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粗糙度对CFRP-混凝土界面剪切黏结性能的影响

更新时间:2009-03-28

混凝土表面的粗糙度对外贴CFRP布的加固行为有重要影响,也是评价界面间黏结性能、加固效果和预测界面黏结强度的关键因素之一[1].目前,国内外还没有相应的规范或规程对混凝土表面粗糙度量化作出评定.美国内务部垦务局编制的混凝土手册中要求在补浇混凝土之前,把坏的、松的和未黏结好的混凝土用铁凿或其他适用工具全部除掉,然后用水砂枪、风动凿岩机或其他适合方法打毛、清扫干净并干燥[2].JTG/T J22—2008《公路桥梁加固设计规范》[3]中,要求补强构件界面的粗糙度不小于6mm, 但并未给出粗糙度的评定方法.目前关于粗糙度对碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土梁界面黏结性能的研究并不多,如Chajes等[4]指出CFRP-混凝土界面通过机械打磨,会提高界面黏结强度;Yao等[5]通过单剪试验发现,CFRP-混凝土界面处理对界面黏结强度有显著改善;Delaney等[6]提出CFRP-混凝土界面处理对加固体的强度和稳定性均有影响;Li[7]通过砂纸和机械打磨出3种粗糙度的界面,与未打磨的界面比较后发现,其极限荷载和极限位移均有所提高.各国学者多采用钢刷法、喷砂法、角磨机法和锤击法进行粗糙面的制作,其中前3种方法在宏观上表现为粗糙程度区分不明显,而锤击法虽然能形成明显粗糙度,但是对混凝土损伤较大,内部易形成裂缝.

综上所述,关于CFRP-混凝土梁界面粗糙度的量化评定研究还不系统,表现为试验数据少,试验方法单一,试验结果仅为定性描述.因此本文基于54块混凝土试件单剪试验,考察了粗糙度不同的6种界面对CFRP-混凝土梁界面剪切黏结性能的影响.

1 试验

1.1 试件制作

试验用水泥为吉林亚泰沈阳沈北新区分厂P·O 42.5水泥;粉煤灰为江苏连云港电厂生产的I级超细粉煤灰;骨料采用细度模数为2.5中砂和连续级配、粒径5~20mm的人工碎石;粉煤灰为丹东华能电厂,Ⅰ级粉煤灰;外加剂为山东莱阳宏祥建筑外加剂厂生产的聚羧酸高效减水剂,减水率(质量分数)为18%;水为生活自来水;CFRP采用南京海拓复合材料有限责任公司生产的HICOMA-HITEX系列碳纤维布,黏贴胶体采用该厂生产的环氧树脂AB胶,且按照质量比2∶1配制黏结树脂.原材料性能见表1,2.混凝土试件尺寸80mm×80mm×200mm.为降低制作粗糙度过程中混凝土因破损形成的裂缝对试验造成不利影响,先在试模底面轻涂1层缓凝剂,待试件浇筑24h脱模后,用钢刷制配形成一定区分度的6种粗糙度界面,这样既可明显区分开粗糙面,又能极大降低混凝土表层损伤对试验结果带来的离散影响.试验考虑3种强度的混凝土(C30,C40,C50),每种强度的混凝土制作粗糙度不同的6种界面,每种粗糙度制作3块试件,共计54块.

 

表1 混凝土配合比

 

Table 1 Mix proportion of concretes kg/m3

  

StrengthgradeCementFlyashCoarseaggregate(520mm)FineaggregateWaterreducerWaterC303365910457893.95167C403915610515803.47165C504234711046606.11150

 

表2 材料物理参数指标

 

Table 2 Physical parameter index of material

  

MaterialCompressivestrengthfc/MPaTensilestrengthft/MPaElasticmodulusEf/GPaThicknesstf/mmAreamassmf/(g·m-2)ConcreteC3035.05.3C4046.06.4C5057.57.4CFRP3400.0230.00.167300Adhesiveresin38.02.4

图1为黏结区间应变片布置示意图.

