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9.石材-砂浆界面粘结性能试验研究

时间:2017-10-26  来源:本网  浏览次数:908

  钢筋网砂浆层加固法因其施工简单,造价低廉等特点,广泛应用于钢筋混凝土结构及砖砌体结构等加固工程中。保证其加固有效的重要条件是原结构与加固层能共同T.作,从而要求加固砂浆层弓原结构面有较好的粘结性能。闽南村镇存在大量石结构楼盖,由于石楼板的抗弯能力较差,存在严重安全隐患,急需进行加固121.基于经济和安全考虑,拟采用改性砂浆钢筋网进行石楼板抗弯承载力加固。对于混甚金目:国家“十一五”科技支撺计目(26BM6B3h福建省ft然科学基金资助项S(甚金编号:EOSi0021)。

  加载端试件尺寸及实物图(u)试件立面尺寸(mm);(6)试件平面尺寸(mm);(试件实物图凝土等材料的界面粘结性能已开展较多研究>5,取得卓有成效的研究成果,但有关石材与砂浆界面粘结性能尚未见研究道。因此,本文进行了改性砂浆与石材界面粘结性能试验研究,为后续加固试验和工程应用提供依据。

  1试验况1.1试件设计选择“凸”形试件作为推出试验的试件形式,试件尺寸及实物图如所示。砂架体尺寸为100mmX180mmX 270mm,石材选用210mmX210mmX270mm长方体闽南地区花岗岩料石,石材表面采用人工劈裂后的自然界面以模拟既有石楼板的原始界面。砂浆体采用人工插捣的方式制作成型,共制作六组,15个试件,试件参数见表1.试件参数表1试件界面处理砂浆种类U形连接件改性砂浆I无改性砂浆I无改性砂浆n无聚合物砂A无聚合物砂浆B U形连接件聚合物砂浆B一砂浆;C-一纤维素醚;MS―商品聚合物砂浆;U――U形连接件。

  为考察不同因素对界面粘结强度的影响,进行了不同砂浆种类、砂浆强度和抗剪连接件的对比试验。选用三种不同砂浆,两种自配改性砂浆和一种商品聚合物砂浆。改性砂浆设计强度为20MPa,商品聚合物砂浆设计强度为20MPa和40MPa(分别用A、B表示)。主要考虑:(1)较高砂浆强度,作为结构层的砂浆强度要求较高;(2)施工性能,满足石板加固时倒挂施工的抗垂挂性要求;(3)较低造价,考虑在农村推广,在满足前两个要素的条件下造价尽量低。自行配制砂浆在普通水泥砂浆的基础上添加104胶和纤维素醚,改善其施工性能。砂浆配比及实测立方体试块抗压强度见表2.商品聚合物砂浆A、B,其实测立方体28d抗压强度分别为33.69MPa和50. 55MPa.界面剂根据砂浆的不同而选用,改性砂浆试件采用水泥净浆(水灰比为0.5);聚合物砂浆采用同厂家提供的底涂,―676水干粉比为0.压破坏(a);D+X型破坏――双面粘结破坏,伴随砂浆体受压破坏(。

  砂浆配比及强度表2砂浆水泥中砂纤维素醚104胶水fm.vu(MPa)砂浆I砂浆ni为考察U形连接件对界面粘结强度的影响,在试件MCU1、2和MSU14、15界面植人一个U形连接件。钢筋采用56钢筋,植人石材深度为30mm,突出石材表面高度为30mm.连接件的设置示意见。

  1.2试验装置及测置方案试验加载装置如,推出力采用300kN液压千斤顶加载。采用分级增量加载方式,每级荷载级差为5kN,每级荷载持荷30s,直到试件破坏。前后中心对称设置两个百分表用于测量石块与砂浆体加载过程中的粘结滑移值,测量精度O.Olnun.试验过程力与位移通过DH3816数据采集仪自动采集。

  试验加载装置2试验结果及分析2.1试现象与破坏形态分析试件最终破坏形态可归纳为4种:I型破坏――单面粘结破坏(图知);n型破坏――双面粘结破坏(6、3c);I+X型破坏――单面粘结破坏,伴随砂浆体受I、n型破坏模式图(u)i型破坏模式;(wn型破坏模式;(c)n型破坏模式(带连接件)X型破坏模式第一组试件MCU卜2和第二组试件MC3-5,由于砂浆强度较设计强度低,人工插捣不实,致使砂浆体强度偏低,在发生界面粘结破坏的同时,砂浆体被压坏。

  第三组试件MCZ6-8,第四组试件MSA9-10,第五组试件MSB11-13和第六组试件MSU14-15,砂浆体强度较设计强度篼,试验过程中均未出现砂浆体破坏现象,界面最终发生粘结破坏。所有试件在破坏时均伴随一声闷响,荷载值达到最大,粘结滑移位移均很微小,不超过。3mm,可以认为粘结破坏为完全脆性破坏。破坏形态分析如下:主要试验结果表3(1)抗剪连接件的影响。如U)所示,带抗剪连接件的试件最大粘结强度值均高于不带抗剪连接件的试件强度值。其破坏前在单面粘结界面上部部出现向加载中心方向发展的细小斜向裂缝,随荷载的增加,裂缝扩展缓慢,破坏前最大宽度约lmm;最后单面粘结界面突然脱开,砂浆体完好。

