模袋混凝土粘结强度研究.doc

学号 学号 20130121382013012138 20172017 届本科生毕业论文 设计 届本科生毕业论文 设计 题 目 模袋与混凝土粘结强度研究 学院学院 系系 水利与建筑工程学院水利与建筑工程学院 专业年级 专业年级 水利水电工程水利水电工程2013级级1班班 学生姓名 学生姓名 哈永强哈永强 指导教师 指导教师 闫宁霞闫宁霞 副教授副教授 合作指导教师 合作指导教师 完成日期 完成日期 2017年年6月月 模袋与混凝土粘结强度研究 学生 哈永强 专业年级 水利水电工程2013级1班 指导教师 闫宁霞 摘 要 模袋混凝土由于其施工机械化程度高 速度快 适应性强 在护岸 护坡 渠道衬砌 等诸多工程中应用越来越广泛 模袋混凝土加固结构的的成功与否关键在于模袋与混凝土的粘结强 度的优劣 由于渠道衬砌混凝土的强度一般为 C20 C30 本文通过三分点加载试验 测定了 C15 C40 共 6 个强度等级模袋混凝土梁的弯拉强度 应力应变和荷载 位移曲线 同时 测定了 同尺寸无模袋混凝土梁的相关结果 以便对照研究不同强度等级的自密实混凝土与模袋之间的粘结 规律 取得如下主要研究结果 1 模袋与混凝土之间的粘结强度混凝土强度等级的提高而增大 当强度等级为 C15 到 C40 时 粘结强度由 995 4Pa 增大到 2986 2Pa 2 模袋对混凝土抗剪是有帮助的 提升了混凝土 10 左右的抗剪强度 可以让构件的安全 得到提高 大大增强了混凝土的韧性 3 各强度下的模袋混凝土随着荷载加大 应变随之增大 在荷载较小时各强度下模袋混凝 土的应变相差不大 无法体现出模袋混凝土的优越性 随着荷载增大 强度越大的模袋混凝土应变 越大 对混凝土的良性影响越大 关键词 模袋混凝土 粘结强度 应变值 STUDY ON BOND STRENGTH OF DIE BAG AND CONCRETE ABSTRACT As a new type of composite material mold bag is used to replace traditional materials making it more and more common Because of the advantages of high tensile strength and elastic modulus light weight corrosion resistance and convenient construction the bag has been widely used in the field of reinforcement The success of the reinforcement structure of the bag concrete is the key to the bonding strength between the bag and the concrete This paper uses the method of experimental study and data analysis to study the bond strength between the last and the concrete interface The study on the bond strength of mold bag concrete is one of the main problems of the bag concrete Through the study of the bond strength between concrete and mold bag concrete to compare the difference between the mold bag and concrete the advantages and disadvantages of the bag concrete are obtained On the one hand there is an understanding and mastery of the bond strength between the mold bag and concrete on the other hand the other party is familiar with and master the problems in the actual work and explore and find the solution to the problem and also in depth study of the test data and numerical calculation data analysis method This experiment is to obtain the mechanical properties parameters of concrete used in the bond strength test of the bag and concrete such as concrete compressive strength failure load and so on these parameters are important in the stress failure