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第19卷第4期建筑材料学报Vo1．19．No．42016年8月JOURNALOFBUILDINGMATERIALSAug．，2O16文章编号：1007-9629(2016)04—0752—06氯盐干湿循环下纤维编织网增强混凝土力学性能尹世平，王波，强东峰，王玄玄。’(1．中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州221116；2．中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室，江苏徐州221116；3．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221I16)摘要：通过拉拔和四点弯曲试验研究了氯盐(NaC1)溶液作用下干湿循环次数、氯盐溶液浓度(质量分数)和短切纤维种类对纤维编织网增强混凝土(TRC)性能的影响．结果表明：在浓度为5．0A0的氯盐溶液作用下，随着干湿循环次数的增加，TRC中纤维束与混凝土的界面性能呈现下降趋势，而TRC的抗弯强度有先提高后降低的趋势；在120次干湿循环作用下，随着氯盐溶液浓度的增加，纤维束与混凝土的界面黏结强度变化不大，而TRC的抗弯强度也呈现先升高后降低的趋势．掺加短切AR-glass纤维和PVA纤维均可提高纤维束与混凝土的界面性能及TRC的抗弯性能，且后者对TRC抗弯承载力的提高更为明显．关键词：纤维编织网增强混凝土；氯盐干湿循环；界面性能；抗弯强度中图分类号：TQ528．582文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1007-9629．2016．04．025MechanicalPerformanceofTextileReinforcedConcreteunderChlorideSaltDry—WetCycleyINShiping’。“，WANGBo，QIANGDongfeng”，WANGXuanxuan，(1．StateKeyLaboratoryforGeomeehanics&DeepUndergroundEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221116，China；2．JiangsuKeyLaboratoryofEnvironmentalImpactandStructuralSafetyinEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221116，China；3．SchoolofMechanics&CivilEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221116，China)Abstract：Bythepullouttestandfour-pointbendingtest，theinfluenceofthenumberofdry—wetcycles，theconcentration(massfraction)ofchloridesolutionandthetypesofshortfibersontheperformanceoftextilereinforcedconcrete(TRC)wasstudiedundertheactionofsodiumchloridesolution．Theresultsshowthatunder59／5concentrationofchloridesolution，withtheincreaseofthenumberofdry-wetcycles，theinterracialpropertybetweenyarnsandconcreteinTRCpresentsadownwardtrendandthebendingstrengthofTRCincreasesfirstandthendecreases；under120timesofdry-wetcycles，withtheincreaseoftheconcentrationofchloridesolution，theinterfacialstrengthbetweenyarnsandconcreteinTRCchangesalittleandthebendingstrengthofTRCalsoincreasesfirstandthendecreases．