  

图1 黏结区间应变片布置Fig.1 Configuration of strain gauge in bonding area(size:mm)

由图1可见,每个试件的上表面60mm×140mm 范围内粘贴了1组应变片,用来检测单剪试验过程中黏结长度方向上应变的变化情况;为弱化界面随机粗糙度带来的影响,沿界面黏结长度方向,以20mm为间距布设了5mm×3mm的2列电阻应变片,每个横断点位应变值取2片应变片的平均值.

公元前4世纪时,我们可以认定为意定代理人的唯一类型只有奴隶和家子,他们处在家父的权力之下。对于之外的任何其他人而言,适用的是这样一条极为古老的市民法原则,即“无人能通过一个不隶属于其权力之下的家外人取得物或权利”。正如盖尤斯在《法学阶梯》2,95所记叙的:

1.2 粗糙度量化定义

目前,中国测量粗糙度常用的方法是灌砂法[8],其测量方法如下:用围挡板将混凝土四周围挡起来,使挡板的最高处和混凝土表面凹凸面的最高点平齐,在围挡内灌入标准砂,用抹刀将高过于围挡的砂子抹平,然后撤掉围挡,将圈入其中的砂子全部倒出来进行体积测量,灌砂平均深度h可由标准砂体积V除以混凝土的黏结面积来表示,如式(1)所示:

 

(1)

式中:ab为混凝土黏结面的长度和宽度.

粗糙度f按式(2)[9]计算:

 

(2)

式中:δ为混凝土黏结面凹凸最大深度值.

6种界面粗糙度量化值如表3所示.

 

表3 6种界面粗糙度量化值

 

Table 3 Quantitative interfacial roughness values

  

f0f1f2f3f4f50.250.340.440.560.680.88

1.3 试验过程

试验采用100t电液伺服材料试验机进行加载,加载速率为1kN/min.单剪试验装置示意图见图2.试验前先将应变片与德国IMC公司的数据动态采集系统相连,再接入计算机,以便实时观测混凝土应变随加载力的变化情况.

2 试验现象与破坏形态

加载过程中荷载与加载端附近的CFRP布应变基本同步增长.当荷载达到极限黏结荷载的20%时,CFRP布开始发出轻微的撕裂声;当荷载继续增加到极限黏结荷载的40%时,伴随试件间断发出的“啪啪”响声,CFRP表面应变急剧变化,表明CFRP布与混凝土已经出现了剥离现象;当荷载达到极限黏结荷载的70%~80%时,剥离声音较频繁,这个过程持续时间较长,其中部分试件荷载有波动,但变化范围不大;当荷载达到极限黏结荷载时,突然发出“啪”的一声,CFRP从混凝土试件上完全剥离下来,破坏前无明显征兆,属脆性破坏.6种界面试件遭到单剪破坏后,有3种破坏形态,如图3所示.由图3可见,第1种破坏是在胶层与混凝土界面处拉断(图3(c),(d),(e),(f));第2种破坏是碳纤维布附带许表层混凝土剥落(图3(a));第3种破坏是碳纤维布撕裂破坏(图3(b)).试验中70%试件发生了第1种破坏.

徐艺道:“左达跟您约的不是八点五十吗?快到时间了,还是让我上去吧。”不等张仲平说话,徐艺坚定地说:“姨父,我是不会让你上去的,万一真出个什么事,我怎么跟姨妈交待?”

  

图2 单剪试验装置示意图Fig.2 Single shear experimental setup

  

图3 CFRP-混凝土界面破坏形态Fig.3 Interfacial failure pattern between CFRP and concrete

3 粗糙度对CFRP-计算混凝土界面黏结性能的影响

3.1 粗糙度对CFRP布应力-应变关系的影响

图4给出了C40试件在加载过程中沿黏贴长度方向CFRP布的应力-应变关系.