process and theoretical calculation of the analysis structure This experiment designed the mix proportion conducted the trial mixing and then designed the bond strength test of the interface of the module concrete component 12 cubic and 36 cuboid test components were designed and their properties were studied and the preliminary experimental results were obtained The 18 specimens of the bag need to stick to the strain gauge measure it and get the data Finally the bond law of different strength of model bag concrete is obtained with the increase of load the larger the strength of mold bag concrete the greater the bond strength KEY WORDS mold bag concrete bond shear stress strain value 目 录 第一章 绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究进展 2 1 2 1 国内外模袋混凝土工艺研究 2 1 2 2 国外纤维布与混凝土粘结性能的研究现状 3 1 2 3 国内纤维布与混凝土粘结性能的研究现状 4 1 4 研究意义及内容 5 1 5 技术路线 6 第二章 材料与方案 7 2 1 试验原材料 7 2 1 1 水泥 7 2 1 2 粉煤灰 7 2 1 3 减水剂 聚羧酸 7 2 1 4 粗骨料 8 2 1 5 砂子 8 2 1 6 引气剂 8 2 1 7 模袋 9 2 2 试验设计 9 2 3 配合比设计 10 2 4 试验方法 12 2 4 1 抗压强度 13 2 4 2 粘结强度 13 2 4 2 1 测试方法 13 2 4 2 2 测试仪器 14 2 4 3 挠度试验 15 2 4 3 1 测试方法 15 2 4 3 2 测试仪器 15 2 4 3 3 加载方案 15 第三章结果与分析 16 3 1 抗压强度 16 3 2 粘结强度 16 3 3 破坏荷载及挠度 20 3 3 1 破坏荷载 20 3 3 2 挠度 20 3 4 模袋与混凝土粘结机理分析 24 3 4 1 吸附理论 24 3 4 2 断裂力学理论 24 第四章结论与展望 25 4 1 结论 25 4 2 展望 25 参考文献 26 致谢 29 中英文文献 31 第一章 绪论1 第一章 绪论 1 1 研究背景 随着经济社会不断快速发展 我国水资源形势发生了巨大变化 水质水环境恶化 地区性缺水 洪涝干旱 农田水利基础设施薄弱 粗放型用水模式尚未彻底转变等一 系列问题频发 整体水环境面临严峻考验 2011 年初 中共中央国务院颁布了 中共 中央国务院关于加快水利改革发展的决定 一号文件 这是新中国成立 62 年来中央文 件首次对水利工作进行面部署 充分表明了中共中央加快水利发展 提升整体防灾减 灾水平的决心 文件详细阐述了水利面临的新形势 明确了新形势下水利的战略地位 和作用 全面部署今后 5 10 年的工作任务 具体涵盖大中小型水库除险加固 大中 小型河流治理 小型水库防汛预警系统建设 饮水安全工程 节水灌溉等诸多项目建 设 计划从根本上扭转水利建设历史欠账多 无法适应新形势需要的局面 1 由此看 来 水利行业发展已被提高到了一个战略性的高度 而中央持续加大对水利行业的投 入也充分说明水利工程建设将进入一个如火如荼的阶段 水利工程存在着工作条件复杂性以及施工条件艰巨性等特性 近年来 随着经济 快速发展 科技飞速进步 涌现出一大批新材料 新技术 新工艺 取代了传统的施 工工艺 从而达到节约资源 降低工程成本 提高经济效益的目的 模袋混凝土就是 诸多新型技术中的一种 它作为一种新型的防护工具 在水闸 水库 河道等工程中 具有广阔的应用空间 模袋混凝土作为一种新兴的施工工艺 有着整体性好 地形适应性强等诸多优点 但同样存在诸如缺乏相应的指导标准 施工质量不易控制 后期维护不易操作等一系 列问题 但正是由于模袋混凝土高性能特点使得其对混凝土的组分要求及施工工艺 特别是对配合比的要求 比普通混凝土要严格得多 模袋混凝土是采用以高强低伸的丙纶 锦纶或涤纶复合成的材料纤维织成的双层 织物的模袋做软体模具 采用大流动度自密实混凝土做填充料 可以通过混凝土泵把 混凝土充灌进模袋 当混凝土凝固后成型为高强度刚性硬结模块 是达到了各项的设计 技术指标要求的混凝土砌体 它起到了护坡 护底 防渗等作用 由于模袋混凝土具 有造价低 技术简单 整体性能好 耐久性强 地形适应能力强 施工速度较快 省 工省时 并可以抗化学腐蚀等特点 并且可以适用于各种复杂地形 在水下施工时不需 做围堰 机械化程度高 