黏结环氧树脂嵌入砌体结构的抗剪切性能研究

黏结环氧树脂嵌入砌体结构的抗剪切性能研究

1frp嵌入式加固砌体结构墙以经济有效的结构形式，将围栏结构广泛应用于各种房屋建设、桥梁和供水设施中。它包括许多具有历史价值的建筑和结构，已有2000多年的历史。然而,与混凝土相比,砌体结构抗拉、抗剪、抗弯能力均很低,特别是无筋砌体结构整体性较差,承载力低,随使用年限的增加,砌体结构的修复、加固问题日益突出。近年来,纤维类材料(FRP)加固技术以其高强高效、耐久性、不增加构件的自重及体积、适用面广、便于施工等优势在砌体结构加固领域得到了广泛的研究和应用,对于提高砌体结构、混凝土结构抗剪性、抗震性能、平面外抗弯性能具有显著效果。然而FRP粘贴砌体结构外墙加固方式也存在以下不足:破坏建筑结构外观、与砌体结构外墙锚固性能差、防火性能不好。FRP嵌入式加固砌体结构,是在砌体结构表面处开槽,然后将FRP粘结环氧树脂、水泥基胶凝材料等胶结材料嵌入到槽内,作为一种新型加固方式,弥补了FRP粘贴砌体结构外墙加固方式的不足。砌体结构的抗剪强度是砌体进行抗震验算的基本性能指标,国内外对砌体抗剪强度的研究颇多,而FRP嵌入式加固砌体结构抗剪性能试验研究还未见诸报道。本文从FRP嵌入方式、嵌入尺寸、嵌入数量、嵌入部位等方面初步探讨了嵌入式加固砌体结构对砌体结构抗剪切性能影响。2原材料和样品的制备2.1碳纤维胶检测方法碳纤维布,上海东维化建新材料科技有限公司生产的TRCA®,型号:TC2-200,理论厚度0.111mm,碳纤维性能见表1。检测依据《混凝土结构加固设计规范(GB50367—2006)》进行。碳纤维胶,上海东维化建新材料科技有限公司生产的TIGER®,型号:TGE-2,环氧树脂粘胶,A∶B=3∶1,碳纤维胶具体性能见表2。检测依据《混凝土结构加固设计规范(GB50367—2006)》。烧结空心砖及粉煤灰实心砖均采用MU15,空心砖孔洞率35%,尺寸240mm×115mm×90mm,实心砖尺寸240mm×115mm×53mm。2.2样品的制备和测试方法2.2.1树脂胶浸刷改性(1)玻璃板上,放置一层隔离塑料膜,先浸刷一层搅拌好的环氧树脂胶,将剪好的整块CFRP布粘上,然后在CFRP布上浸刷环氧树脂胶并用玻璃棒滚平赶走气泡,并使之浸抹均匀,完毕后在空气中硬化2d。(2)用小刀或剪刀剪取相应宽度CFRP条,待用。2.2.2brp基层设计(1)试样由3皮砖顺砌而成、砂浆厚度8~10mm具体见图1。(2)在砌体表面灰缝及砖内部等处开槽,槽宽3mm,深15mm,并清理干净凹槽内的灰渣,将环氧树脂粘结剂涂抹CFRP条两面及凹槽内表面,并将CFRP条嵌入凹槽内,养护2d,其中,FRP宽度为凹槽深度2/3,剩余用砂浆勾缝填平。2.2.3最大加载力及加载量采用无锡建仪仪器机械有限公司生产的TYE-100A型抗折试验机,最大加载力100kN。试验采用《砌墙砖试验方法(GB/T2542—2003)》,加载速度0.2kN/s,加载示意图参照图1。3结果与分析3.1砂浆粘结强度试验CFRP嵌入砌体结构的嵌入方式如图2所示,其中未加固试件(a-b)及CFRP嵌入砌体试件灰缝处(c-e)的破坏呈脆性,没有明显征兆,当荷载达到极限值时,试件突然丧失承载力而破坏。而在砖体表面嵌入CFRP时,由于CFRP抗拉强度较大及具有一定的伸长率,砌体结构会出现滑移破坏,砖同时会被压碎,试件承载力逐渐降低,如试件f。