冻融环境下碳纤维聚合物加固混凝土施工技术研究.pdf
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1、 :冻融环境下碳纤维聚合物加固混凝土施工技术研究收稿日期:作者简介:肖亮洲(),男,工程师,注册一级建造师,监理工程师,从事建筑工程技术工作肖亮洲(广东保辉建筑工程有限公司,广东 汕头 )摘要:为进一步提高混凝土短柱在冻融环境下的力学性能,使用碳纤维增强聚合物和收缩补偿混凝土加固混凝土受压构件,以研究加固混凝土短柱施工技术。由碳纤维增强聚合物()和补偿收缩自密实混凝土()组成的加固体系对 外壳施加后张应力,进一步消除应力滞后,并发挥约束作用。实验变量包括冻融循环次数、加固聚合物壳层和加固混凝土类型。试验结果表明,当冻融循环次数达到 次时,混凝土受压构件的动态弹性模量损失率达到 ,质量损失率为
2、。采用收缩补偿自密实混凝土对 施加后张拉应力的方法,可以显著提高混凝土受压构件的承载力,比普通混凝土的承载力分别提高了 和 。且当冻融循环次数增加到 次时,混凝土试件的承载力比对照组降低了 。随着冻融循环次数的不断增加,混凝土试件的损坏程度也逐渐增加,与对照组相比,承载力下降了 。关键词:冻融循环;碳纤维聚合物;混凝土短柱;加固中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言在寒冷地区,冬天的温度通常低于零下 。结构柱和桥墩不仅要承受长期的结构荷载,还要承受严酷的寒冷条件。结构的承载力和耐久性直接关系到建筑安全 。大量研究表明,混凝土在冻融循环作用下发生冻胀问题。混凝土表面剥落,钢筋开始锈蚀,出现内
3、部裂缝,不利于结构构件的承载能力。因此,一些学者提出使用钢管和收缩补偿材料形成的加固系统来加固混凝土构件。刘泽平等 采用预制 和钢管加固混凝土短柱,并通过无收缩灌浆对 进行后张。试验结果表明,采用预应力 加固的短柱的横向应变是未施加预应力的 包裹柱子的 倍,而采用预应力 加固的试件的纵向和横向变形是无约束混凝土试件的 倍。张荣振等 研究了用 、钢管和自密实混凝土加固的方形桩柱的轴向压缩性能。张立群等 指出,在钢筋混凝土()结构的加固过程中,外接纤维增强聚合物()复合材料的利用率仅为 。张向冈等 提出,在预制 外壳和矩形柱之间浇筑补偿收缩混凝土作为加固材料,具有优越的力学性能。结果表明,采用 复
4、合材料和补偿收缩混凝土加固的矩形柱的轴向强度和极限轴向压缩应变显著提高,在地震荷载作用下的力学性能也有所改善 。然而,该方法在冻融环境下具有较差的力学性能。基于上述研究情况,本文研究 和收缩补偿混凝土加固受压构件在冻融环境下的力学性能,利用碳纤维增强聚合物()和补偿收缩自密实混凝土()组成的加固系统对 外壳施加后张应力,进一步消除应力滞后,并发挥约束作用,以提高混凝土短柱在冻融环境下的力学性能。试验方法与设计 碳纤维增强聚合物()本实验中使用的碳纤维增强聚合物为大连本地供应商提供的碳纤维单向编织布。粘合剂为建筑结构粘合剂,与碳纤维增强聚合物来自同一供应商。单向碳纤维增强聚合物织物与粘合剂的质量
5、比为 。碳纤维增强聚合物样品的弹性模量和拉伸强度根据 规范测定。实验结果如表所示。试验中使用了铝合金加强筋,均匀地对试样施加载荷,防止试样因明显的不连续性而提前失效。试验仪器为 万能试验机。试验采用位移控制,速度为 。表 碳纤维增强聚合物的材料特性胶黏剂极限抗拉强度 极限拉伸应变弹性模量 环氧树脂 混凝土实验中使用了三种不同配合比的混凝土。混凝土采用抗压强度为 的常规强度混凝土。粗骨料为粒径 的碎石,细骨料为中粗河砂,细度模数为 。水泥采用 的普通硅酸盐水泥,立方体抗压强度为 。加固层分别采用抗压强度为 的自密实混凝土()和抗压强度为 的收缩补偿自密实混凝土()。通过对比 和 ,旨在比较不同类
6、型混凝土加固层造成的差异。表 为混凝土受压构件()和加固层()的配合比。采用氧化钙膨胀剂作为膨胀剂,其质量分数为。试验方法共设计了 个混凝土短柱试件(试件配比如表 所示),受压混凝土构件的直径为 ,高度为 。加固后,试样直径为 ,高度保持不变。试件的标第 卷 第 期年 月 山西建筑 注规则如下:第一个字母(即 )表示混凝土受压构件分别经历了 次冻融循环。中间带字母“”的数字表示不同层数的 。分别代表加固层混凝土的类型,即普通自密实混凝土()和收缩补偿自密实混凝土()。例如,表示混凝土受压构件经 次冻融循环破坏后,使用单层 和 进行加固。表 混凝土配合比 材料 水泥 粉煤灰 碎石 细沙 水 收缩
7、补偿剂 聚羧酸高效减水剂 表 试件配比类别 层冻融循环次数加固层 自密实混凝土 自密实混凝土 收缩补偿自密实混凝土 收缩补偿自密实混凝土 自密实混凝土 自密实混凝土 收缩补偿自密实混凝土 收缩补偿自密实混凝土 自密实混凝土 自密实混凝土 收缩补偿自密实混凝土 收缩补偿自密实混凝土冻融试验按照 规范标准中的快速冷冻法进行。实验组试样被放置在冻融冰箱中以开展冻融损伤实验,对照组试样置于室温水中以确保试样环境的一致性。通过湿法铺设工艺预制了直径为 的圆形碳纤维增强聚合物壳体。碳纤维增强聚合物的重叠长度为 ,以避免加固试件在抗压试验中因应力集中而过早失效。获得冻融循环后受损的混凝土受压构件后,将受损的
8、混凝土受压构件和预制碳纤维增强聚合物外壳进行定位,并用酸性硅酮玻璃胶粘合板粘合。然后,在预制碳纤维增强聚合物外壳和受损混凝土受压构件之间的缝隙中浇筑加固层混凝土。养护 后,在进行轴向压缩试验前,对加固试件的表面进行打磨和整平。轴向压缩试验在 液压试验机上进行。应变采集装置由四个垂直位移采集器和四组纵向和横向应变仪组成,黏贴在试样中间。结果与讨论 应力 应变曲线由轴向压缩试验机得出的应力 应变关系曲线见图。从图 中可以看出,使用单层 加固的试件在经历非线性截面后进入水平截面,没有明显的软化行为,这表明使用 和自密实混凝土有效地改变了混凝土受压构件在单轴受压下的软化行为。对于冻融循环次数分别为 次
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