（水工结构工程专业论文）钢纤维混凝土与既有混凝土粘结劈拉及抗渗性能试验研究.pdf

摘要 本文进行了钢纤维混凝土与既有混凝土粘结的劈拉性能、抗冻劈拉性能和渗透性能 的试验研究。主要研究内容如下： l 、通过8 1 个l o o m m x l o o m m x l o o m m 和3 0 个1 5 0 m m x l 5 0 m m x l 5 0 m m 的钢纤维混 凝土与既有混凝土牯结试件的劈拉试验，研究了新混凝土的钢纤维体积率、浇筑方式等 对粘结试件劈拉性能的影响，探讨了粘结试件的尺寸效应及劈拉变形性能，提出了考虑 钢纤维体积率、老混凝土劈拉强度、粗糙度和界面剂综合影响的钢纤维混凝土与老混凝 牯结劈拉强度的计算模式以及劈拉强度尺寸换算系数 2 、通过3 0 个l o o m m x l o o m m x 4 0 0m m 、1 2 0 个l o o m m x l o o m m x l o o m m 整体钢纤维 混凝土试件和1 0 5 个l o o m m x l o o m m x l o o m m 钢纤维混凝土与既有混凝土粘结试件的快 速冻融试验，探讨冻融循环次数和新混凝土中钢纤维体积率等对粘结面劈裂抗拉强度的 影响试验表明，钢纤维掺入有效地提高了混凝土整体试件的抗冻性能；随冻融循环次 数的增加，粘结试件的劈拉强度不断下降；在修补混凝土中掺入钢纤维，提高了枯结试 件的抗冻性能在已提出的钢纤维混凝土与老混凝土粘结劈拉强度计算公式的基础上， 建立了考虑冻融循环影响的钢纤维混凝土与酱通老混凝土粘结劈拉强度的计算模式。 3 、根据我国现行混凝土抗渗试验标准方法，通过3 6 个新、老混凝土整体试件和3 0 个新老混凝土粘结试件的渗透性能试验，探讨了钢纤维对混凝土整体试件和新老混凝土 粘结试件抗渗性能的影响。试验表明，掺入钢纤维后。混凝土本体和粘结面的抗渗性能 都有所提高，粘结面的提高更明显；新老混凝土粘结面的渗透性远大于新、老混凝土本 体的渗透性。最后讨论了钢纤维混凝土与老混凝土粘结面渗流计算模型。 关键词：钢纤维 新老混凝土粘结；劈拉：冻融；抗渗：等效水力隙宽。 a b s t r a c t t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a ls t u d y , i ti se x p l o r e dt h a tb o n ds p l i t t i n gt e n s i l ep r o p e r t i e s b e t w e e ns f r ca n de x i t i n gc o n c r e t e 、t h eb o n d i n gi n t e f f a c e sa n t i f r e e z es p l i t t i n gt e n s i l e p r o p e r t i e sa n ds e e p i n gb e h a v i o r t h em a i nr e s e a r c hw o r k sh a v eb e e na c c o m p l i s h e di n t h i s p a p e r ： l 、t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t so n8 1b o n d i n gs p e c i m e n sb e t w e e ns f r ca n de x i s t i n g c o n c r e t ew i t ht h ed i m e n s i o n so f1 0 0 m m x l 0 0 m m x l 0 0 m ma n d3 0b o n d i n gs p e c i m e n so f 1 5 0 m m x l 5 0 m m x l 5 0 m m , t h ee f f e c t so f s t e e lf i b e rv o l u m ef r a c t i o n sa n dp o u r i n gm e t h o d so n b o n ds p l i t t i n gt e n s i l ep r o p e r t i e sw e r es t u d i e d ，a l s ot h ee f f e c t so fs i z ee f f e c to nt h eb o n d s p l i t t i n gt e n s i l es t r e n g t ha n dt h ee f f e c t so ff i b e rv o l u m ef r a c t i o n so nb r e a k a g ed e f o r m a t i o no f t h eb o n d i n gs p e c i m e n sw e r es t u d i e d t h ec a l c u l a t i n gm o d eo ft h eb o n ds p l i t t i n gt e n s i l e s t r e n g t hc o n s i d e r i n gt h ei m p a c