由图4可见:随着粗糙度的增加,f0~f2界面黏结剪应力逐渐增强;f3~f5界面黏结剪应力急速下降,损失较大.这是因为f0~f2界面距离自由端120mm处的应变片在加载到1kN时即可形成1.1×10-6~6.5×10-6的应变,当荷载加载到极限荷载的68%~ 83%,即9.08,13.2,15.7kN时,自由端应变有反应,即黏结剪应力传递到了自由端.以加载力5kN为例,f0~f2界面距离自由端120mm位置处应变值分别为2730×10-6,2930×10-6,3130× 10-6,f2较f0提高14.7%;f3,f4在同样位置应变值较f2分别下降14.3%和79.7%.

  

图4 CFRP布应力-应变关系(C40试件)Fig.4 Stress-strain relations of CFRP sheets(specimen C40)

3.2 粗糙度对界面有效黏结长度的影响

有效黏结长度是研究CFRP-混凝土界面行为的一个重要参数.随着黏结长度的增加,界面黏结强度随之增加,当超过某个固定长度Le后,即使黏结长度继续增加,界面黏结强度也保持不变,此固定长度Le即为有效黏结长度[10].国内外学者通过测量剪应力-位置曲线上最大黏结剪应力10%的两点间距离,或根据界面剪应力-加载端滑移量曲线下的面积与有效黏结长度成正比,或者通过解析表达式[11-14]来计算有效黏结长度均是不准确的.潘金龙等[15]把有效黏结长度划分成应力弹性区间和应力软化区间,给出了有效黏结长度计算公式:

 

(3)

FANG Enquan,LIU Guifeng,ZHANG Leishun.Experimental research on the bond performance of CFRP concrete interface[J].,2007,10(1):32-36.(in Chinese)

根据式(3)建立基于粗糙度参数下的有效黏结长度封闭解析式,并取θ=0.995[15],可以计算出C30,C40,C50试件在不同界面粗糙度下的有效黏结长度,如图5所示.由图5可见,考虑界面粗糙度和黏结树脂后,界面有效黏结长度较陆新征[16]建议的有效黏结长度有较大提高,在混凝土不同强度等级下分别增加198%,246%,273%.说明当考虑CFRP-混凝土界面粗糙度指标后,新的有效黏结长度模型延伸了界面蓄能空间,允许提供更大的黏结区域,由此提高了界面黏结强度.

  

图5 不同界面粗糙度下的有效黏结长度Fig.5 Effective bond length among interfacial roughness

3.3 粗糙度对界面黏结滑移曲线的影响

黏结滑移关系是决定CFRP-混凝土界面黏结性能的本构属性.基于单剪试验得到的CFRP应变分布数据,通过残差计算,可得到本试验的黏结滑移关系.

实际的触发角和换相角是不对称情况下分析换流器动态过程的两个重要内部电气量,根据上述对换流器触发和换相的理论分析,进一步求解各换流阀实际熄弧角以判断换相失败。

[7] LI Weiwen.Effect of concrete surface roughness on the bonding performance between the CFRP and concrete[J].Journal of Shenzhen University (Technology),2007,24(1):13-17.

 

(4)

式中:ε0为黏结区靠近加载端的第1个应变片的应变值,由于第1个位置处平行放置2个应变片,这里取2个应变片的平均值;εj(j=1,2,…,i)为沿CFRP长度方向第j个应变片的应变值.

 

(5)

设应变片间距为Δx,则第i个应变片处滑移值si为:

[10] 方恩权,刘桂凤,张雷顺.CFRP-混凝土界面粘结性能试验研究[J].,2007,10(1):32-36.

