CN109801686B - 钢筋与纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆间的粘结滑移模型 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钢筋与纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆间的粘结滑移模型，将若干个相同SiO2含量、不同掺量的PVA纤维的试件擦拭干净，测量尺寸，计算试件的剪切面积；将试件放置于下底板的中间位置，使剪切试件下端与下底板接触，上端与加载板接触，使之形成对试件的剪切，试件的中心与电液三轴伺服仪试验机的下压板中心对准，开动电液三轴伺服仪试验机，均匀连续缓慢地加载；采用荷载分级和变形分级二者混合控制的方式加载，当试件剪坏后，对仪器进行复位，记录破坏荷载和破坏位置，计算剪切强度，此时粘结强度为剪切强度，本发明在工程建设中降低了维护成本和环境优化以及延长结构使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及无机聚合材料模型建立领域，特别是涉及一种钢筋与纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆间的粘结滑移模型。
背景技术
混凝土和砂浆是水利工程和土木工程中应用较多的材料，在工程建设中发挥着关键的作用，随着时间的推移，许多在潮湿环境或工业环境下的混凝土结构出现了不同程度的腐蚀破坏，导致结构耐久性下降，产生了许多不利隐患，急需进行局部修补加固。水泥砂浆由于具有成本低、施工方便、性质稳定等优势而成为目前应用最多的混凝土修补加固材料，但传统的水泥砂浆又存在着诸多固有的缺陷，如韧性低、抗拉强度低、耐久性不足、易开裂等，若将其作为混凝土结构物的修补材料，势必会产生界面粘结不牢固、容易开裂等现象而留下安全隐患，而地聚合物具有耐高温性能好、强度高、耐腐蚀性和耐久性能等优良特性，同时地聚合物是一种高脆性的无机胶凝材料，存在地聚合物砂浆与水泥砂浆同样都存在着脆性大、韧性低、抗变形能力低的问题，因此利用PVA 短纤维掺入地聚合物复合材料可增强地聚合物基复合材料的韧性，使复合材料的破坏模式由脆性破坏变为延性破坏，将改性的地聚合物砂浆作为修补材料，提高新老混凝土结合面的粘结性能，由于新老混凝土材料不同，其干缩变形和温度变形并不协调，对于两者工作是极为不利，现有技术中，粘结滑移模型准确度低，无法保证工程建设中的建筑安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢筋与纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆间的粘结滑移模型，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
步骤S1：将若干个相同SiO2含量、不同掺量的PVA纤维的试件擦拭干净，测量尺寸，计算试件的剪切面积；
步骤S2：将试件放置于下底板的中间位置，使剪切试件下端与下底板接触，上端与加载板接触，使之形成对试件的剪切，试件的中心与电液三轴伺服仪试验机的下压板中心对准，开动电液三轴伺服仪试验机，加载速度控制在 1KN/S，均匀连续缓慢地加载；
步骤S3：采用荷载分级和变形分级二者混合控制的方式加载，当试件剪坏后，对仪器进行复位，记录破坏荷载和破坏位置，计算剪切强度，此时粘结强度为剪切强度，因此粘结强度的计算公式为：
式中：τu——PVA纤维纳米地聚合物砂浆与带肋钢筋的极限粘结强度 (MPa)；
Fmax——钢筋拔出的最大荷载；
A——埋入钢纤维纳米混凝土中钢筋的表面积，A＝πdl；
d——钢筋的计算直径；
l——带肋钢筋的粘结长度；
步骤S4：采集上述试件剪切强度的相关数据，在坐标轴内形成平滑的曲线，采用抛物线将各试验数据测量值进行最小二乘法拟合，并作出部分粘结- 滑移拟合曲线，统计出各试件中PVA纤维纳米地聚合物砂浆与钢筋粘结滑移本构关系表达式如下：
式中：其中τ为粘结强度，N/mm2；τu为极限粘结强度，N/mm2；Vf为PVA 纤维体积掺量；su为极限粘结强度所对应的滑移值。
优选的，(1)PVA纤维掺量0.6％时
(2)PVA纤维掺量0.8％时
本发明公开了以下技术效果：由于PVA纤维具有较好的亲水性能，抑制了干燥作用引起的原始裂缝，另外PVA纤维具有阻裂增强和抗剪作用，PVA 纤维的加入抑制了地聚合物砂浆裂缝的产生和发展，通过本发明构建的模型准确得到了PVA纤维最佳掺量，在劈裂阶段对粘结强度增强作用显著，不仅提高了极限粘结强度，还改善了地聚合物砂浆的脆性，在较大滑移后使粘结作用出现较大的残余力，在工程建设中降低了维护成本和环境优化以及延长结构使用寿命。
附图说明
图1是钢筋与纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆的加载示意图；