施工速度快且工程维护费用低 工程质量也容易得到保证 在道 路 水库 海堤 水利等各方面可以广泛的应用 因此在国内发展很快 2模袋与混凝土粘结强度研究 1 2 研究进展 1 2 1 国内外模袋混凝土工艺研究 模袋混凝土 顾名思义就是采用特殊织物做成的模袋作为载体 通过混凝土泵将 砂浆或混凝土充灌进去 成型后起到护坡 护底 防渗等作用 使用模袋混凝土技术 克服了诸如河道水位过高等不利因素的影响 在保证工程质量的同时 极大地提高了 工作效率 降低了施工风险 目前国内外对于纤维布粘结性能的研究已有不少的成果 把模袋假想为特殊的碳 纤维布 可以借鉴纤维布粘结强度的研究方法 研究模袋与混凝土之间的粘结强度 模袋混凝土工艺由美国 Construction Techniques INC 公司发明 杨勇 etc 2007 最 早应用于 1969 年竣工的加拿大多伦多航道试验工程中 19 世纪 80 年代以后 日本旭 化成株式会社根据美国 Construction Techniques INC 公司的发明 1960 年专利 用高强度 涤纶 66 型布制成了各种模袋又称法布 法布具有透水性 使混凝土剩余水分受到浇注 压力后可以及时排除 使水灰比降低 加快混凝土或砂浆凝固 得到高密度 高强度 的混凝土或砂浆砌体 据初步了解 在美 英 法 日 加拿大 新西兰及港澳台等 国家和地区 都在诸如河道治理 公路防护 地基处理等工程中广泛应用 积累了丰 富的工程经验 也充分证明了模袋混凝土的实际可操作性和价值 模袋混凝土技术引进到我国始于 1985 年 最早应用在江苏无锡锡澄运河南闸段 开启了我国模袋混凝土技术应用的先河 取得了巨大的成功 特别是 1988 年遭遇特大 洪水 土工织物和模袋等新材料发挥了较大作用 从而加快了模袋混凝土技术在我国 的推广 沈永科 2006 15 模袋混凝土具有整体性好 耐久性好 地形适应性强 施工速度快 省工省时 并可以在水下铺设充灌施工等特点 可以应用在道路 水库 河渠 海堤 港湾等许多工程上 王宏江 etc 2002 3 如今 模袋混凝土技术已先后 应用于江浙沪 东北 内蒙古等地的河道护坡工程 取得了很好的效果 并且还在不 断推广之中 具体表现有 1 原材料生产规模和种类快速增加 现今模袋布材料已从原有的单一锦纶材料 增加到为丙纶 涤纶 锦丙等多种材料 模袋布选择多样化 无锡新海浪框格 又称花 盆式 模袋新产品的诞生 填补了国内空白 生产品种出现新突破 2 模袋混凝土施工工艺水平提高 从最初的岸上人工铺设作业到水下潜水员辅 助作业 从铺灌法到滑道施工法 从最初内陆河流护岸施工到海洋防护工程 从以前 的浅水作业到现今的 12 米施工水深 模袋混凝土施工技术施工工艺有了大幅度提升 3 模袋混凝土的充填厚度增加 原先的内陆施工一般仅局限于 10 厘米 15 厘 米 现今已逐步达到 60 厘米甚至更多 而且从单层结构成长为多层 大大增加了护坡 厚度 提升了防护能力 4 模袋填充料不再局限于水泥混凝土 当前 根据地质条件的多样化 模袋充 第一章 绪论3 填材料已由单一的混凝土充填发展为粉煤灰 珊瑚砂石粗骨料等多种材料 适应性更 强 在模袋混凝土施工工艺方面 众所周知 对水流进行控制是水利工程施工中最 有效的工程措施之一 袁光裕 2005 4 应用模袋混凝土施工的最主要目的是克服水下 施工中水流对混凝土产生的各种影响 目前国内最常用的模袋混凝土施工方法有驳船 滑道法和水下铺灌法 黄小雄 2004 9 与普通浆砌块石相比较 模袋混凝土有着整 体性好 不会因嵌固不紧使块体错动而产生坡面坍塌 施工速度快 节省了大量劳动 力等诸多优点 另外其抗冲刷性能好 国外资料表明它有寿命达 30 余年而不需要维 修的例子 杨智 etc 2000 16 模袋混凝土作为一种全新的施工技术 已经获得广泛 应用并且逐渐趋于成熟 也许还会成就未来一种理想的护坡结构 周日仔 2005 1 2 2 国外纤维布与混凝土粘结性能的研究现状 美国在 1960 开始对 FRP 进行研究 研究的重点主要集中在 GFRP 自此以后 日 本 欧洲部分国家和地区的许多大学 科研院所相续对纤维布加固混凝土结构构件进 行大量的研究和开发 并根据试验的成果编制了本国的行业标准和施工规范 自此以 后 应用 FRP 加固混凝土结构构件技术在工程中得到了广泛的应用和推广 Michael J Chajes Michael J Chajes etc 1996 等通过单剪试验研究混凝土强度对 CFRP 粘结长度影响 试验研究结果表明 1 当粘结破坏发生在混凝土表层时 粘结强 度与混凝土抗压强度的平方根成正比 2 当纤维布粘结长度小于一定长度 约为 80mm 时粘结强度随粘结长度的增加而增加 而当粘结长度超过该长度时 随着粘结长度的 增加 粘结强度基本不增加 F Ceroni G Manfredi M Pecce F Manfredi G 通过试验结果分析认为影响 CFRP 粘贴加固钢筋混凝土梁的裂缝宽度的主要因素有截面配筋率 CFRP 的层数以及 CFRP 与混凝土界面的粘结滑移关系 Tom Norris 等 Tom Norris 1997 通过外贴 CFRP 加固钢筋混凝简支梁抗弯 抗 剪的试验研究 试验结果认为 CFRP 布粘贴方向对钢筋混凝土简支梁的承载力和刚度 的提高有显著的影响 当 CFRP 布垂直试件开裂的方向进行粘贴加固时 试件的强度 和刚度得到明显的提高 粘贴 CFRP 