  出现细小斜向裂缝,界面处裂缝随荷载增加逐渐向上扩展,最后贯通整个界面,破坏突然,双面粘结界面脱开。破坏后,试件MSA10的砂浆体与石块完全脱开;试件MSU14-15,因连接件的存在,砂浆体与石块尚紧密连接在一起,连接件未破坏。

  I+X型破坏MCU1、MC4-5的破坏模式均为I+X型(图“),破坏前在单面粘结界面中部出现向加载中心方向发展的斜向裂缝,并随荷载的增加,裂缝不断扩展,破坏前最大宽度约5mm;在斜裂缝出现前均出现承压面砂浆体角部受压竖向裂缝;最后砂浆体在裂缝处破坏,裂缝以下单面粘结界面脱开。带抗剪连接件的试件MCU1破坏时,破坏面穿过连接件。

  n+X型破坏MCU2、MC3的破坏模式均为+X型(6),破坏前在双面粘结界面中部出现向加载中心方向发展的斜向裂缝,并随荷载的增加,裂缝不断扩展,破坏前最大宽度约35mm;在斜裂缝出现前均出现承压面砂浆体角部受压竖向裂缝;最后砂浆体在裂缝处破坏,裂缝以下双面粘结界面脱开。MCU2破坏时,两边破坏面均穿过连接件,砂浆体破坏严重。MC3破坏时,砂浆体上部承压处破坏。

  2.2粘结强度及影响因素分析粘结强度等于破坏荷载值与粘结面面积的比值。粘结面积均取两个粘结界面的实测面积之和。试验结果见表3,表中,A界面面积;F破坏荷载;r粘结强度。

  粘结强度一粘结滑移曲线k)抗剪连接件的影响;(△)砂浆种类的影响型破坏模式,MCU1设置抗剪连接件后较MC4、MC5平均值,粘结强度约提高21%;MCU1破坏时,破坏面穿过连接件,可认为连接件尚未完全发挥作用。试件MSU14、MSU15的粘结强度远远高于对比件MSB13.由表3知,MSU14-15与MSB13破坏模式不同,分别为双面粘结破坏和单面粘结破坏。

  取MSB11MSB13平均粘结强度的2倍作为双面粘结破坏强度,与MSU14、MSU15的粘结强度平均值进行比较,带抗剪连接件的试件粘结强度较对比试件尚约提高23%.综合比较,可以认为,抗剪连接件对界面粘结强度有较显著的提篼作用。

  采用自配改性砂浆试件MC4、MCZ6和MCZ8,与采用商品聚合物砂浆的试件MSA9和MSB13相比较,破坏模式同为I型破坏,前者最大界面粘结强度较高。由此表明,自配改性砂浆较商品聚合物砂浆,与石材的界面粘结性能更好,可用于后续石板加固试验。

  试件的破坏模式不同,不能简单进行比较。设抗剪连接件的试件,MCU2与MSU14、MSU15破坏模式可认为同为双面粘结破坏,其中MCU2为不完全粘结破坏。MSU14、MSU15的粘结强度较MCU2的粘结强度约篼出10%;未设抗剪连接件的试件MSA10与MC3,可认为同为完全双面粘结破坏,MC3的粘结强度较MSA10约篼出7%.MSA9与MSB11MSB13相比较,同为完全单面粘结破坏,MSA9的粘结强度较MSB11MSB13约高出15%.综合破坏形态和数据分析,不同砂浆强度的试件,粘结强度上下相差不大于15%,可认为试件的粘结强度差别不大,由此可推定:砂浆强度对砂浆石材粘结性能的影响不大。

  由表3可看出,所有试件的粘结强度均大于IMPa,石楼板加固试件所需的界面抗剪强度理论计算值不超过。

  5MPa,说明砂砚与石材的粘结性能满足加固试验的界面抗剪需求。

  3结论自配改性砂浆和商品聚合物砂浆与自然粗糙的花岗岩石材界面粘结性能良好,界面粘结强度均可满足加固界面抗剪强度需求。

  界面粘结面破坏均为脆性破坏。

  在截面植入抗剪连接件,可有效提高界面粘结强度。

  砂菜强度对界面粘结性能的影响不明显。当砂莱强度大于2MPa时,粘结强度未见明显差异,其影响效果有待进一步研究。

  自配改性砂浆与石材界面有较好粘结强度,试验结果均揭示自配改性砂浆比商品聚合物砂浆的界面粘结强度高。由于自配改性砂浆造价较低,适于农村石楼板加固。研究成果为后续加固试验和工程应用提供依据。

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