碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度试验与分析 3页

2013年第4期混凝土与水泥制品2013No．44月CHINAC0NCRETEANDCEMENTPR0DUCTSApril碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度试验与分析孟辉，马芹永，卢小雨(安徽理工大学土木与建筑学院，淮南232001)摘要：对网格间距为80mm的不同碳纤维用量的碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度进行了试验研究。碳纤维编织网是利用碳纤维束在经纬两个方向进行平织而成，并经过碳纤维浸润胶浸渍及在其表面粘砂的处理，以增强其与混凝土的粘结强度。试验结果表明，随着碳纤维用量的增加，碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度与挠度逐渐提高，当碳纤维用量达到50个单元束时提高最大，较素混凝土板分别提高了106．6％和410．6％。关键词：碳纤维编织网；混凝土板；抗弯强度Abstract：Theconcreteplatesbendingstrengthisresearchedandtheconcreteplatesarereinforcedbycarbonfibertextilewithdifierentfibervolumespacedat80mm．Thecarbontextileismadeoffiberrovingthroughflatknittingtechnologyintwodimensions，whichisdippedintothecarbonfiberinfiltrationgumandprocessedadheringsandonitssurfacetoenhanceitsbondingstrengthwithconcrete．Theresultsshowthattheconcreteplates’bendingstrengthanddeflectiongraduallyimprovewiththeincreaseofthevolumeofthecarbonfiber，andtheimprovedperformanceattainsthemaximumwhenthenumberoffiberbundlesreaches50．Comparedwiththeplainconcreteplate，itsstrengthanddeflectionincreaseby106．6％and410．6％。respectively．Keywords：Carbonfibertextile；Concreteplate；Bendingstrength中图分类号：TU525．2文献标识码：A文章编号：1000—4637(2013)04-43—030前言1试验方案在钢筋混凝土结构中，钢筋处于水泥水化时生1．1原材料与配合比设计成的强碱介质里。钢筋在这种介质中表面形成钝化碳纤维：采用单向碳纤维布，经测试，碳纤维的膜，可抑制钢筋的腐蚀。但由于混凝土的抗拉强度抗拉强度为3449MPa，受拉弹性模量为248GPa，伸很低，在结构的受拉侧容易产生裂纹，如果再加上长率为1．79％。混凝土密实性不足或保护层设置太薄，则结构就较碳纤维浸润胶：北京某公司提供，产品的型号易于因侵蚀性因素的影响而破坏钝化膜【1]，使钢筋为YJS一601，抗拉强度≥49．03MPa，抗弯强度≥发生锈蚀，从而导致材料的耐久性下降。碳纤维是78．45MPa，剥离强度≥13．73MPa，可操作时间为60-一种理想的耐腐蚀材料，且纤维沿着混凝土结构中120min。的应力主方向连续布置，增强效果较短切纤维有相依据JGJ55—201l《普通混凝土配合比设计规当大的提高。另外，碳纤维编织网双向分布，抗粘结程》问，设计强度等级为C30的混凝土，水灰比0．6O，滑移性能也较好，同时碳纤维织物的抗拉强度很砂率38％，水泥用量350k~m。。水泥、水、砂、石的质高，对混凝土结构的增强效果显著。量比为1：0．6：1．95：3．17。徐世煨，李赫，尹世平等的研究表明【2_51，环氧树碳纤维编织网网格间距80mm，各编织纤维束脂浸渍纤维编织网并在其表面粘砂，尤其是粘砂粒则均有12K的纤维单束为单元合成，称为纤维束。径为0．15～0．30mm时，可明显改善纤维网与砂浆基纤维单束截面积约0．6ram，且后面的碳纤维截面积体之间的粘结性能，提高弯曲状态下纤维网的极限都是以此为基本单元，均称为单元束。碳纤维编织承载力，控制基体开裂。但粘结力不能过大，否则会网的用量根据混凝土板试件受弯正截面承载力计使纤维束突然破坏，构件不能继续承受荷载。因此，算得出。经计算，在混凝土板单向截面中碳纤维所可考虑采用环氧树脂浸渍后纤维网单面粘砂。本文需截面积约为0．