端部试件发生剥离破坏 当 CFRP 的粘贴方向与 试件裂缝方向平行的时候 试件的强度和刚度都增长不大 但试件的延性相对较好 13 Wendel Wendel M Sebastian 2001 对 FRP 加固梁的破坏模式进行了分析 认为 粘结破坏是一种脆性破坏方式 Swamy Swamy 1999 通过研究双剪试验 试验结 果认为随混凝土强度的增加 纤维布与混凝土的平均剪应力也随着增加 Sheikh Sheikh 2002 等通过八根圆形柱和四根矩形柱抗震性能的试验研究 认为经 过 FRP 加固修复后的混凝土柱抗震性能得到明显的提高 8 4模袋与混凝土粘结强度研究 1 2 3 国内纤维布与混凝土粘结性能的研究现状 我国从 1997 年开始从国外引入碳纤维布加固混凝土结构技术 其中最早进 行了这项工作的是国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心 随后 许多高校 和科研院所也进行了 FRP 与钢筋混凝土构件粘结的试验研究 经过多年的努力 在大量试验研究的基础上 结合国内外的加固规范 提出了自己的一些独特的设 计理论和方法 为工程应用积累了宝贵的经验 2001 年杨勇新 杨勇新 etc 2001 通过碳纤维布与混凝土的粘结性能试验 并应 用断裂力学理论对 CFRP 与混凝土的粘结机理进行了描述 并根据试验结果提出了碳 纤维布的有效粘结长度在 100mm 左右 19 谭壮等通过 4 根 GFRP 加固梁和一根 CFRP 加固梁受弯性能的试验研 谭壮 etc 2002 分析了它们的受弯性能 破坏特征以及刚度 同时对其正截面受弯承载 力进行了计算 王李果通过 4 根 GFRP 加固的钢筋混凝土 T 型梁进行了试验研究 王李果 etc 2000 分析了经 GFRP 加固的钢筋混凝土梁抗弯承载力 认为其承载力有了明显的 提高 并提出了 T 型加固梁的抗弯承载力计算公式 在考虑了配筋率和加固量对极限 抗弯承载力影响的条件下 史丽远进行了 15 根 GFRP 加固的钢筋混凝土试验研究 史 丽远 etc 2001 提出了抗弯承载力计算公式 吴刚等通过对外贴 CFRP 混凝土梁的粘结破坏进行了研究 对比了端部粘结 破坏和非端部粘结破坏的破坏特征 破坏机理以及参数影响 吴刚 etc 2004 陆新征通过对 FRP 加固钢筋混凝土梁抗剪剥离破坏进行研究 陆新征 etc 2004 提出了抗剪承载力计算公式 同时跟 ACI 440 公式 加拿大设计规范建议公式 欧洲 设计规范建议公式 Chen Teng 公式 谭壮公式 张一叶公式等抗剪加固承载力计算 公式进行了对比 土文炜 赵国藩进行了 14 根玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁试验研究 土文炜 赵国藩 2004 试验结果表明经过玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁抗弯承载力提高 较多 同时提出了玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁的相对界限受压区高度和设计极限拉应 变 14 潘芬芬等完成了 CFRP 加固钢筋混凝土梁的疲劳试验研究 潘芬芬 etc 2000 试验结果表明 CFRP 与混凝土构件在 200 万次循环荷载作用下 两者共同工作的性能 良好 满足疲劳要求 15 熊光晶 姜浩等通过用玻璃纤维布和碳纤维布对钢筋混凝土梁进行混杂加固 的试验研究 试验结果表明 相对碳纤维加固方法而言 玻璃纤维布和碳纤维布纤维 混杂加固法既能提高构件的塑性 又能降低成本 第一章 绪论5 1 4 研究意义及内容 作为现阶段人们要求的耐久性问题 在模袋混凝土中仍存在较大的缺陷 其中粘 结强度作为降低耐久性的一大根源成为人们讨论的热点 研究满足良好的工作性并具 有较好的体积稳定性和耐久性的模袋混凝土成为一大课题 我国近年来也进行了比较 多的试验研究和工程应用 取得了一批成果 国内外的试验研究和工程实践结果表明 1 4 用模袋加固混凝土的成功与否主要取 决于模袋与混凝土之间粘结强度的优劣 在粘结质量有保证的情况下 模袋的优良物 理力学性能可以得到充分发挥 加固的可靠性高 反之 粘结强度差时可能会导致在 碳纤维布性能没有充分发挥之前发生粘结剥离破坏 既造成材料浪费 又降低了加固应 有的可靠性 因此 国内外在关于模袋加固混凝土结构技术的研究中 粘结强度一直 是重要研究内容之一 由于各国在材料标准 试验方法及设计标准等方面有一定的区 别 还没有形成统一的标准 而我国在这方面的研究较少 也不够成熟 因此 了解 和掌握模袋与混凝土之间的粘结强度及变化规律对于模袋加固混凝土结构的工程设计 具有重要的意义 它将为加固工程设计和施工提供科学依据 为进一步研究模袋混凝 土结构技术奠定基础 与其它采用外部粘结材料加固结构技术相似 模袋混凝土技术是通过粘结材料在 混凝土结构构件的外表面粘粘模袋 使模袋与混凝土共同受力 对于混凝土这种脆性 材料 由于其抗压强度很高 为了使其断裂我们的作用力加载在模块中间部分 模袋 与混凝土粘结强度按试验加载可以得到破坏荷载 挠度 应变值 本问拟定通过本试 验来研究模袋与混凝土的界面的粘结及界面应力传递 分布规律 其中主要内容如下 1 确定满足工作性要求的不同样强度等级下有无模袋的自密实混凝土水 粉煤灰 