确定设防标准,收集小流域水文资料和实测资料,计算出行洪断面,预留沟道行洪宽度,确定沟道防洪治导线和生物砂堤具体位置。

  

图6 界面本构关系散点图Fig.6 Scatter of obtained interface laws

  

图7 界面本构关系曲线Fig.7 Interfacial constitutive relation curves

由图6可以看出:界面黏结应力最大值出现在粗糙度为0.44的f2界面上,其黏结强度τmax为4.89MPa, 黏结强度对应滑移值sτ为0.035mm,相比f0界面,上述2个指标分别增加58.0%,6.1%;f3界面较f2界面的τmax减少52.8%,sτ减少4.2%;f3~f5界面的黏结性能急剧下降,f5界面较f3界面的τmax减少59.3%,sτ减少86.6%.这说明并非界面越粗糙,其黏结强度和极限位移就越大,只是在一定范围内符合此规律.由图7可见,f0~f3界面在弹性区域上的刚度相差无几;f4~f5界面在弹性区间上的刚度明显降低,弹性区间变短;进入塑性阶段后,6种界面的黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.04~0.35mm的滑移值剥离破坏;有效黏结长度总体上随着粗糙度的增加而呈下降的趋势.

(1)自动驾驶技术经历了3个重要的时期:萌芽期(1974—1991年)、缓慢增长期(1991—2009年)、快速增长期(2009—2018年),自动驾驶技术发展迅速,产业链日趋完善,自动驾驶技术逐步走向市场化。

4 结论

[5] YAO J,TENG J G,CHEN J F.Experimental study on FRP-to-concrete bonded joints[J].Composites Part B,2005,36(2):99-113.

(2)与现有模型下的有效黏结长度计算值相比,基于粗糙度参数下的CFRP-混凝土梁界面有效黏结长度有较大提高,随着粗糙度的增加,6种界面有效黏结长度总体呈现下降趋势.

(3)6种界面下,粗糙度为0.44的界面黏结性能最好;粗糙度为0.25~0.44的界面τ -s曲线在脆性区域上的刚度相差无几,且界面越粗糙,脆性区间越短;进入塑性阶段后,6种界面的黏结滑移曲线均以不同斜率下降,最终以0.04~0.35mm的滑移值剥离破坏.

参考文献

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[2] 美国内务部垦务局.混凝土手册[M].王圣培译.北京:水利电力出版社,1990:23-24.

为更好的发行相应的理财产品,银行会成立资管子公司,但在未来的发展中,在产品的设计上可能会逐渐与公募基金接近。目前资管新规规定“公募产品主要投资标准化债权类资产以及上市交易的股票”,如果在未来的发展中,相关部门没有明确针对理财的监管细则,那么从原则上来讲,银行理财产品中的公募产品就不能再投资非标债权资产。未来理财将与公募基金产品趋同,将主要服务于共同竞争风险承受能力较强的投资者。

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(1)并非CFRP-混凝土界面越粗糙,其黏结强度和极限位移就越大,此规律只适用于一定粗糙度范围之内.

正是因为我们党始终从战略高度重视民族问题,在实践工作中充分体现了马克思列宁民族平等和民族团结理论的基本原则,才得到了途经民族地区各少数民族同胞的真心拥护,并在他们的大力支持和帮助下,克服各种困难,最终完成万里长征这一震惊世界的伟大壮举。因此,它的经验告诉我们,民族问题是一个极其复杂的社会问题。要始终坚持以民族平等团结为出发点和归宿,制定和实施民族政策,指导民族工作的各个方面。

[6] DELANEY J,KARBHARI V.Defect criticality in FRP strengthening[C]//Proc 8th IntSymp in Fiber-Reinforced(FRP) Polymer Reinforcement for Concrete Structures(FRPRCS-8) 2007 CD-ROM.Greece,Patras:[s.n.],2007:3-20.

i个应变片位置局部黏结应力τi为:

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MRI,即磁共振成像,在临床上有着良好的应用,尤其是在对颅脑、脊髓、心脏大血管等进行成像检查,其效果最佳。因此,采用MRI对儿童进行垂体结构和病变的观察,其效果良好,而且该检查方式是检查异位垂体后叶的唯一影像学方式。而3.0T MRI,其组织对比度、化学位移分辨率、磁敏感性对比都明显较高,不仅可以对显示细微解剖结构进行优化,还可以有效提高影像的分辨率。不仅如此,在相同信噪比的基础上,3.0T MRI还可以提高采集的速度[4]。

SHANG Shouping,YU Dejun,ZHANG Ruiwen.Evaluation of surface roughness on strengthed RC structure[J].Journal of Building Structures,2010,31(10):120-124.(in Chinese)

图6,7分别为C40试件在不同粗糙度界面下的散点图和本构关系曲线.