t i n go ff i b e rv o l u m ef r a c t i o n s 、t h eo l dc o n c r e t e ss p l i t t i n g t e n s i l es t r e n g t h 、r o u g h n e s sa n da d h e s i o na g e n tw a sb u i l t a n dt h ec o n v e r s i o nc o e f f i c i e n t s a b o u ts i z ee f f e c t f a sg i v e a 2 、t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t so n3 0o v e r a l ls f r cs p e c i m e n sw i t ht h ed i m e n s i o n so f 1 0 0 m i n x l 0 0 m m x 4 0 0 m m 、1 2 0o v e r a l ls f r cs p e c i m e n so f1 0 0 m m x l 0 0 m m x l 0 0 m ma n d1 0 5 b o n d i n gs p e c i m e n sb c l w n s f r ca n d e x i s t i n g c o n c r e t ew i t l lt h ed i m e n s i o n s o f l o o m m l o o m m x l o o m m ，t h ei m p a c t i n go fs t e e lf i b e rv o l u m ef r a c t i o n sa n dt h en u m b e r so f f r e e z e - t h a wc y c l i n go nb o n ds p l i t t i n gt e n s i l es t r e n g t hw e r ei n v e s t i g a t e dw i t ht h em e t h o do f f a s tf r e e z i n ga n dt h a w i n gt e s t t h er e s u l t ss h o wt h a ta f t e rt h ei n c o r p o r a t i o no fs t e e lf i b e r , t h e f r o s tr e s i s t a n c eo ft h eo v e r a l la n db o n d i n gc o n c r e t ea r eb o t hi m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y a tl a s t , b a s e dt h ee s t a b l i s h e dm o d e ，t h ec a l c u l a t i n gm o d eo ft h es p l i t t i n gt e n s i l es t r e n g t ho ft h e b o n d i n gi n t e r f a c ei se s t a b l i s h e df u r t h e r , w h i c hc o n s i d e r sn u m b e r so f f r e e z e - t h a wc y c l e 3 、a c c o r d i n gt ot h ee u r r e r ri m p e r v i o u st e s t i n gs t a n d a r dm e t h o di nc h i n a , t h r o u g ht h e s e e p i n gb e h a v i o re x p e r i m e n t so f3 6o v e r a l lc o n c r e t es p e c i m e n sa n d3 0b e n d i n gi n t e r f a c e s p e c i m e n sb e t w e e ns f r ca n de x i s t i n gc o n c r e t e ，w ec a l lk n o wt h a ta f t e rt h ei n c o r p o r a t i o no f s t e e lf i b e rt h ei m p e r m e a b i l i t yo f t h eo v e r a l lc o n c r e t ei n c r e a s e ss l i g h t l ya n dt h ei m p e r m e a b i l i t y o ft h eb o n d i n gi n t e r f a c ei si m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y ；1 r i 地p e r m e a b i l i t yo