黏結(jié)環(huán)氧樹脂嵌入砌體結(jié)構(gòu)的抗剪切性能研究

黏結(jié)環(huán)氧樹脂嵌入砌體結(jié)構(gòu)的抗剪切性能研究

1frp嵌入式加固砌體結(jié)構(gòu)墻以經(jīng)濟(jì)有效的結(jié)構(gòu)形式，將圍欄結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種房屋建設(shè)、橋梁和供水設(shè)施中。它包括許多具有歷史價(jià)值的建筑和結(jié)構(gòu)，已有2000多年的歷史。然而,與混凝土相比,砌體結(jié)構(gòu)抗拉、抗剪、抗彎能力均很低,特別是無筋砌體結(jié)構(gòu)整體性較差,承載力低,隨使用年限的增加,砌體結(jié)構(gòu)的修復(fù)、加固問題日益突出。近年來,纖維類材料(FRP)加固技術(shù)以其高強(qiáng)高效、耐久性、不增加構(gòu)件的自重及體積、適用面廣、便于施工等優(yōu)勢(shì)在砌體結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用,對(duì)于提高砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)抗剪性、抗震性能、平面外抗彎性能具有顯著效果。然而FRP粘貼砌體結(jié)構(gòu)外墻加固方式也存在以下不足:破壞建筑結(jié)構(gòu)外觀、與砌體結(jié)構(gòu)外墻錨固性能差、防火性能不好。FRP嵌入式加固砌體結(jié)構(gòu),是在砌體結(jié)構(gòu)表面處開槽,然后將FRP粘結(jié)環(huán)氧樹脂、水泥基膠凝材料等膠結(jié)材料嵌入到槽內(nèi),作為一種新型加固方式,彌補(bǔ)了FRP粘貼砌體結(jié)構(gòu)外墻加固方式的不足。砌體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度是砌體進(jìn)行抗震驗(yàn)算的基本性能指標(biāo),國(guó)內(nèi)外對(duì)砌體抗剪強(qiáng)度的研究頗多,而FRP嵌入式加固砌體結(jié)構(gòu)抗剪性能試驗(yàn)研究還未見諸報(bào)道。本文從FRP嵌入方式、嵌入尺寸、嵌入數(shù)量、嵌入部位等方面初步探討了嵌入式加固砌體結(jié)構(gòu)對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗剪切性能影響。2原材料和樣品的制備2.1碳纖維膠檢測(cè)方法碳纖維布,上海東維化建新材料科技有限公司生產(chǎn)的TRCA?,型號(hào):TC2-200,理論厚度0.111mm,碳纖維性能見表1。檢測(cè)依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50367—2006)》進(jìn)行。碳纖維膠,上海東維化建新材料科技有限公司生產(chǎn)的TIGER?,型號(hào):TGE-2,環(huán)氧樹脂粘膠,A∶B=3∶1,碳纖維膠具體性能見表2。檢測(cè)依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50367—2006)》。燒結(jié)空心磚及粉煤灰實(shí)心磚均采用MU15,空心磚孔洞率35%,尺寸240mm×115mm×90mm,實(shí)心磚尺寸240mm×115mm×53mm。2.2樣品的制備和測(cè)試方法2.2.1樹脂膠浸刷改性(1)玻璃板上,放置一層隔離塑料膜,先浸刷一層攪拌好的環(huán)氧樹脂膠,將剪好的整塊CFRP布粘上,然后在CFRP布上浸刷環(huán)氧樹脂膠并用玻璃棒滾平趕走氣泡,并使之浸抹均勻,完畢后在空氣中硬化2d。(2)用小刀或剪刀剪取相應(yīng)寬度CFRP條,待用。2.2.2brp基層設(shè)計(jì)(1)試樣由3皮磚順砌而成、砂漿厚度8~10mm具體見圖1。(2)在砌體表面灰縫及磚內(nèi)部等處開槽,槽寬3mm,深15mm,并清理干凈凹槽內(nèi)的灰渣,將環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑涂抹CFRP條兩面及凹槽內(nèi)表面,并將CFRP條嵌入凹槽內(nèi),養(yǎng)護(hù)2d,其中,FRP寬度為凹槽深度2/3,剩余用砂漿勾縫填平。2.2.3最大加載力及加載量采用無錫建儀儀器機(jī)械有限公司生產(chǎn)的TYE-100A型抗折試驗(yàn)機(jī),最大加載力100kN。試驗(yàn)采用《砌墻磚試驗(yàn)方法(GB/T2542—2003)》,加載速度0.2kN/s,加載示意圖參照?qǐng)D1。3結(jié)果與分析3.1砂漿粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)CFRP嵌入砌體結(jié)構(gòu)的嵌入方式如圖2所示,其中未加固試件(a-b)及CFRP嵌入砌體試件灰縫處(c-e)的破壞呈脆性,沒有明顯征兆,當(dāng)荷載達(dá)到極限值時(shí),試件突然喪失承載力而破壞。而在磚體表面嵌入CFRP時(shí),由于CFRP抗拉強(qiáng)度較大及具有一定的伸長(zhǎng)率,砌體結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)滑移破壞,磚同時(shí)會(huì)被壓碎,試件承載力逐漸降低,如試件f。