具体破坏形式如下,试件a,破坏部位在砖中间部位断裂,不在砖灰缝处,此种破坏需剪力较大,非砌体结构常见破坏类型,此破坏强度取决于砖的强度,而与砂浆粘结强度关系较小;试件b,破坏出现在砌体下部灰缝处,为砌体结构最常见破坏类型,此破坏强度取决于砂浆粘结强度;试件c,异侧对角灰缝处嵌入CFRP,破坏出现在砌体下部未嵌入CFRP的灰缝处,嵌入灰缝处未发生破坏,此时砂浆粘结强度是破坏最薄弱环节,影响破坏强度;试件d,同侧灰缝处嵌入CFRP,破坏出现在砌体下部嵌入FRP的灰缝处,破坏在砂浆与砖粘结处;试件e,两侧灰缝处均嵌入CFRP(灰缝开槽宽度3mm,灰缝宽度为8mm),破坏出现在砌体结构上部或者下部CFRP与砂浆的连接处,此时破坏强度取决于砂浆粘结强度;当两侧灰缝全部剔除时,破坏出现在砌体结构下部碳纤维与砖体连接近砖体处,砖体破坏;f砌体下部中间砖体处开槽嵌入CFRP,破坏出现在砌体上部未嵌入CFRP的灰缝连接处,两侧砖相对中间砖向上滑移。3.2抗剪强度对抗剪性能的影响不同砂浆强度等级的试件抗剪强度统计结果列于表3,由表3可知,不同嵌入式方式对砌体结构抗剪强度有较大影响,嵌入CFRP的c、d、e、f试件与不嵌入CFRP的b试件相比,抗剪性能明显提高。而且嵌入CFRP的c、d、e、f试件的抗剪强度依次增加,而f试件增幅最为明显,这也与c-e试件破坏主要依赖于灰缝处砂浆强度有关,而f试件的破坏主要依靠碳纤维与砖体粘结,而且不会发生脆性破坏,安全系数高。从施工角度及经济角度f种嵌入方式最优。另外,从表3可知不论砌体试件选择哪一种嵌入方式,砂浆与块体间的黏结强度对砌体的抗剪强度都有较大影响,砂浆强度从M5到M15,砌体结构抗剪强度提高明显。而图2中a加载方式主要是依靠砖块的强度,与砂浆强度关系较小。另外还可看出,相同砂浆强度的b~e嵌入方式变异系数基本相当,这也与此几种加载方式主要破坏与砂浆强度有较大关系所致。3.3抗剪性能分析嵌入CFRP尺寸对砌体结构抗剪强度影响列于表4,表4以f种嵌入方式为例,砂浆强度采用M7.5。从表4可见提高CFRP宽度有助于提高砌体结构抗剪性能,砌体开槽深度增大之后,CFRP与砖砌体粘结面积增大,增大了CFRP与砖的锚固性能,但是开槽过深会给施工造成困难且提高加固成本。而砌体开槽宽度对砌体结构抗剪强度影响是随开槽宽度先升高后降低,以2~3mm为宜,开槽宽度太小CFRP嵌入困难,环氧树脂少,CFRP得不到较好的浸润,砌体开槽宽度太大,环氧树脂用量大,浸胶容易不均匀,养护时间增长,脆性增大。3.4抗剪强度的影响图3为CFRP嵌入部位、嵌入数量示意图,表5给出了CFRP嵌入部位、嵌入数量对砌体抗剪强度的影响,砂浆强度采用M7.5。从表5可知,随CFRP嵌入数量增多,CFRP与砖体粘结总面积增大,锚固性能增加,试件抗剪强度增高。同时CFRP嵌入部位对抗剪强度有较大影响,其中,CFRP嵌入砌体两端较中间抗剪强度要高。3.5抗剪强度的影响试验中对空心砖和实心砖嵌入CFRP进行抗剪强度对比,未嵌入CFRP时,混凝土空心砖砌体的抗剪强度值由于消减作用会高于黏土实心砖砌体,而在嵌入CFRP后,由于混凝土空心砖砌体孔洞的存在,使得CFRP在嵌入砌体时施工较为困难,碳纤维胶易流淌,致使CFRP与砌体的实际接触面积减小,降低了CFRP的有效锚固作用,因此对于混凝土空心砖砌体与实心砖砌体的抗剪强度难分伯仲。而针对混凝土空心砖最佳的加固方式为CFRP粘贴式加固,而嵌入式加固不适宜。4抗剪强度影响CFRP嵌入式加固砌体结构,大大提高了砌体结构的抗剪强度,而且不同嵌入方式对抗剪强度有较大影响,其中以CFRP嵌入砖体处加固,抗剪增强效果最优。而砂浆强度对CFRP嵌入灰缝式砌体加固方式抗剪强度影响较大,砂浆强度从M5、M7.5、M10到M15,砌体抗剪强度依次增加。CFRP嵌入尺寸、嵌入数量、嵌入部位对砌体结构抗剪强度影响较大,且CFRP嵌入尺寸