fb o n d i n gi n t e r f a c ei s m u c hb i g g e rt h a nt h en e wa n do l do v e r a l lc o n c r e t e a tl a s tw ed i s c u s st h ep e r c o l a t i o n c a l c u l a t i o nm o d e lo f t h ea d h e s i v es u r f a c eb e t w e e ns f r ca n dt h eo l dc o n c r e t e k e y w o r d ：s t e e lf i b e r ；b o n d i n gb c t w e c l ln e wa n do l dc o n c r e t e ；s p l i t t i n gt e n s i l e ；f r e e z e - t h a w ； i m p e r m e a b i l i t y ；e q u i v a l e n th y d r a u l i cf r a c t u r ew i d t h - l i 郑州大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究的意义 1 1 1 课题产生的社会背景 混凝土结构是当代土木工程中应用最多的结构类型，已广泛应用于水利工程、工业 与民用建筑、道路与桥梁、海工与港口、核电站与军事防护等工程建设中，而且在输油 输汽管道、大型贮罐、船舶以及工业窑炉中的应用也日益增多。然而在人为和自然环境 的作用下，每年都有大量的建筑物或构筑物发生损坏和劣化。目前，我国许多建筑物己 相继进入了老化使用期，结构中的混凝土病害频繁发生，如混凝土坝面、路面、桥面等 建筑物由于长期受环境作用，以及使用维护不当等，混凝土老化、开裂及冻融剥蚀等问 题十分突出；有些建筑物由于结构设计有人为失误或材料选用不当等，使结构建成使用 后发现有隐含的不安全因素；有些工程则由于施工质量未严格控制，出现裂缝等各种缺 陷；而对于正常使用期的建筑物。又由于变更结构使用性能如加层、超载和改为它用等； 或由于结构遭受突然灾害如火灾、风灾、爆炸等因素，出现损伤或隐含不安全因素。以 上这些问题的出现，严重影响了结构的安全性和正常使用。 1 1 2 新老混凝土粘结研究的重要意义 处于以上状况的结构，由于经济和社会因素等原因，往往不便拆除重建，而是经过 严格的鉴定、评估，在技术可行、经济合理的情况下进行维修和加固混凝土结构的维 修、加固和改造是一项涉及面广、工程量大的十分重要的工程领域，近些年来已引起广 大科研、工程技术人员广泛关注和高度重视在国内外，旧有建筑物的维修和加固己在 工程上广泛应用。例如，瑞典建筑业8 0 年代主要任务之一是对已有建筑物进行更新改 造，1 9 9 3 年用于维修改造的投资占建筑物总投资的5 0 在美国。新建筑业开始萧条， 而维修改造业却有所发展，据美国劳工部门对2 0 0 0 年热门行业的预测，旧房维修加固 业是最受欢迎的九类行业之一，二十世纪九十年代初期用于旧建筑物维修和加固上的投 资已占到建筑总投资的5 0 ，英国这一数字为7 0 ，而德国则达到8 0 。世界上经济发 达国家的工程建设大都经历了三个阶段，即大规模新建阶段、新建与维修并重阶段以及 工程结构维修加固阶段【l 】；在我国，二十世纪五六十年代建造的建筑物，经过几十年的 使用已有不同程度的损伤和老化，急需进行必要的维修加固。在维修与改造中，加固与 补强是提高结构安全度，减少事故隐患，延长结构使用寿命的有效措施。针对不同的结 构形式和加固补强要求，规范1 4 5 1 给出的结构加固补强方法有：外包混凝土加固法、外包 钢加固法、外加预应力拉杆加固受弯构件方法，改变传力途径加固法等 外包混凝土是一种应用范围较广的加固方法，其特点是在构件外加一层现浇混凝土 层。这种方法可用于加固混凝土结构、钢结构、砌体结构等构件。被加固的构件可为梁、 郑州大学硕士学位论文 第一章绪论 板、柱、基础等。当被加固的结构为混凝土结构时，直接面临的问题是新老混凝土粘结 问题。所以，新老混凝土的粘结状态是直接关系到维修和加固改造质量的重要问题。修 补后新老混凝土能否很好的工作在很大程度上取决于新老混凝土界面粘结性能不少维 修加固工程因为新老混凝土粘结不好而影响工程质量和耐久性。因此，研究新老混凝土 粘结性能有着十分重要的理论和实际应用价值。 1 2 新老混凝土粘结研究的历史及现状 正是由于对新老混凝土粘结性能的研究具有深远的现实意义，多年来国内外的学者 们围绕影响粘结性能的诸多因素，进行了大量的研究工作。 1 2 1 影响新老混凝土粘结性能的主要因素 新老混凝土之间的良好粘结是混凝土修补成功的关键所在，粘结界面受力复杂，影 响粘结性能的因素很多，一般可归为以下主要影响因素：( 1 ) 粘结面打毛处理方式；c 2 ) 粘结面粗糙度；( 3 ) 新混凝土种类和配比；( 4 ) 界面剂等。此外，新补混凝土的养护条件， 修补结构所处的使用环境也有一定的影响。 1 2 1 1 新老混凝土粘结面处理方法 老混凝土表诬处理是混凝土修补的第一步，也是关键的一步，表面处理的粗糙度是 影响粘结性能的主要因素。