6ram纤维单元束的数量，在8-25研究了用碳纤维浸润胶浸渍后碳纤维编织网单面束之间，板双向总用量在16~50束之间。由此设计粘砂的方法增强混凝土板的抗弯强度。碳纤维编织网的碳纤维用量，见表1。基金项目：淮南市科技计划项目(2011A07918)。1．2试件制作与养护—．43—— 孟辉，马芹永，卢小雨碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度试验与分析∞加84ogZZ{铺堰避导疆龆00．40．8l-21．6202．42．83_2364．04．40102O30405060跨中挠度／mm碳纤维量／单元束碳纤维量／单元束图6CRB一80—50板荷载一挠度曲线图7极限倚载一碳纤维量拟合曲线图8跨中挠度一碳纤维量拟合曲线滑移。当碳纤维与混凝土发生一定的相对滑移后，比，碳纤维用量为30、40、50单元束的各组板的跨荷载又要克服碳纤维与混凝土的粘结力，此时荷载中挠度平均值分别提高263．5％、256．5％、410．6％。又会随着挠度的增加而增大。随着混凝土裂缝的不(3)碳纤维编织网虽然可有效地提高混凝土板断发展变大，裂缝处的混凝土逐渐退出工作，此时的抗弯承载力，但碳纤维编织网增强混凝土板的抗主要是碳纤维继续承受荷载，荷载一挠度曲线仍近开裂荷载与素混凝土板的开裂破坏荷载相比大小似为线性，直到碳纤维被拉断，会听到“啪啪”的断相近，并没有得到明显提高。裂声。此时板中间部位的挠度变化加快，荷载突然(4)碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯承载力下降，基本上没有出现屈服阶段，破坏属于突然的和变形能力随碳纤维用量的增加逐渐提高，但当碳脆性破坏，其开裂破坏特征与素混凝土板相似，但纤维用量达到一定限值时，混凝土板的抗弯承载力在破坏前表现出了较大的变形。基本不再提高，而挠度却可以持续增长。这表明碳由图7～8极限荷载、跨中挠度分别与碳纤维量纤维编织网的纤维束的纤维用量不宜过大，可能是的拟合曲线4可06以2看8出4O，6随2着8碳4纤维用量的增大，碳由于当纤维束的纤维用量超过一定的限值时，其与纤维编织网增强普通混凝土板的极限抗弯承载力混凝土的粘结强度相对于纤维束的抗拉强度较低，与跨中挠度逐渐提高。与素混凝土板相比，碳纤维从而导致混凝土试件最终因碳纤维与混凝土发生用量为30、4O、50单元束的各组板的极限荷载平均较大的粘结滑移而破坏，不能使纤维束在混凝土试值分别提高了47．6％、101．7％、106．6％，而跨中挠度件中充分发挥抗弯拉作用。则分别提高了263．5％、256．5％、410．6％。参考文献：通过碳纤维用量50单元束板的极限荷载和跨[1J洪定海，赵羽习．混凝土结构耐久性【M】．北京：科学出版社，2002．中挠度与40单元束的相比可知，极限荷载仅增加【2】ShiLangXu，YiQunYan，eta1．ExperimentalstudyOilmecha了2．4％，而挠度则增长了43．2％，这说明混凝土板nicialpropex~iesofFRCplate[JI．AdvancedMaterialsResearch的极限荷载不会一直随着碳纤维的用量的增加而2010：150-15l，766．，增大，即碳纤维的用量不是越多越好。这可能是因【3]李庆华，徐世娘，李赫．提高纤维编织网与砂浆粘结性能的为当碳纤维用量增大到一定限值时，其与混凝土的实用方法fJI．大连理工大学学报，2008，48(5)：1000-8608．粘结强度相对碳纤维束的抗拉强度较低，不能使碳[4]李赫，徐世娘．纤维编织网增强混凝土薄板力学性能的研纤维束在混凝土试件中充分的发挥其抗弯拉作用，究lJ1．建筑结构学报，2007，28(4)：1000—6869．从而导致试件最终因碳纤维与混凝土发生较大的[5]尹世平，徐世娘．提高纤维编织网保护层混凝土抗剥离能粘结滑移而破坏。力的有效方法『JJ．建筑材料学报，2010，13(4)：1007-9629．【6】中华人民共和国住房和城乡建设部．JGJ55—2011普通混3结论凝土配合比设计规程fs]．北京：中国建筑工业出版社，2011．(1)碳纤维编织网可有效提高混凝土板的抗弯[7]张兴亮．碳纤维编织网增强普通混凝土的力学性能试验承载力，且随着碳纤维用量的增加，混凝土板的抗研究[D]．淮南：安徽理工大学，2009．弯承载力逐渐提高，与素混凝土板相比，碳纤维用量为30、40、50单元束的各组板的极限荷载平均值收稿日期：2013—02-26分别提高47．6％、101．7％、106。6％。作者简介：孟辉(1985一)，男，硕士研究生。(2)碳纤维编织网町有效提高混凝土板的变形通讯地址：安徽理工大学土木建筑学院能力，且随着碳纤维用量的增加，碳纤维编织网增联系电话：18655406716强混凝土板的变形能力逐渐提高，与素混凝土板相E—mail：menghui851006@163．com——45—．