作的基础,通过8个圆形截面试件与8个方形截面试件的标准推出试验,研究在不设置钢筋笼的情况下型钢与钢纤维混凝土之间的黏结性能,获得了荷载-滑移曲线、黏结强度、界面耗能等重要性能指标。结果表明:加载端与自由端的荷载-滑移曲线存在较为明显的差异,并且当荷载达到峰值承载力时,曲线的差异性表现的最为明显。圆形试件总体表现出较方形试件更好的界面黏结效果,其名义黏结强度最大可达到1.913MPa,残余黏结强度最大为0.707MPa,而方形试件相应的指标最大值分别为1.496MPa和0.609MPa。混凝土保护层厚度与黏结长度越大,受力过程中界面能够储存的黏弹性变形能越大。

FRP-混凝土界面黏结性能疲劳试验方案比选分析

FRP因其优良性能,被广泛应用于混凝土结构的加固中,而FRP-混凝土界面黏结性能是FRP加固混凝土技术的关键问题。尤其对于桥梁结构,需承受反复荷载,所以FRP-混凝土界面黏结层抗疲劳性能是一个非常重要的研究课题。而试验方案的正确选取对于研究工作的成败起着决定性作用。就FRP-混凝土黏结性能疲劳试验方案的选择做深入分析。通过比较目前国内外研究FRP-混凝土界面性能的试验方法的优缺点,确定采用梁式试验方法。为确定梁式试件的结构及尺寸,采用有限元模拟及试验研究的方法对拟设计试件进行对比分析。最终得到能够较好观测FRP剥离的发展和研究FRP-混凝土界面黏结滑移关系的试验方案,为FRP-混凝土界面黏结层抗疲劳性能的研究奠定基础。

混凝土-环氧树脂黏结界面的断裂性能分析

采用夹心楔入劈拉试件并结合双K断裂模型研究混凝土-环氧树脂黏结界面断裂性能.相比于原混凝土试件,环氧树脂注胶后形成的夹心试件的起裂荷载、极限荷载、双K断裂参数以及断裂能均有增长,而黏聚断裂韧度值没有提高;粗糙界面试件的黏聚断裂韧度试验值与采用软化曲线计算得到的黏聚断裂韧度计算值相等,光滑界面试件由于壁效应的存在,黏聚断裂韧度较低.可以认为环氧树脂注胶技术推迟了裂缝的再开展,使得起裂断裂韧度提高,采用起裂断裂韧度代入裂缝偏折判断条件进行界面裂缝偏折判断时,结果与试验相符.

混凝土中卵石与浆体间界面黏结强度试验研究

混凝土界面过渡区（ITZ）的力学性能研究一直是复合材料研究的关键,也是决定材料强度和耐久性的主要因素。通过在不同强度等级混凝土中预埋不同粒径的天然卵石,经过标准养护后,采用MTS液压加载系统进行拉拔试验,获得卵石与浆体之间的界面黏结强度来表征水泥浆体与骨料界面过渡区的力学特征。从宏观上得到混凝土中卵石与浆体之间的界面黏结强度的大小及规律：卵石与浆体之间的黏结强度随着混凝土等级的提高,而提高且黏结强度约为混凝土强度的5.5%-12%;卵石粒径对黏结强度的影响相对较小,也从侧面说明界面过渡区强度与混凝土强度之间的关系。

温度作用对碳纤维-混凝土界面黏结性能的影响

为研究温度作用对碳纤维(CFRP)—混凝土黏结界面剪切性能的影响,首先进行了温度作用下不同固化条件的胶黏剂黏结性能试验,研究了温度作用及固化方式对胶黏剂拉伸剪切性能的影响.试验发现,玻璃化温度是影响胶黏剂高温性能的一个重要指标,温度作用下胶黏剂材料的黏结性能退化大部分发生在其玻璃化转变区域.其次,结合常温下已有的CFRP—混凝土界面黏结应力—滑移关系提出了温度作用下界面黏结应力—滑移关系的计算方法.最后,汇总和分析了目前已有的CFRP—混凝土界面试验研究结果,引入胶黏剂玻璃化温度这一参数,给出了温度作用下CFRP—混凝土界面剪切黏结强度、极限承载力和初始剪切刚度计算模型.

粗糙度对CFRP-混凝土界面剪切黏结性能的影响

针对3种强度、6种界面粗糙度的54块混凝土试件,采用单向剪切试验,研究了表面粗糙度对碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土梁界面黏结性能的影响.结果表明:6种界面中,粗糙度为0.44的混凝土试件界面黏结性能最佳,CFRP-混凝土的极限荷载和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%~51%,124%~221%;粗糙度对混凝土界面有效黏结长度影响较大,与现有模型中的有效黏结长度计算值相比,考虑粗糙度和黏结树脂后的有效黏结长度最高可提高273%;6种界面的有效黏结长度随粗糙度的提高,总体呈现减小趋势;粗糙度为0.25~0.44的混凝土界面τ-s曲线在脆性区域上的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越短;进入塑性阶段后,6种界面的CFRP-混凝土梁黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.04~0.35mm的滑移值剥离破坏.

界面剂对新老混凝土劈拉黏结性能影响的试验研究

通过对多种砂浆界面剂本体进行抗折、抗压试验,新旧混凝土黏结试块劈裂抗拉试验,SEM微观扫描电镜试验,研究在不同龄期下,不同界面剂对新旧混凝土劈拉黏结强度的影响。结果表明,相同界面粗糙度下,硅灰和超细粉煤灰的加入对无机界面剂本体的强度和界面黏结强度均有显著提高。7d和28d时,加入10%硅灰和10%超细粉煤灰界面剂黏结试件的劈裂抗拉强度,分别为2.91MPa和3.79MPa,占整浇试件劈拉强度的109%和119%,均呈母材劈拉破坏状;丁苯乳液的加入,砂浆界面剂施工和易性明显提高,对较长龄期下的界面黏结强度有较大影响;加入掺和料和丁苯乳液的界面剂,水化反应完全,胶团分散且界面处气孔细小均匀。

粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响

为了揭示混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响,以灌砂法实现混凝土表面的粗糙度量化评定,完成了6种界面粗糙程度的FRP-混凝土试件界面的单剪试验,探讨了混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面极限黏结力、黏结强度以及黏结滑移曲线的影响规律.研究结果表明:粗糙度为0.44的试件界面黏结性能最好,极限黏结力和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%~51%和124%~221%.文中还建立了基于粗糙度参数的界面有效黏结长度计算模型,发现有效黏结长度在6种界面上随粗糙度的增加总体呈降低的趋势;粗糙度小于0.56时,试件界面黏结滑移曲线在脆性区间的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越窄,而在塑性阶段,6种界面试件的黏结滑移曲线以不同斜率下降,最终发生剥离破坏时的滑移值为0.04~0.37mm.

新老混凝土黏结界面钻芯拉拔强度的试验研究

对新老混凝土黏结界面钻芯拉拔强度进行了相关试验研究,探讨了几种界面剂对提高钻芯拉拔强度的提高幅度及其优劣比较,提出了钻芯拉拔法现场检测新老混凝土界面质量的规范操作程序、测值统计方法和较佳的芯样直径范围,并用参数估计提出了芯样直径为50 mm、80 mm、100 mm的芯样钻芯拉拔强度间的换算系数和范围.