表面处理是指清除掉老混凝土结合面上所有损坏的、松动的 和附着的骨料、砂浆及杂质杂物，并使坚固的部分骨料露出表面，构成粗糙面以提高 牯结性。目前，已经有多种处理方法 2 1 ：( 1 ) 人工打毛法；( 2 ) 喷丸( 砂) 法：( 3 ) 高压水射法； 【4 ) 钢刷刷毛法；( 5 ) 喷蒸气法；( 6 ) 真空喷砂法；( 7 ) 喷烧法；( 8 ) 气锤凿毛法：( 9 ) 机械切削 法；0 0 ) 酸浸蚀法 高压水射法d 惶最好的方法：工作进行得迅速、有成效，没有振动、噪声和灰尘 此外。使用该法处理老混凝土表面，不扰动周围保留的混凝土，不会使周围混凝土产生 微裂缝，同时混凝土表面被清洁干净、湿润，这是获得良好粘结的最有利条件，界面粘 结强度高t 4 , 5 1 更重要的一点是：高压水射法适用于任何情况。在有钢筋的情况下，不但 不会损伤钢筋且能为钢筋除锈。 喷丸( 砂) 法用喷射机向老混凝土的待处理面喷射不同直径的钢球，通过喷射机控制 其喷射速度和喷射密度，可以得到能以平均深度定量描述的新老混凝土粘结面的处理 度，这样便于控制最为满意的表面处理度 人工打毛法、钢刷刷毛法1 6 1 具有施工筒便、成本低廉的特点，但是易损伤周圉的老 混凝土，处理效果不如上述方法。 1 2 1 2 粘结面粗糙度的量测 粘结面的粗糙度对粘结强度的影响非常大，因此，定量评估粘结面粗糙度就显得 尤为重要触针式平均深度法、灌砂法、硅粉堆落法、分维数法、及租骨料暴露比例法 是目前已有的评估方法 拜州大学硕士学位论文第一章绪论 文献 3 1 采用高压水射法处理老混凝土表面，提出了一种简单实用的平均深度量测法： 用四片塑料板环绕着混凝土处理面，使塑料板的最高平面和处理面的凸部的最高点齐 平，往其中浇灌标准砂超过处理面且和塑料板顶面抹平。处理面的平均深度可用下 面公式计算： 平均深度= 蔼溺；磊嘉凳氅 文献f 7 - 叼采用自制的分维仪，采用功率谱法分维、高差法分维和变步距法分维对粗糙 度进行研究 文献 9 1 提出用表面粗骨料暴露的百分比来度量表面租糙度：即 a 级粗糙度：约有l o 的粗骨料可见： b 级粗糙度：约有3 0 4 0 的粗骨料可见； c 级粗糙度：约有6 0 8 0 的粗骨料可见。 1 2 1 。3 修补枋料的选择 为保证新老混凝土粘结面具有较好的粘结性能，修补用新混凝土材料应力求与老混 凝土所用的相同，新混凝土的强度应比老混凝土强度高一个等级f ”。修补后结构的耐久 性取决于新老混凝土粘结的耐久性和修补材料的耐久性因此，根据不同情况选择不同 的合适的修补材料非常重要一般情况下对修补材料来说，最重要的性质是它与老混 凝土的粘结力。此外，还要求其热膨胀系数及弹性模量与老混凝土的相接近，而且耐久， 强度至少要与老混凝土的相等。 混凝土修於常常因为叛老混凝土之闯的粘结失效恧导致破坏，虽然在开始时新老混 凝土之间有较好的粘结性，但由于新混凝土的收缩在新老混凝士粘结面上产生应变，该 应变大的足以能使粘结破坏，因此，应选择收缩小的材料作为修补材料文献1 1 0 l 对补偿 收缩砂浆在修补中的作用进行了研究，认为其低收缩性能有益于得到良好的粘结性能。 为了减少新混凝土的收缩，改进新老新凝土的粘结性能在新混凝土中加入碳纤维i 1 、 尼龙纤维和钢纤维 2 1 ，应用预铺骨料混凝土f 1 习和有机聚合物及其改性材料【1 3 ，1 4 1 作为修补 材料的研究也在进行。 1 2 1 4 牯结剂的釉类及研究状况 在处理好的老混凝土表面涂刷粘结剂可以得到良好的粘结性能1 4 , 1 5 j ，它可改善新老 混凝土的粘结微观结构嘲，提高粘结强度常用的粘结剂有水泥净浆、水泥砂浆【、快 硬铁铝酸盐水泥浆、掺膨胀剂的水泥浆1 2 1 、环氧类粘结剂、聚合物类界面剂【m 1 7 1 以及一 些专门生产的粘结荆。从粘结效果、成本及施工等方面综合考虑，与新混凝土同配合比 的水泥净浆是其中比较理想的一种界面剂 1 4 , 1 6 1 界面剂的最大涂刷厚度不要超过 3 r a m l l 7 1 ，过厚则使粘结性能下降，最好以o 5 m m 1 5 m m 为剖1 4 1 在国外，还有通过在 新老混凝土界面之间增加机械栓或界面钢筋将二者连在一起来增加粘结强度f 1 睨”，并对 界面力的传递机理进行研究 1 ，2 1 5 龄期对新老混凝土粘结的影响 郑州大学硕士学位论文第一章绪论 由于存在自身的物理化学反应随时间变化及环境条件的变化，新老混凝土的粘结性 能实际上是与时间有关的田】。文献田】对修补后的高速公路桥梁进行长达6 0 周的实地应变 监测，结构内部的应变变化揭示出试件对修补加固结构内力的影响文献脚l 研究发现两 个月和六个月的粘结性能存在明显的差异。文献1 2 5 用有限元方法分析出湿度随时间变化 会引起收缩和徐变的变化，进而对粘结面应力分布产生影响新老混凝土的粘结强度是 照着新混凝的龄期增长丙增长的i i 习 1 2 2 粘结模型和机理研究 1 2 2 1 新老混凝土的粘结模型 e r n m o n s 。p h 等人 2 6 3 提出了一种三区粘结模型，即分别为新混凝土区，界面区、老 混凝土区 文献【2 7 】把新老混凝土的粘结模型分为扩散层、强效应层、弱效应层三区组成。