具體破壞形式如下,試件a,破壞部位在磚中間部位斷裂,不在磚灰縫處,此種破壞需剪力較大,非砌體結(jié)構(gòu)常見破壞類型,此破壞強(qiáng)度取決于磚的強(qiáng)度,而與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度關(guān)系較小;試件b,破壞出現(xiàn)在砌體下部灰縫處,為砌體結(jié)構(gòu)最常見破壞類型,此破壞強(qiáng)度取決于砂漿粘結(jié)強(qiáng)度;試件c,異側(cè)對(duì)角灰縫處嵌入CFRP,破壞出現(xiàn)在砌體下部未嵌入CFRP的灰縫處,嵌入灰縫處未發(fā)生破壞,此時(shí)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度是破壞最薄弱環(huán)節(jié),影響破壞強(qiáng)度;試件d,同側(cè)灰縫處嵌入CFRP,破壞出現(xiàn)在砌體下部嵌入FRP的灰縫處,破壞在砂漿與磚粘結(jié)處;試件e,兩側(cè)灰縫處均嵌入CFRP(灰縫開槽寬度3mm,灰縫寬度為8mm),破壞出現(xiàn)在砌體結(jié)構(gòu)上部或者下部CFRP與砂漿的連接處,此時(shí)破壞強(qiáng)度取決于砂漿粘結(jié)強(qiáng)度;當(dāng)兩側(cè)灰縫全部剔除時(shí),破壞出現(xiàn)在砌體結(jié)構(gòu)下部碳纖維與磚體連接近磚體處,磚體破壞;f砌體下部中間磚體處開槽嵌入CFRP,破壞出現(xiàn)在砌體上部未嵌入CFRP的灰縫連接處,兩側(cè)磚相對(duì)中間磚向上滑移。3.2抗剪強(qiáng)度對(duì)抗剪性能的影響不同砂漿強(qiáng)度等級(jí)的試件抗剪強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表3,由表3可知,不同嵌入式方式對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度有較大影響,嵌入CFRP的c、d、e、f試件與不嵌入CFRP的b試件相比,抗剪性能明顯提高。而且嵌入CFRP的c、d、e、f試件的抗剪強(qiáng)度依次增加,而f試件增幅最為明顯,這也與c-e試件破壞主要依賴于灰縫處砂漿強(qiáng)度有關(guān),而f試件的破壞主要依靠碳纖維與磚體粘結(jié),而且不會(huì)發(fā)生脆性破壞,安全系數(shù)高。從施工角度及經(jīng)濟(jì)角度f種嵌入方式最優(yōu)。另外,從表3可知不論砌體試件選擇哪一種嵌入方式,砂漿與塊體間的黏結(jié)強(qiáng)度對(duì)砌體的抗剪強(qiáng)度都有較大影響,砂漿強(qiáng)度從M5到M15,砌體結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度提高明顯。而圖2中a加載方式主要是依靠磚塊的強(qiáng)度,與砂漿強(qiáng)度關(guān)系較小。另外還可看出,相同砂漿強(qiáng)度的b~e嵌入方式變異系數(shù)基本相當(dāng),這也與此幾種加載方式主要破壞與砂漿強(qiáng)度有較大關(guān)系所致。3.3抗剪性能分析嵌入CFRP尺寸對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度影響列于表4,表4以f種嵌入方式為例,砂漿強(qiáng)度采用M7.5。從表4可見提高CFRP寬度有助于提高砌體結(jié)構(gòu)抗剪性能,砌體開槽深度增大之后,CFRP與磚砌體粘結(jié)面積增大,增大了CFRP與磚的錨固性能,但是開槽過深會(huì)給施工造成困難且提高加固成本。而砌體開槽寬度對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度影響是隨開槽寬度先升高后降低,以2~3mm為宜,開槽寬度太小CFRP嵌入困難,環(huán)氧樹脂少,CFRP得不到較好的浸潤(rùn),砌體開槽寬度太大,環(huán)氧樹脂用量大,浸膠容易不均勻,養(yǎng)護(hù)時(shí)間增長(zhǎng),脆性增大。3.4抗剪強(qiáng)度的影響圖3為CFRP嵌入部位、嵌入數(shù)量示意圖,表5給出了CFRP嵌入部位、嵌入數(shù)量對(duì)砌體抗剪強(qiáng)度的影響,砂漿強(qiáng)度采用M7.5。從表5可知,隨CFRP嵌入數(shù)量增多,CFRP與磚體粘結(jié)總面積增大,錨固性能增加,試件抗剪強(qiáng)度增高。同時(shí)CFRP嵌入部位對(duì)抗剪強(qiáng)度有較大影響,其中,CFRP嵌入砌體兩端較中間抗剪強(qiáng)度要高。3.5抗剪強(qiáng)度的影響試驗(yàn)中對(duì)空心磚和實(shí)心磚嵌入CFRP進(jìn)行抗剪強(qiáng)度對(duì)比,未嵌入CFRP時(shí),混凝土空心磚砌體的抗剪強(qiáng)度值由于消減作用會(huì)高于黏土實(shí)心磚砌體,而在嵌入CFRP后,由于混凝土空心磚砌體孔洞的存在,使得CFRP在嵌入砌體時(shí)施工較為困難,碳纖維膠易流淌,致使CFRP與砌體的實(shí)際接觸面積減小,降低了CFRP的有效錨固作用,因此對(duì)于混凝土空心磚砌體與實(shí)心磚砌體的抗剪強(qiáng)度難分伯仲。而針對(duì)混凝土空心磚最佳的加固方式為CFRP粘貼式加固,而嵌入式加固不適宜。4抗剪強(qiáng)度影響CFRP嵌入式加固砌體結(jié)構(gòu),大大提高了砌體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度,而且不同嵌入方式對(duì)抗剪強(qiáng)度有較大影響,其中以CFRP嵌入磚體處加固,抗剪增強(qiáng)效果最優(yōu)。而砂漿強(qiáng)度對(duì)CFRP嵌入灰縫式砌體加固方式抗剪強(qiáng)度影響較大,砂漿強(qiáng)度從M5、M7.5、M10到M15,砌體抗剪強(qiáng)度依次增加。CFRP嵌入尺寸、嵌入數(shù)量、嵌入部位對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度影響較大,且CFRP嵌入尺寸