掺量 粗骨料惨量 引气剂的配合比 2 确认配合比后 做出模袋混凝土试块 设计模袋混凝土粘结强度的试验方法 通过试验了解粘结界面的应变变化及应力分布 3 通过试验考察不同混凝土强度对模袋混凝土粘结强度的影响 建立粘结强化的 计算模型 分析数据 为粘结破坏的理论计算提供依据 6模袋与混凝土粘结强度研究 1 5 技术路线 第二章 材料与方案7 第二章 材料与方案 2 1 试验原材料 本试验的原材料主要有 水泥 粉煤灰 减水剂 聚羧酸 粗骨料 卵石 砂子 中砂 引气剂 模袋 水等 2 1 1 水泥 本次试验选用的是盾石牌 42 5 型普通硅酸盐水泥 水泥化学矿物组成见表 2 1 水泥物理力学性能见表 2 2 两表由材料厂家陕西咸阳市泾阳县冀东水泥厂提供 表 2 2 水泥的物理性能 Tab 2 2 Physical properties of cement 凝结时间 min 抗压强度 MPa 抗折强度 MPa 水泥 细度 7d28d3d28d 标准稠度 用水量 安定性 P O 42 54 320727324 354 64 629 425 62合格 2 1 2 粉煤灰 本次试验选用咸阳三利粉煤灰开发有限公司生产的普通一级粉煤灰 粉煤灰的主要氧化物组成为 SiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 CaO TiO2 MgO K2O Na2O SO3 MnO2 等 此外还有 P2O5 等 其中氧化硅 氧化钛来自黏土 岩页 氧化铁主要来自黄铁矿 氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐 粉煤灰各部分元素组成 质量分数 为 O 47 83 Si 11 48 31 14 Al 6 40 22 91 Fe 1 90 18 51 Ca 0 30 25 10 K 0 22 3 10 Mg 0 05 1 92 Ti 0 40 1 80 S 0 03 4 75 Na 0 05 1 40 P 0 00 0 90 Cl 0 00 0 12 其他 0 50 29 12 由于煤的灰量变化范围很广 而且这一变化不仅发生在来自世界各地或同一地区 不同煤层的煤中 甚至也发生在同一煤矿不同的部分的煤中 因此 构成粉煤灰的具 体化学成分含量 也就因煤的产地 煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同 2 1 3 减水剂 聚羧酸 该次试验选用由陕西恒升节能材料科技有限公司的 HS GJS 聚羧酸高性能减水剂 该减水剂是通过分子结构设计原理 接枝合成生产 具有低掺量 高减水率 保坍 保塑性能好 收缩小 环保等特点 本产品符合国家标准 GB8076 2008 混凝土外加 剂 及建工行业标准 JG T223 2007 聚羧酸高性能减水剂 的相关规定 主要技术指 8模袋与混凝土粘结强度研究 标及应用性能 其中 HS GJS 聚羧酸高性能减水剂类型包括 标准型 缓凝型和旱强型 等等 本产品掺量为 0 8 1 3 减水率可以达到 15 40 产品含气量为 2 4 能够改 善拌合物和易性 减少泌水 提高硬化混凝土的抗冻 抗渗等性能 总碱含量低 氯 离子含量甚微 产品在低温时无晶体析出 掺入该产品可以使混凝土早期强度提高 70 以 上 28 天强度提高 40 以上 混凝土保塑性好 坍落度损失小 易于长距离运输 便 于施工 2 1 4 粗骨料 本次试验选用的粗骨料为渭河卵石 最大粒径为 80mm 粒径为 5 20mm 的 m D 质量分数为 30 2 1 5 砂子 本次试验选用的细骨料取自陕西 砂子如表 2 3 所示 砂渭河砂厂河砂物理性能 子如表 2 4 为 2 76 属于中砂 级配符合要求 筛分试验结果细度模数 x M 表 2 4 渭河河砂物理性能 Tab 2 4 Physical properties of Weihe river sand 饱和面干吸水率 堆积密度 kg m 3 表观密度 kg m 3 含泥量 0 75163326271 78 表 2 5 砂的筛分试验结果 Tab 2 5 Screening test results of sand 筛孔尺寸 Mm 筛上质量 g 分计筛余 累计筛余 结论 4 7535 57 117 11 2 3649 79 9517 06 1 1847 09 4126 47 0 60175 835 2061 67 0 30145 729 1890 85 0 1527 05 4196 26 筛底18 73 74100 00 762 Mx 符合 区级配 要求 属中砂 2 1 6 引气剂 引气剂的主要品种包括松香树脂类 烷基和烷基芳烃磺酸类 脂肪醇磺酸盐类 皂苷类以及蛋白质盐 石油磺盐酸等 常用掺量是 水泥重量的 50 500ppm 引气剂 主要用于 抗冻性要求高的结构 如 混凝土大坝 路面 桥面 飞机场道面等大面积 易受冻的部位 第二章 材料与方案9 本产品为粉状 水溶性好 AH 1 掺量为 0 01 0 03 适用于一般抗渗防冻耐 久性混凝土 AH 2 掺量为 0 6 0 7 2 1 7 模袋 模袋产品名称长丝机织布 规格型号为 300g m2 本次试验模袋购自宏祥新材料股 份有限公司 执行标准 GB T17640 2008 合格品 产测参数见表 2 6 表 2 6 模袋检测参数表 Table 2 6 module