它探 讨了微观结构与宏观力学性能的关系，通过扫描电镜观察，发现新老混凝土界面之间存 在明显的过渡层，该过渡层可以分为渗透层、强效应层、弱效应层三个薄层，其中强效 应层的特性显著影响界面粘结性能。并分析了老混凝土龄期、老混凝土孔隙率、新混凝 土水灰比、新混凝土种类及界面剂对强效应层厚度的影响。 文献【2 】提出了新老混凝粘结的双界面一多层区粘结模型。新老混凝土的粘结是由 新混凝土区，老混凝土区，新老混凝土粘结过渡区组成，新老混凝土粘结区是一个多层 区的结构粘结过渡区是包含双界面( 老混凝土处理面和新混凝土粘结面) 及其间缝隙， 一部分新混凝土及一部分老混凝土的界面过渡区。 1 2 2 2 新老混凝土的粘结机理研究 新老混凝土粘结的整体宏观力学性能其实是界面的微观结构的具体表现，对微观机 理的研究是从本质上对新老混凝土粘结性能的揭示。一般认为，范德华力、化学力、机 械咬合力和表面张力是界面粘结力的主要来源【2 8 , 2 9 1 。 文献1 8 】认为新老混凝土粘结层是叠合层面，其内部存在着许多不利于粘结的因素。 新混凝土浇筑之前，老混凝土粘结面除了凿毛外还必须泅水泅水饱和度对粘结强度有 一定的影响。泅水不足时，老混凝土将从新浇混凝土中吸收水分，如果粘结面附近的新 混凝土失水过多。那么这部分的水化反应将不充分，影响粘结强度。当泅水充足时，老 混凝土粘结面上的粗骨料周围将形成一个薄层水膜，这部分骨料将同新混凝土中的骨料 一样，在周围形成“过渡层”。过渡层”1 3 0 1 1 勾水灰比高，水化晶体尺寸大，结构疏松， 是低强区。当新老混凝土中的骨料相距较近时。其叠加效应将更显著，此局部桔结层的 粘结强度会更低。 文献【1 3 】通过扫描电镜分析了不同种类粘结剂形成的不同的界面微观结构。 也有一些学者从断裂力学角度分析了新老混凝土的粘结机型3 l 】，及分析了聚合物水 泥砂浆与混凝士粘结界面的断裂性能f 3 2 】，文献【3 3 1 从试验与有限元计算两方面综合分析了 界面的力学性能。 4 1 2 2 3 粘结区的破坏机理 文献【3 4 提出了粘结区混凝土的破坏机理。认为在进行新老混凝土粘结试验及实际混 凝土修补时，新老混凝土有唯一的一个结合曲面，但新老混凝土粘结破坏曲面不是唯一 的( 即不一定在原来的结合曲面处破坏) ，在原结合曲面附近有无数个可能的破坏曲面， 这些曲面构成一个“新老混凝土粘结破坏区”实际上新老混凝土粘结破坏区是由老混 凝土、粘结界面和新混凝土所组成的一个特殊的新老混凝土过渡层。新老混凝土粘结的 成败取决于这一过渡层混凝土的微观结构和力学特性。粘结区的混凝士破坏机理与整浇 混凝土的破坏机理基本相同，所不同的是，其内部的潜在缺陷比整浇混凝土更严重，且 内部初应力( 应变) 更复杂这是粘结区混凝土力学性能较整浇混凝土低的主要原因粘 结区内部潜在的缺陷比整浇混凝土严重的多，造成这种严重缺陷的原因主要有以下几 点：( 1 ) 粘结面附近老混凝土的强度劣化及粘结界面凿毛处理时，对老混凝土石子的扰动； ( 2 ) 新老混凝土粘结界面处，新老混凝土结合不良；( 3 ) 新混凝土浇筑不实及新混凝土本 身固有的结构组织特性( 例如轻骨料混凝土) 。粘结区混凝土内部严重的潜在缺陷是造成 粘结区混凝土破坏的主要原因之一；原因之二是其内部复杂的初应力( 应变) 。由于粘结 区有已受力的老混凝土和新浇筑的新混凝土，老混凝土中的应力与新浇筑时产生的温度 应力、收缩应力等交织在一起，可能在粘结区混凝土中构成复杂的初应力。这些复杂的 初应力和严重的混凝土内部缺陷，影响了秸结区混凝的力学性能。 1 2 3 新老混凝土粘结性能试验方法的研究 新老混凝土粘结面在实际工程中会受到各种作用，因此研究粘结劈拉强度、粘结弯 折强度、粘结剪切强度、粘结多轴强度、粘结收缩性能及粘结抗渗性能等物理力学指标， 是混凝土结构粘结加固设计及已加固结构安全性与耐久性评估的基础。目前，用于新老 混凝土粘结性能测试的试验方法很多，主要是对抗拉性能和抗剪性能的测试。 现场直接抗拉试验法d 5 l 可以在现场直接测定粘结质量和强度，具有准确和可靠的性 质，已经被a c i 推荐为一种标准试验方法。劈裂抗拉试验b 即6 j 7 1 和弯曲抗折试验8 删则 是间接的抗拉试验方法，与直接抗拉试验相比，间接拉伸试验较易得到精确解。直接剪 切试验方法 3 9 , 4 0 虽有提及，但研究最多的还是斜剪试验，斜剪试验实为抗压试验。文献 4 q 通过对强弱粘结的强度和变形的敏感程度的测量，评定了斜剪、间接拉伸和两种弯曲 试验，发现斜剪试验是最合适的试验方法。文献1 4 2 1 采用z 形试件进行了拉剪试验，文献 3 7 1 采用z 形试件进行了压剪试验。g e o r g ez v o y i a d j i s 萍j 修补后的混凝土进行二轴试验 【4 3 】，分析研究了在拉压二轴力的作用下应力应变分布情况。 1 3 钢纤维混凝土的基本性能m 钢纤维混凝土是一种性能优良且应用广泛的新型复合材料。由于钢纤维阻滞基体混 凝土裂缝的开展。从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提高，其抗冲击、 抗疲劳、裂后韧性和耐久性也由较大改善。