AddingbothAR—glassandPVAshortfiberscouldimprovetheinterracialpropertybetweenyarnsandconcreteinTRCandtheben—dingpropertyofTRC，andthelatterhasbetterimprovementontheflexuralbearingcapacityofTRC．Keywords：textilereinforcedconcrete；chloridedry-wetcycle；interfacialproperty；bendingstrength收稿日期：201505—17；修订日期：2O15一O723基金项目；国家自然科学基金资助项目(51478458，51108451)；江苏省自然科学基金资助项目(BK2011220)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2014QNA79)；中国博士后基金资助项目(2014T70559，2012M511337)第一作者：尹世平(1978一)，男，山东高密人，中国矿业大学副教授，博士．E—mail：yinshiping2821@163．com 第4期尹世平，等：氯盐干湿循环下纤维编织网增强混凝土力学性能在海洋环境中，钢筋混凝土结构耐久性降低大认为，TRC具有良好的抗海水侵蚀性能，而且，其耐多是因其中的钢筋受到氯盐(NaC1)侵蚀而产生锈久性取决于纤维编织网与混凝土界面的抗侵蚀能胀所致，采用纤维编织网增强技术即可解决这一问力，但并没有对其开展进一步的研究．为此本文就氯题．纤维编织网增强混凝土(textilereinforcedcon—盐溶液作用下干湿循环次数、氯盐溶液浓度(质量分crete，TRC)是一种新型复合材料[1]，主要由纤维数)和短切纤维种类对TRC力学性能的影响进行了编织网和高性能混凝土组成，它具有轻质高强等特研究．点，在建筑结构中具有广泛的应用前景．1试验目前，关于TRC在常规环境下力学性能的试验研究较多，结果表明，采用纤维编织网增强技术能明1．1原材料显提高水泥基复合材料的力学性能I1]．为了提高纤试验采用碳纤维束和无碱玻璃纤维束混和针织维束的协同受力能力和增强纤维编织网与水泥基材的二维编织网，网格间距为10mm，碳纤维束为受力料的黏结性能，可对纤维编织网进行浸胶处理_3]．纤维，玻璃纤维束主要用来固定碳纤维束，表1为碳Barhum等[6通过拉拔试验研究发现，在水泥基材纤维束的物理力学参数．混凝土为高性能混凝土，其料中掺加短切纤维能提高纤维编织网和混凝土之间配合比参见文献[3，5]．为了提高纤维编织网和混凝的黏结强度．但是，关于TRC在氯盐溶液作用下的土的黏结性能，用环氧树脂对纤维编织网进行了浸力学性能和耐久性能研究成果较少．Mumenya胶粘砂处理(见图1)．短切纤维为AR—glass纤维和等口研究表明，在干湿、冷热循环作用下，纤维编织PVA纤维，其几何参数及力学性能见表2，掺量(体网和水泥基材料的黏结性能退化不大．杜玉兵等。积分数)均为0．5．表1碳纤维束的物理力学参数Table1Physicalandmechanicalparametersofcarbonfiberyarns1．2试件制作首先将900mm×450mm的木模具放平，然后浇筑5mm厚度的混凝土，再将纤维编织网固定到模具上，浇注5mm厚的混凝土保护层(四点弯曲试件的保护层为3mill厚)，在室温养护24h拆模，置于标准养护室养护27d，即可得到TRC板．用TDM1200电动石材切割机将TRC板切割成不同尺寸试件．拉拔试件尺寸为200mm×6Omm×10mm，图1浸胶粘砂后的纤维编织网四点弯曲试验试件尺寸为400mm×100mm×Fig．1Textileafterepoxyresinimpregnationandstickingsand8mm，每组3个试件，其试验数据取平均值．试件的表2短切纤维的几何参数及力学性能Table2Geometricparametersandpropertiesofshort-cut干湿循环制度为：常温下，在氯盐溶液中浸泡12h，能试验机，前者的加载速率为1．0ram／rain，后者的然后在室内干燥12h．拉拔和弯曲试件试验参数见加载速率为0．5mm／min，加载试验如图2所示．在表3，其中D组为拉拔试件，P组为弯曲试件，DO和四点弯曲试验时，将试件5iTlm厚的保护层朝上放P0为对照试件．置，数据采集仪通过荷载传感器和位移计记录试件1．3试验的荷载和挠度．拉拔和四点弯曲试验设备为100kN的电子万 建筑材料学报第19卷表3拉拔和弯曲试件试验参数．Table3Experimentalinformationofpull。utandbendingspecimens2试验结果及分析2．