图2是纳米SiO2掺量1％时地聚合物砂浆与PVA纤维、钢筋粘结的荷载- 滑移曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种钢筋与纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆间的粘结滑移模型：
步骤S1：将若干个相同SiO2含量、不同掺量的PVA纤维的试件2擦拭干净，测量尺寸，计算试件2的剪切面积；
步骤S2：将试件2放置于下底板1的中间位置，使剪切试件2下端与下底板1接触，上端与加载板3接触，使之形成对试件2的剪切，试件2的中心与电液三轴伺服仪试验机的下压板1中心对准，开动电液三轴伺服仪试验机，加载速度控制在1KN/S，均匀连续缓慢地加载；步骤S3：采用荷载分级和变形分级二者混合控制的方式加载，当试件2剪坏后，对仪器进行复位，记录破坏荷载和破坏位置，计算剪切强度，此时粘结强度为剪切强度，因此粘结强度的计算公式为：
式中：τu——PVA纤维纳米地聚合物砂浆与带肋钢筋的极限粘结强度 (MPa)；
Fmax——钢筋拔出的最大荷载；
A——埋入钢纤维纳米混凝土中钢筋的表面积，A＝πdl；
d——钢筋的计算直径；
l——带肋钢筋的粘结长度；
步骤S4：采集上述试件2剪切强度的相关数据，在坐标轴内形成平滑的曲线，采用抛物线将各试验数据测量值进行最小二乘法拟合，并作出部分粘结 -滑移拟合曲线，统计出各试件中PVA纤维、纳米SiO2地聚合物砂浆与基本混凝土粘结滑移本构关系表达式如下：
式中：τ为粘结强度，N/mm2；τu为极限粘结强度，N/mm2；Vf为PVA纤维体积掺量；su为极限粘结强度所对应的滑移值。
(2)PVA纤维掺量0.8％时
图2给出了不同PVA纤维掺量时，地聚合物砂浆和纳米SiO2改性地聚合物砂浆粘结特性的影响趋势，随着PVA纤维掺量由0.2％逐渐增加到1.2％时，测得的PVA纤维地聚合物砂浆与基体混凝土的剪切强度呈现先增大后减小的趋势。当PVA纤维掺量为0.8％时，其剪切强度达到最大值3.07MPa，未掺加 PVA纤维时，测得地聚合物砂浆与基体混凝土的剪切强度为2.23MPa，随着 PVA纤维掺量的增加，其它六组掺加纤维测得的地聚合物砂浆与基体混凝土的剪切强度分别是2.32MPa、2.48MPa、2.87MPa、3.07MPa、2.74MPa、2.45MPa，与未掺加PVA纤维地聚合物砂浆与基体混凝土的剪切强度相比分别增加了 4.04％、11.21％、28.70％、37.67％、22.87％、9.87％。由此来看，当修补材料地聚合物砂浆中加入PVA纤维后，由于PVA纤维具有阻裂增强和抗剪作用，可以显著的提高地聚合物砂浆与基体混凝土的剪切强度；当PVA纤维掺量达到0.8％时，PVA纤维地聚合物砂浆与基体混凝土的剪切强度达到最大值。当 PVA纤维掺量继续增大到1.2％时，由于随着纤维过量掺加，纤维难以分散均匀，砂浆内部出现纤维团聚现象使得地聚合物砂浆材料内部空隙增多，导致修补材料强度降低以及粘结面积的减小，剪切强度明显降低，从而降低了界面的粘结能力。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种钢筋与纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆间的粘结滑移模型，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：将若干个相同SiO2含量、不同掺量的PVA纤维的试件擦拭干净，测量尺寸，计算试件(2)的剪切面积；
步骤S2：将试件(2)放置于下底板(1)的中间位置，使剪切试件(2)下端与下底板(1)接触，上端与加载板(3)接触，使之形成对试件(2)的剪切，试件(2)的中心与电液三轴伺服仪试验机的下压板1中心对准，开动电液三轴伺服仪试验机，加载速度控制在1KN/S，均匀连续缓慢地加载；
步骤S3：采用荷载分级和变形分级二者混合控制的方式加载，当试件(2)剪坏后，对仪器进行复位，记录破坏荷载和破坏位置，计算剪切强度，此时粘结强度为剪切强度，因此粘结强度的计算公式为：
式中：τu——PVA纤维纳米地聚合物砂浆与带肋钢筋的极限粘结强度；
Fmax——钢筋拔出的最大荷载；
A——埋入钢纤维纳米混凝土中钢筋的表面积，A＝πdl；
d——钢筋的计算直径；
l——带肋钢筋的粘结长度；
步骤S4：采集上述试件(2)剪切强度的相关数据，在坐标轴内形成平滑的曲线，采用抛物线将各试验数据测量值进行最小二乘法拟合，并作出部分粘结-滑移拟合曲线，统计出各试件(2)中PVA纤维纳米地聚合物砂浆与钢筋粘结滑移本构关系表达式如下：
式中：τ为粘结强度，N/mm2；τu为极限粘结强度，N/mm2；Vf为PVA纤维体积掺量；su为极限粘结强度所对应的滑移值。
2.根据权利要求1所述的钢筋与纳米SiO2和PVA纤维增强地聚合物砂浆间的粘结滑移模型，其特征在于：
(1)PVA纤维掺量0.6％时
(2)PVA纤维掺量0.8％时
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