近2 0 年来，国内外对钢纤维混凝土的力学和 郑州大学硕士学位论文第一章绪论 结构性能做了大量的研究，并将其用于道路、桥梁、隧道、水力、海洋、建筑和耐火材 料结构等各项工程中 1 3 1 钢纤维对混凝土的增强效果和影响因素 钢纤维混凝土中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻 滞宏观裂缝的发生和发展，因此对于其抗拉强度和主要由主拉应力控制的抗剪、抗弯、 抗扭强度等有明显的改善作用当纤维掺量( 体积率) 在l 2 范围内，抗拉强度提 高2 5 5 0 ，抗弯强度提高4 0 8 0 ，用直接双面剪试验所测定的抗剪强度提高 5 0 1 0 0 抗压强度提高较小，一般在o 2 5 之间 根据纤维增强机理的各种理论，诸如纤维间距理论、复合材料理论和微观断裂力学 理论以及大量试验数据的分析，纤维的增强效果主要取决于基体强度( 尼) 、纤维的长 径比( 4 d ，) 、纤维的体积率( p ，) 、纤维与基体间的粘结强度( f ) ，以及纤维在基 体中的分布和取向的影响( 玎) ，即钢纤维混凝土的强度厂，为： f f = f v m ，l f a ：p f f q ) 许多研究者根据试验数据回归出实用的半经验半理论公式。 1 3 2 钢纤维混凝土的变形性能 钢纤维混凝土弹性阶段的变形性能与其他条件相同的普通混凝土没有显著差别，受 压弹性模量和泊松比与普通混凝土基本相同，受拉弹性模量随纤维掺量的增加约提高 o 2 0 ，在设计中可以忽略这种差别 韧性是衡量塑性变形性能的重要指标，通常用与荷载位移曲线下( 或应力应变曲线) 面积有关的参数表示。不论抗压、抗弯和抗冲击韧性都随上述的影响纤维增强效果诸因 素的增强而提高。在通常的纤维掺量下，抗压韧性可提高2 7 倍，抗弯韧性可提高几 倍到几十倍；弯曲冲击韧性可提高2 4 倍，板式试件落球法击碎试验所测得的冲击韧 性可提高几倍到几十倍。 1 3 3 钢纤维混凝土的收缩、徐变和疲劳性能 钢纤维混凝土的收缩值随着纤维掺量的增加而有所降低，在路面和其他结构中，由 于钢纤维的约束作用还可以消除或较小收缩裂缝，或较小收缩裂缝宽度。持续荷载下钢 纤维混凝土的受压徐变与替他条件相同的普通混凝土相比略有降低，然而为了获得较好 的和易性而增加钢纤维混凝土的水灰比时。徐变会略有增加。 另外，钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能较普通混凝土都有较大改善。 1 3 4 钢纤维混凝土的耐久性能 钢纤维混凝土在各种物理因素作用下的耐久性一般说来都有不同程度的提高，其中 耐冻融性、耐热性和抗气蚀性有显著提高。掺有1 5 钢纤维的混凝土经1 5 0 次冻融循 6 郑州大学硕士学位论文第一章绪论 环，其抗压和抗弯强度下降约2 0 ，而其他相同条件的普通混凝土却下降6 0 以上。 掺有不锈钢纤维的耐火混凝土，在高温下的抗弯强度和耐剥落寿命都有明显提高钢纤 维混凝土在高速水流作用下的抗蚀能力有一定提高。 钢纤维混凝土的抗渗性能与普通混凝土相比没有太多变化，但是由于其抗裂性能 好，故常用于有抗渗要求的薄壁蓄液结构。 通过国外学者做了大量的试验和现场暴露试验，几乎得出一致的结论：钢纤维混凝 土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性。但是，在荷载或其他因素作用下已经 开裂的钢纤维混凝土，长期跨越裂缝暴露在腐蚀环境中的钢纤维的腐蚀速度取决于环境 和裂缝状况，当纤维断面腐蚀到其抗拉能力低于粘结强度时，承载能力将有所降低 1 4 本文的主要研究内容 为了了解钢纤维混凝土与既有混凝土的粘结性能，本文进行了以下几个方面的研究 和分析： ( 1 ) 通过2 7 组共8 1 个l o o m m l o o m m x l o o m m 和l o 组共3 0 个 1 5 0 m m x l 5 0 m m x l 5 0 m m 钢纤维混凝土与既有混凝土粘结试件的劈拉试验，研究了新混 凝土中钢纤维体积率、浇筑方式等对粘结试件劈拉性能的影响，探讨了粘结试件的尺寸 效应和劈拉变形性能。 ( 2 ) 通过3 5 组共1 0 5 个粘结试块的快速冻融试验，探讨钢纤维混凝土与既有混凝土 粘结面在水饱和状态下，冻融循环次数和修补混凝土中钢纤维体积率等对粘结面劈裂抗 拉强度的影响；同时。通过4 0 组共1 2 0 块l o o m xl o o r r 啊x1 0 0 m 及1 0 组共3 0 块1 0 0 硼n xl o o m x 4 0 0 r a m 钢纤维混凝土整体伴随试件，系统分析了钢纤维混凝土整体试件的抗冻 性能。 ( 3 ) 通过3 6 个混凝土整体圆台柱体试件和3 0 个新老混凝土粘结复合圆台柱体试件的 相对抗渗性试验，研究钢纤维体积率对钢纤维混凝土及其与既有混凝土粘结的渗透性能 的影响，对钢纤维混凝土与老混凝土粘结面渗流特性也进行了初步的理论分析。 参考文献 【l 】蒋元炯、韩索芳主编，混凝土工程病害与修补加固【m 】，海洋出版社，北京，1 9 9 6 【2 】赵志方，新老混凝土粘结机理和测试方法【d 】大连理工大学博士论文，1 9 9 8 【3 】i c h i r oa d a c h i ，s h i g e m is a k o d a 。