of bag inspection 2 2 试验设计 粘结强度的测定方法主要要确定破坏荷载挠度及应变值 但是应变值试验较复杂 而且在加载的过程中如果稍有偏心或者试件有缺陷都会对试验结果产生很大影响 为 了得到准确数据 本次试验模袋混凝土设计了长方体尺寸试件尺寸为 15cm 15cm 55cm 立方体尺寸试件尺寸为 15cm 15cm 15cm 立方体试件强度等 级分别为 C15 C20 C25 C30 C35 C40 共计 6 组 18 个试件 每组 3 个 长方体 试件 36 个 其中有膜混凝土试件 18 个分 6 组 每组 3 个 分强度等级分别为 C15 C20 C25 C30 C35 C40 无模混凝土试件 18 个分 6 组 每组 3 个 分强度 编号性能单位指标值检测值备注 1单位面积质量偏差 50 6合格 2经向断裂强力KN m 7577 9合格 3纬向断裂强力KN m 52 553 6合格 4 经向标称强度对应伸长 率 3533 1合格 5 纬向标称强度对应伸长 率 3029 0合格 6经向撕破强度KN 1 131 17合格 7纬向撕破强度KN 1 131 16合格 8CBR 顶破强力KN 7 37 6合格 9垂直参透系数cm sK 10 2 10 5 1 6 10 3合格 10等效孔径 O90mm0 05 0 50 19合格 11幅宽偏差 10 1合格 10模袋与混凝土粘结强度研究 等级分别为 C15 C20 C25 C30 C35 C40 2 3 配合比设计 本试验中的极限拉伸值试验所采用的配合比均相同 减水剂掺量以水泥和矿渣等 材料的总量作为胶凝材料用量的内掺法计算 该次试验的条件 C15 C20 C25 C30 C35 C40 坍落度取 240 260mm 扩展度 520 560mm 通过 假定表观密度法来计算试验配合比 李亚杰和方坤河 2009 其中塌落度和扩展度 的测量方法是 潮湿的坍落度锥体和地板在管壁和底部坍落度中不应有水分 地板应放置在一个 固定的水平面上 将管放置在底板的中心 然后在两侧使用踏板脚 加载时坍落度锥 体应保持固定位置 根据要求 用小铲制成的混凝土试件分为三层 均匀装载坍落度桶内 每层夯实 管高度约为 1 3 每层夯锤 25 磅 沿中心向外的螺旋方向 磅应均匀分布在该部分 振动缸侧混凝土 杆可稍微倾斜 底部的磅 磅杆应穿过深度 顶部的第二磅 磅杆 应穿过表层插入下一层水 顶部 混凝土应倒入桶口 振动过程 如混凝土沉没在气缸 口下方 应在最高磅之后随时添加 用铲子去掉多出来的混凝土量 并用是缸体口平 整 间隙缸侧面混凝土 垂直平滑提升坍落度锥 应迅速完成坍塌气缸的脱落 一般 情况下时间应控制在 5 10s 之间 从一开始就 整个过程应该预期坍落度锥体不间断 并且应该在 150s 完成 提到坍落度测量桶和桶 高坍落度混凝土高度之间的高差是身体的最高点 是混 凝土坍落度值 坍落的锥体抬起 如具体倒塌或不利的一面切割应先取样 如第二次测 试仍然出现这种现象 说具体的可操作性不好 应该记录下来 观察样品后面的混凝土坍落度聚集和保水 聚合物的检验方法是 用捣棒在混凝土坍 落度锥体侧面轻轻敲击几下 如果锥体是逐渐下沉的状态 则表示混凝土的聚集度良 好 如果锥体是倒塌的状态 且部分裂缝或分离 说聚集度不好 混凝土混合料浆中 的水分离度进行评估 如果在坍落度锥体从混凝土的沉淀锥部分的底部带来更多的浆 料 由于浆料和骨料暴露的损失 表明混凝土混合物的保水性能较差 需要改进 如果 没有或只有少量的泥浆从沉淀坍落度的底部向上突出 说混凝土混合物具有良好的保 水性 当混凝土混合物以 240 260mm 坍落度时 使用尺子测量混凝土膨胀量在两个直径之间 的差值小于 2 的条件下 显影后的最终最大直径和最小直径计算为坍落度膨胀值 50mm 否则测试无效 5 配合比试验方案见表 2 7 第二章 材料与方案11 表 2 7 配合比试验方案 Table 2 7 experimental scheme of mix proportion 强度 塌落度 mm 扩展度 mm 含气量 表观密度 g 3 C152505405 52 21 C202555305 62 20 C252605605 62 20 C302505406 42 21 C352605605 82 25 C402605605 72 27 图 2 1 C40 扩展度测量示意图 Figure 2 1 C40 Extension measurement schematic diagram 借助于公式计算和利用经验资料进行初步估算 并得出初步配合比 然后通过试 拌调整 直至拌合物的和易性符合设计要求为止 从而确定每立方米混凝土的材料用 量 得出基准配合比 见表 2 8 12模袋与混凝土粘结强度研究 表 2 8 配合比试验数据 Table 2 8 experimental data of mix proportion 2 4 试验方法 本试验依据 SL 352 2006 水工混凝土试验规程 和 GB T50081 2002 普通混凝 土力学性能试验方法标准 进行 首先按照配合比称取一定量各种材料 其次 按配 合比往搅拌机池内依次加入称量好的粗骨料 砂子 水泥 粉煤灰 减水剂和引气剂 在干拌均匀后加入称量好的减水剂进行拌合 再将水加入 加料的过程中所耗时间不 超过 2min 水全部加入后 拌合 15min 最后再在拌合池进行人工拌合 1 