1界面性能碳纤维束的埋长为20mm，平均界面黏结强度(r)由文献[5]建议的公式计算．在干湿循环作用下，试件的最大拉拔荷载(P一)及平均界面黏结强度见表4，拉拔荷载一滑移曲线见图3．2．1．1干湿循环次数的影响由表4可见，当氯盐溶液浓度为5．0时，随着干湿循环次数的增加，纤维束与混凝土的最大拉拔荷载和平均黏结强度有逐渐降低的趋势，这是由于氯盐在纤维束和混凝土的界面处产生结晶及侵蚀产l50I1O0I1O0IlO0I50I(b)Four-pointbendingtest图2加载试验装置Fig．2Setupschematicf0rloadingtest(size：ram)表4最大拉拔荷载及界面黏结强度载后纤维束与混凝土的界面破坏更快．Table4Maximumpulloutloadandaverageinterface2．1．3短切纤维种类的影响bondstrengthofspecimen由表4和图3(c)可见，当氯盐溶液浓度为5．0％时，掺加短切纤维后TRC的界面黏结强度有所提高，这是因为短切纤维具有桥联作用，可增强纤维束与混凝土的黏结强度，且掺加短切PVA纤维对TRC界面黏结强度的提高比掺加短切AR-glass纤维更明显．2．2抗弯性能在干湿循环作用下，试件的开裂荷载(P)、破坏荷载(P)、开裂挠度(D。)、破坏挠度(D)见表5，荷载一跨中挠度曲线见图4．物引起混凝土孔隙破裂所致．2．2．1干湿循环次数的影响2．1．2氯盐溶液浓度的影响由表5可见，当氯盐溶液浓度为5．0时，随着由表4可见，随着氯盐溶液浓度的增大，纤维束干湿循环次数的增加，试件的开裂荷载逐渐减小．这与混凝土的平均黏结强度变化不大．由图3(b)可是因为试件在初始开裂时，纤维编织网与混凝土的见，当氯盐溶液浓度为7．5时，试件达到拉拔峰值相对变形很小，界面黏结力还未产生作用，试件受力荷载后，其荷载陡降，这说明纤维束与混凝土的界面主要由混凝土承担Ⅲ，而随着干湿循环次数的增加，已被破坏，而且，随着氯盐溶液浓度的增加，峰值荷混凝土的抗拉性能下降跏．由图4(a)可见，干湿循 第4期尹世平，等：氯盐干湿循环下纤维编织网增强混凝土力学性能HZ，p∞0一暑0一一Tl(a)Numberofdry—wetcycleZ毫g_【苗0H(b)ConcentrationofchloridesolutionZ)I，p对0一_0II(c)Addingshort-cutfiber图3拉拔荷载一滑移曲线Fig．3Curvesofpulloutloadandslip表5试件开裂与极限状态荷载、挠度2．2．2氯盐溶液浓度的影响Table5Loadanddeflectionvalueofspecimenatcrackingandultimatecondition由表5可见，当氯盐溶液浓度为2．5，5．0，7．5时，经过120次干湿循环的试件开裂荷载分别NumberP／kNP／kND／mmD／mm为0．167，0．151，0．161kN，相比于对照试件，开裂荷载降低，但是，其破坏荷载随着氯盐溶液浓度的增加呈先增大后减小的趋势(见图4(b))．这是由于氯盐产生的结晶和侵蚀产物随其浓度的增加会越来越多，导致混凝土产生的膨胀越来越大[9]，对混凝土抗压强度的影响由有利变为不利，最终导致TRC抗弯承载力先增大后减小．另外，由于氯盐溶液浓度对TRC的界面黏结强度影响不大，3组试件的裂缝形态相似，刚度差别较小，因此其破坏挠度无太大环120次的试件抗弯承载力明显提高．这可能是由变化．于混凝土的抗压性能得到改善，使纤维编织网的抗2．2．3短切纤维种类的影响拉性能得到充分发挥所致．因为随着干湿循环的进由表5可见，掺加短切纤维可以提高TRC的开行，一方面水泥的水化更加充分，另一方面氯盐产生裂荷载和破坏荷载．这是由于掺加短切纤维有利于的结晶和侵蚀产物可填补混凝土的孔隙和缺改善混凝土的力学性能，减少早期微观裂缝，从而使陷[9，使之更加密实，从而使抗压强度进一步提其开裂荷载提高，开裂挠度增大．众所周知，短高．不过，随着干湿循环次数的增加，氯盐结晶和侵切纤维在裂缝处的桥接作用有助于纤维编织网和混蚀产物膨胀会引起混凝土开裂破坏，导致TRC的抗凝土之间的应力传递，提高二者的界面黏结性能，从弯承载力有所降低]．而使TRC的破坏荷载增大．另外，掺加短切PVA 756建筑材料学报第19卷Z焉∞01lllOOOO642O8642OMidspandeflection／mmMidspandeflection／mm(a)Numberofdry-wetcycle(b)ConcentrationofchloridesolutionZ日02．O1．81．61．41．21．O0．8O．60．4Z毫目00．