t e r u oy a h i r o , a ne x p e r i m e n t a ls t u d yo ft h et r e a t m e n to f 删i o n j o i n t s i n c o n e r o t e s t r u c t u r e s u s i n g w a t e r j e t m e t h o d r 4 “p r i c w j t l 9 9 5 【4 1j o h na w e l l s ，r o b e r td s t a r k , d i m o sp o l y z o i s ，g e l l i n gb e t t e rb o n di nc o n c r e t eo v e r l a y s j c o n c r e t e i n t e r n a t i o n a l ，1 9 9 9 ，( 3 ) ：4 9 - 5 2 【5 】j o h a ns i l f w e rb r a n d ，i m p r o v i n gc o n e t 恤b o n di nr e r e db a d g ed e c k j c o n c r e t ei n t e r n a t i o n a l ， 1 9 9 0 ，( 9 ) ：6 1 - 6 6 【6 1a d a c h i 、k u n i m i t us h l b u y aa n ds a d a ok i m u r a ，m o s ts u i t a b l es u r f a c et r e a t m e n to f t h ce x i s t i n g c o n c r e t ep a v e m e n t j j o u m a lo f c h i b ei n s t i t u t eo f t e c h n o l o g yn o 3 71 9 9 l ：6 4 7 3 塑些奎兰璧圭兰堡篁三量= 茎堑鎏 【7 】于跃海，分形及分数维理论在新老混凝土粘结机理研究中的应用【d 1 大连理工大学硕士学位论 文，1 9 9 8 年 【8 】袁群，老化病害混凝土结构质量评估及粘结加固中的基础问题研究【d 1 大连理工大学博士学位论 文，2 0 0 0 年1 2 月 【9 】m h f i e b i c h ，i n f l u e n c eo ft h es u r f a c er o u g h n e s so nt h ea d h o r m w eb e t w e e nc o n c r e t ea n dg u n i t e m o r t a ro v e r l a y s , a d h e r e n c eo fy a n go no l dc o n c r e t e r e d i t e db yf o l k e rh w i m a n n ， a e d i f i c a t i ov e r l a g u n t e r e n g s t r i n g e r ，1 9 9 4 【1 0 1e c i f f e m i ，s h r i n k a g ec o m p e n s a t e dm o r t a r s ：i ma p p r o a c ht oc o n c r e t es t r a c m r a lr e p a i r , a d h e r e n c eo f y o u n g o n o l d c o 眦畹【r 】，e d i t e db yf h m n m 鲫f i ，1 9 9 4 【il 】c h e np u - w o e i ，f ux u l i ，i m p r o v i n gt h eb o n d i n gb e t w e e no l da n dn e wc o n c r e t eb ya d d i n gc a r b o n f i b e r st ot h ec o n c r e t e j c e m e n ta n dc o n c r e t er e s e a r c hv 0 1 2 5n o 3a p t , 1 9 9 5p p 6 4 3 - 6 5 0 【1 2 k i n gj ，w i l s o na ，i fl f ss t i l ls t a n d i n g , i tc 锄b er e p a i r e d 田c o n c r e t ec o n s t r u c t i o nv 0 1 3n o 7 j u l 1 9 8 8p p 6 4 3 - 6 5 0 【1 3 】管大庆、陈章洪、石锡珠，界面处理对新老混凝士粘结性能的影响【j 】混凝土，1 9 9 4 ( 5 ) ：1 6 - 2 2 【1 4 1m o h a m e da h ，a b d e i - h a l i ma n dh s c h i m ，s t r e n g t he v a l u a t i o no f s h o t e r e t e r e p a i r e db e a m s 忉a c i s t r u c t u r a lj o u r n a l v 0 1 s 6 n o 3m a y - j u n e1 9 8 9p p ：2 7 2 - 2 7 6 【1 5 】敖进涛、谢慧才、熊光晶、陈肇元。