2 min 至拌 合均匀 通过试拌调整 直到拌合物坍落度取 240 260mm 扩展度 520 560mm 且拌 合物和易性较好 然后将拌合物加入到混凝土试模中进行振捣 一次性混凝土拌合物 装满试模 因为是自密实混凝土不需要放到振动台上震动 试件的体积大 所需的混 凝土拌合物多 在振捣的过程中容易振捣不密实 拌合物中留下的气泡就会形成空隙 所以需要分层振捣来保证振捣质量 试件在成型之后放置在标准拌合室内 在初凝前 1 2h 进行抹面 16 图 2 2 有模混凝土 无模混凝土模具图 Figure 2 2 Die drawing of concrete and there is no concrete 成型后的试件在标准拌合室 室内温度 25 5 内放置 24 48h 后脱模并编 强度水胶比 水 L 水泥 kg 粉煤灰 kg 砂 kg 石 kg 聚羧酸 0 6 kg 引气剂 g C150 6617220752874 5874 51 55426 0 01 C200 56173 523673874 5874 51 85462 0 02 C250 4916427067874 5874 5234 0 01 C300 4315529273874 5874 5273 0 02 C350 4158 331178874 5874 52 33326 0 01 C400 3916427082874 5874 52 46725 0 006 第二章 材料与方案13 号标记 脱模后的试件马上送入室温 20 2 相对湿度 95 以上的标准养护室中 养护 切忌用水直接冲淋 养护龄期为 28d 2 4 1 抗压强度 立方体抗压强度是混凝土的基本性能 本次试验按照国家标准 GB T50081 2002 普通混凝土力学性能试验方法标准 有关混凝土立方体抗压强度试验规范对试 件进行加载 混凝土抗压强度 cu为试验当天实测抗压强度 因浇筑日期不同 同一标 号混凝土试件抗压强度也有所不同 2 4 2 粘结强度 2 4 2 1 测试方法测试方法 试验的测量内容有模袋应变及试件破坏时的最大荷载 应变采用电阻式应变片测 出 应变片是纸基电阻应变片 8 2m 1 1mm R 118 5 0 2 灵敏度为 2 11 0 52 其黏贴位置如图 2 4 所示 施加荷载可以直接从液压试验机的表盘直接 读处 所有应变数据通过静态应变仪采集 图 2 3 应变片粘结位置示意 Fig 2 3 Indication of adhesive position of strain gauge 模袋混凝土表面应变片检测模袋中的应变测试结束后 应根据两个相邻测点 i j 的 测试结果得到应变值 i j 通过公式 2 1 计算两侧平均粘结强度 由此判定混凝土 的粘结状态 式中 tp EP和 lij分别为模袋厚度 弹性模量和两测点应变片的中心间距 i j i ij j i l Pp ij Et 2 1 14模袋与混凝土粘结强度研究 2 4 2 2 测试仪器测试仪器 压力机为一般用途液压机 又称为万能液压机 适用于金属材料的拉伸 弯曲 翻边 冷挤 冲裁等工艺 还适用于校正 压装 粉末制品 磨料制品压制成型以及 塑料制品 绝缘材料的压制成型 试件养护至龄期 28d 后 从养护室拿出试件后马上进行试验 为了防止试件的水 分蒸发影响试验结果 试验等待过程中可以把试件用湿布覆盖 图 2 4 万能液压机试验示意图 Fig 2 4 Test diagram of universal hydraulic press SS DH3818 是特地为学生试验设计的静态应变测试系统 有 10 通道 20 通道 1 10 通道和 1 19 通道四种形式供用户选择 手动测量时 高亮 LED 数码管即 时显示应变 力或位移值 可根据应变计的灵敏度系数 导线电阻 桥路方式对测量 结果进行修正 计算机最多可直接控制 16 台仪器 所有操作均由计算机完成 巡检速 度为 10 点 秒 根据测量方案 完成全桥 半桥 1 4 桥 120 两线制公用补偿 状态的应力应变的多点巡回检测 2 配合各种桥式传感器 实现压力 力 荷重 位 移等物理量的多点巡回检测 3 与热电偶配合 通过热电偶分度号的计算 对温度进 行多点巡回检测 4 对输出电压小于 20mV 的电压信号进行巡回检测 分辨率可达 1 该测试仪器具有以下优点 高亮 LED 数码管即时显示通道号和应变值 试验结果 直观明了 采用进口高性能机械继电器 通过特殊的电路设计 消除了开关切换接触 电势变化对测量结果的影响 先进的隔离技术和合理的接地 具有较强的抗干扰能力 通道组合灵活 可同时接应变传感器和力传感器 根据应变计的灵敏度系数 导线电 阻 桥路方式以及各种桥式传感器灵敏度 对测量结果进行修正 第二章 材料与方案15 混凝土表面应变片贴法 1 打磨 用 220 400 粒度范围的砂纸打磨构件混凝土表面 打磨区域 15 15cm 因为应变片规格 1 1 8 2cm 若表面光滑可免 2 刷胶 刷环氧胶 环氧 邻苯二甲酸二丁酯 乙二胺 100ml 15ml 9ml 3 等待 等胶干好 天气晴好 一天即好 天气阴冷 两天即好 4 打磨 在干好的环氧胶表面 220 400 粒度范围的砂纸打磨 打磨区域 15 15cm 打磨好之后在贴片处轻轻打出与贴片方向呈 45 度角的交叉条纹 5 定位 用 A3 铅笔等在打磨好的区域准确画出应变片要贴的位置 6 清洗 用浸有丙酮的脱脂棉球清洗贴片处 