式中:θ为接近于1的常数其中的Ga为黏结树脂剪切模量,ha为胶层厚度,Ep,Ec分别为CFRP和混凝土的弹性模量,ρ为纤维布和混凝土横断面积之比,tp为CFRP的厚度,τmax为界面黏结强度,ρ′为纤维布和混凝土刚度之比,Gf为界面断裂能.

敦礼睁开眼,仍然靠着靠背,先把右脚从被子里挪出来垂到床边,然后坐直身子,右手撑着床,左手把被角掀开,挪动了一下屁股,坐到床沿上,将双脚伸进床边摆放的一双灰色有暗花的棉拖鞋里。虽然一切动作都是极缓慢的,敦礼却感到力气被抽空了一样,他不得不停了一下,好使自己缓过劲儿来,然后,站在地上。敦礼觉得从头到脚都轻飘飘的,像一片纸,甚至是一缕风,举手投足完全没有一丝质感。脑子里的空洞又出现了。敦礼这次听到的不是草籽花的低吟浅唱,而是一首钢琴曲,感觉非常熟悉,一时却怎么也想不起来到底是什么曲子。

[11] 王苏岩,刘贵,周英武.GFRP-高强混凝土界面黏结-滑移关系研究[J].土木工程学报,2009,42(6):8-13.

WANG Suyan,LIU Gui,ZHOU Yingwu.Study on GFRP-high strength concrete interface bond slip relationship[J].Journal of Civil Engineering,2009,42 (6):8-13.(in Chinese)

测控技术与仪器(简称测控)专业是一门新兴技术密集的综合性学科,它的专业面极广,包含电子、光学、精密器械、计算机信息、电力及自动化控制技术等多个方面,多学科间相互渗透,相互影响。在现代化建设过程中,一个国家的生产力发展水平高低与科学技术的现代化程度深浅往往反映在仪器仪表的装备水平上,为社会和本行业需要培养更多的测控技术与仪器专业的合格人才,是本学科首要完成的任务[4-16]。

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[13] TOUTANJI H,HAN M,GHORBEL E.Interfacial bond strength characteristics of FRP and RC substrate[J].Journal of Composite for Construction,2012,16(1):35-46.

根据计算结果,选择信息增益值最大的属性“上课出勤次数”作为决策树的根节点,其余属性根据其相应的增益值依此递增最终形成一棵完整决策树(图2)。

[14] CHEN J F,TENG J G.Anchorage strength models for FRP and steel plates bonded to concrete[J].Journal of Structual Engineering ,2001,98(3):1-9.

操作型学习疑难是在信息的辨识中产生的疑难.操作型学习疑难主要表现在问题解决的指向与思维引导的差异,即短期记忆中产生的思维形成的“存于记忆的数学模式[31]”对当前解决的问题没有产生真实对接或产生错乱对应的模糊情况,使得出现思维与操作的迟缓状态.外显行为就是“迟疑”、“欲言欲止”、“呆滞”等,出现“懂而不会”的现象,内心似乎想明白了,但问题解决中又发现相抵触的状况.操作型学习疑难既与之前的信息处理过程有关,又与学习者的经验、能力等因素有关,有时学习者产生的疑难并不是智力水平原因,而是受到经验的束缚[32],甚至与习惯、毅力、情绪等因素有关.

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LU Xinzheng.Studies on FRP-concrete interface [D].Beijing:Tsinghua University,2004.(in Chinese)

 
殷雨时,范颖芳,徐义洪
《建筑材料学报》 2018年第02期
《建筑材料学报》2018年第02期文献

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