影响新老混凝土粘结界面强度的主要因素f j 】工程力学增刊 1 9 9 7 ，( 2 ) ：3 2 8 - 3 3 3 【1 6 】b r i c e s u p r e m a t b o n d i n g n e wc o n c r e t e t o o i d v c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n ，1 9 8 8 ( 7 ) ：6 7 6 - 6 8 0 【1 7 1w s t e i n e r p r o d u c t sa n da p p l i c a t i o no fb o n d i n ga g e n t sf o rc o n c r e t ea d h e r e n c eo fy o u n go i lo l d c o n c r e t e m ，e d i t e db yf h w i t t m a n n 。1 9 9 4 【1 8 】r o b e r t a b a s s , r m n o n l c a r r a s q u i l o , j a m e s o j i r s a s h e a r t r a n s f e r a c r o s s n o w a n d e x i s t i n g c o n c r e t e i n t e r f a c e s j a c is t r u c t u r a lj o u r n a l ，1 9 8 9 ( 4 ) ：4 9 - 5 2 f 1 9 e w a l t e r , e m e i e r t h e u s co fm e c h a n i c a ld o w e l sa sb o n de l e m e n t sb e t w e e nn e wa n do l d c o n c r e t e m a d h e r e n c eo f y o u n go no l dc o n c r e ；e , e d i t e db yf h w i t t m a n n ，1 9 9 4 【2 0 】e s e i b l e ，c t l a t h a m h o r i z o n a ll o a dt r a n s f e ri ns t r u c t u r a lc o n o f c t eb r i d g ed e c ko v e r l a y s 【j 】j o u r n a lo f s t r u c t u r a le n g i n e e r i n g , 1 9 9 0 ，1 1 6 ( 1 0 ) ：2 6 9 1 - 2 7 1 0 【2 1 】t e t a s s i o s e l i s a b e t h n v i n t z e l e n u c o n c r e t e - t o - c o n c t - t ef r i c t i o n 【j 】j o u r n a lo fs t r u c h a l e n g i n e e r i n g , 1 9 8 7 , 1 1 3 ( 4 ) ：8 3 3 - 8 4 9 2 2 】i u h e r k o v i c h , q u e s t i o mc o n c e r n i n gt h el o n g - t i m eb e h a v i o ro fc o n c r e t er e p a i r s 【j 】a d h e r e n c eo f y o u n go no l dc o n c r e t e , e d i t e db ye h w i t t m a n n , i 9 9 4 2 3 】e s ，m a n g a t , f , j o f l a h e r t y , l o n g - t e r mp e r f o r m a n c eo fh i g h - s t i f f n e s sr e p a i r si nh i g h w a ys t l m , c t u r e s f j 】m a g a z i n eo f c o n c r e t er e s e a r c h ，1 9 9 9 ，5 1 ( 5 ) ：3 2 5 - 3 3 9 1 2 4 c a r o l i n et a l b o t , e ta 1 i n f l u e n c eo fs u r f a c ep r e p a r a t i o no nl o n g - t e r mb o n d i n go fs h o t c r e t e 【j 】a c i m a t e r i a l sj o u r n a l 。1 9 9 4 ，( 6 ) ：5 6 0 - 5 6 6 【2 5 】m k a l i m u rr a h m a n , e ta j m o d e l i n go fs h r i n