直到棉球上看不见污渍为好 清 洗时一定要沿单一方向进行 不要来回交替擦洗 7 贴片 蘸取 502 胶 轻轻甩掉多余的胶液 然后将片子放于规定的粘贴位置 必须准确放置在规定的位置 盖上一层聚四氟乙烯膜沿应变片轴线方向用手指滚 压 3 4 次 排净气泡并挤出多余胶液 约 1 分钟后从无引线端慢慢揭下聚四氟乙烯膜 下次继续使用 8 贴接线柱 蘸取 502 胶 将接线柱对准贴在应变片须线下面 9 焊线 用 20w 电烙铁及 60 0 8m m 焊锡焊接 10 打蜡 用融化的蜡水均匀涂于应变片及接线柱表面 11 贴纱布 用环氧胶将纱布粘贴在应变片及接线柱上 12 检测 用万用表 电阻法 200w 量程 检测 一般为 123w 左右 2 4 3 挠度试验 2 4 3 1 测试方法测试方法 将千分表置于测试面正中央 当荷载加载至测试荷载时读取试验数值 当达到破 坏荷载时 读数随即停止 2 4 3 2 测试仪器测试仪器 除千分表外 其他仪器与粘结强度测试仪器相同 2 4 3 3 加载方案加载方案 加载方式采用直接加载 加载制度采用单调加载 由于粘结力较小 故加载速度 进量较小 在达到极限荷载以前 每级加载值不宜大于极限荷载值的 10 在将要达 到极限荷载时 每级加载不宜大于极限荷载值的 5 每级荷载下应当持续 1 2 分钟 以便记录应变值和观察试件破坏情况 试验加载过程应该是一个连续均匀的过程 切忌冲击加载 极限拉伸值试验的加 荷速度应该控制在 0 04 0 06MPa s 之间 每 2KN 记录一次数据 试件在接近破坏时 会产生比较明显的变形并且数据也会变化得较快和较大 这时应迅速关掉压力机的送 16模袋与混凝土粘结强度研究 油门 等到试件被破坏并且不再变形后 记录下试件破坏时的荷载数值即破坏荷载 KN 第三章 结果与分析17 第三章 结果与分析 3 1 抗压强度 混凝土标准立方体抗压强度如表 3 1 所示 由表可知混凝土强度满足要求 表 3 1 混凝土抗压强度 Table 3 1 compressive strength of concrete 3 2 粘结强度 随着外加荷载的逐渐增大 挠度值和应变片测得的值也增大 当应变片出现无信 号或者制回表明混凝土断裂 根据测得的应变按照式 2 1 求得各强度下模袋混凝土粘结强度如表 3 2 所示 表 3 2 不同强度下模袋混凝土粘结强度 Table3 2 Bond strength of model bag concrete under different strength 应变粘结强度 Pa 混凝土 强度 荷载 kN 123 12 23 平均 3174621458 2395 0426 6 6236029584 6489 8537 2 9318343821 6632 0726 8 1244108531011 2869 0940 1 1552120571074 4995 41034 9 C15 1868137741090 2995 41042 8 破坏荷载 kN抗压强度 Mpa 试块 编号 123平均值123平均 C15392 65375 95386 7385 117 4516 7117 1917 12 C20470 94473 84474 47473 0820 9321 0621 0921 03 C25573 89568 31575 88572 6925 5125 2625 5925 45 C30725 44743 38735 73734 8532 2433 0432 7032 66 C35764 27859 77755 38793 1433 9738 2133 5735 25 C40876914 44958 59916 3438 9340 6442 6040 73 18模袋与混凝土粘结强度研究 3202722110 67994 8 6224729395 0284 4339 7 9346846537 2347 6442 4 12467360426 6205 4316 0 155710974821 6553 0687 3 1868147811248 21042 81145 5 C20 2178161901311 41121 81216 6 33222300 2316308 1 6214321347 6347 6347 6 9346736521 4489 8505 6 12418950758 4616 2687 3 155310864869 0695 2782 1 176211772869 0711 0790 0 197613177869 0853 2861 1 217913881932 2900 6916 4 23771578412641153 41208 7 C25 25931839714221358 81390 4 3152619173 8110 6142 2 6284836316 0189 6252 8 9417148474 0363 4418 7 12579365568 8442 4505 6 156912083805 8584 6695 2 177913889932 2774 2853 2 19891571011074 4884 8979 6 21981751101216 61027 01121 8 231081871201248 21058 61153 4 251122121261580 01358 81469 4 C30 27117243129