21111OOOO642O8642OOMidspandeflection／ram(c)Addingshort-cutfiber图4荷载一跨中挠度曲线Fig．4Curvesofloadandmidspandeflection纤维还有助于纤维编织网和混凝土协同受力，提高textilereinforcedconcretethinplate[J]．JournalofWuhanU—niversityofTechnology(MaterialsScience)，2O13，28(1)：TRC的弯曲刚度，使试件的破坏挠度减小(见图92—98．4(c))．[4]SCHLESERM，WALK—LAUFFERB，RAUPACHM，eta1．Applicationofpolymerstotextile—reinforcedconcrete[J]．J3结论MaterCivilEng，2006，18(5)：670—676．(1)当氯盐溶液浓度为5时，随着干湿循环次[5]尹世平，徐世娘，王菲．纤维编织网在细粒混凝土中的黏结和数的增加，纤维束与混凝土的界面性能呈现下降趋搭接性能EJ]．建筑材料学报，2012，15(1)：34—41．YINShiping，XUShilang，WANGFei．Investigationonbond—势，而TRC的抗弯强度呈现先升高后降低趋势．ingandoverlappingperformanceoftextileinfinegrainedcon—(2)当干湿循环120次时，随着氯盐溶液浓度的crcte[J]．JournalofBuildingMaterials，2012，15(1)：34—41．增加，纤维束与混凝土的界面性能变化不大，而(inChinese)TRC的抗弯强度呈现先升高后降低趋势．r6]BARHUMR，MECHTCHERINEV．Influenceofshortdis—(3)在干湿循环作用下，掺加短切PVA纤维、persedandshortintegralglassfibres[J]．MaterialsandStruc—tures，2013，46(1)：657-572．AR—glass纤维可提高TRC的界面性能及抗弯性r7]MUMEMYASW，TAITRB，ALEXANDERMG．Mechani—能，且短切PVA纤维对提高纤维束与混凝土的界calbehaviouroftextileconcreteunderacceleratedageingcon—面强度及TRC的抗弯承载力效果更明显．ditions[J]．Cement&ConcreteComposites，2010，32(8)：580—588．参考文献：[8]杜玉兵，苟勇，刘小艳．碳纤维织物增强混凝土薄板抗海水侵[1]MUMEMYASW，TAITRB，ALEXANDERMG．Evalua—蚀性能研究EJ]．混凝土，2008(9)：53—57．tionoftoughnessoftextileconcrete[J]．MaterialsandStruc—DUYubing，XUNYong，LIUXiaoyan．Corrosionresistanceoftures，2010，44(1)：279-289．calfbontextilereinforcedconcretesheetsinseawaterEJ]．Con—[2]PELEDA．Pre-tensioningoffabricsincement-basedcompositescrete，2008，(9)：53—57．(inChinese)[J]．CementandConcreteResearch，2007，37(5)：805—813．[9]杨全兵。朱蓓蓉．混凝土盐结晶破坏的研究[J]．建筑材料学报[3]YINSP，XUSL，LIHD．Improvedmechanicalpropertiesof[J]．2007，10(4)：392—396． 第4期尹世平，等：氯盐干湿循环下纤维编织网增强混凝土力学性能757(上接第741页)Is]吴庆，章鑫森，袁迎曙．不同加速锈蚀方法下钢筋混凝土结构性search011differentstructura1behaviorofreinforcedconcrete能试验研究[J]．安徽理工大学学报(自然科学版)，2005，25beamsusingdifferentacceleratedcorrosionmethods[-J]．Jour—(3)：2卜25．nalofAnhuiUniversityofScienceandTechnology(NaturalWUQing。ZHANGXinsen，YUANYingshu．Experimentre—Science)，2005，25(3)：21-25．(inChinese)