专利名称：一种测定高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度的方法
技术领域：
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种测定高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度的方法。
背景技术：
目前，国内外对GFRP筋(GFRP是玻璃纤维的英语缩写)粘结强度的研究虽然已经 取得了一定的成果，但也存在着一些问题，如国内外已进行的粘结试验大多为拉拔试验，试 验方法单一，经常出现试验失败情况，其主要原因是，如果伸出的GFRP筋太长，进行拉拔试 验时，使得伸出的GFRP筋先产生弹性形变，因此，影响测试结果的准确性；另外，如果GFRP 筋与混凝土结合特别紧密，则需要加大夹头的夹持力才可夹牢伸出的GFRP筋，此时容易将 伸出的GFRP筋夹碎，导致试验失败，因此，现有的测试方法，所得到的测试结果具有较大的 局限性，而且很难试验成功。
发明内容
本发明的目的是提出一种测定高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度的方法，该测定 高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度的方法易于实施，成本低廉。本发明的技术解决方案如下一种测定高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度的方法，其特征在于，包括以下步 骤A 试件浇注在立方体浇注模中，将高强玻璃纤维筋垂直插入垂直放置的PVC塑 料套管中，插入的深度为0. 5 1cm，使得高强玻璃纤维筋的下端处于立方体浇注模的中心 位置，高强玻璃纤维筋的顶端伸出立方体浇注模；然后进行浇注操作；高强玻璃纤维筋与 PVC塑料套管进行过盈配合以防止浇注时混凝土进入PVC塑料套管中；浇注完毕24h后拆 模，得到试件；B 加载过程将试件放入养护室养护到龄期后取出进行试验，试验在液压万能试 验机上进行，具体过程如下将试件水平放置于液压万能试验机的下压头上面，先把液压万能试验机的上压头 降到与高强玻璃纤维筋顶端相接触，开始加载，加载时，垂直方向的加载速度控制在不大于 1. 27mm/min，直到试件破损，记录试件破损时的最大荷载值；C 粘接强度计算高强玻璃纤维筋与混凝土的粘结强度值τ由下式计算 <formula>formula see original document page 3</formula>其中d为高强玻璃纤维筋的直径；Ia为高强玻璃纤维筋的埋置长度；F为粘结破损时的最大荷载值。高强玻璃纤维筋顶端高于水泥块顶面距离为1 3cm，试件尺寸为150 X 150 X 150mm。作为改进，在步骤A中一次浇注多个试件，在步骤C中，对所述多个试件的高强玻璃纤维筋与混凝土的粘结强度值τ取平均值作为最终的高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强 度测量值。GFRP筋的粘结锚固长度为直径的4倍，因此根据GFRP筋的直径可以大致确定试件 尺寸的范围。GFRP筋插入PVC塑料套管的长度、试件尺寸、PVC塑料套管长度的要求不是很 严格，即这些参数对试验结果影响较小。高强玻璃纤维筋顶端高于水泥块顶面距离为1 3cm，是因为如果太长了，很难将其往混凝土中压入。加载速度是按CSA标准对试验机的要 求，实际加载速度为0. 5mm/min由计算机自动进行加载，可更地好记录荷载位移读数及试 验现象有益效果为克服现有技术的缺点，本发明巧妙的提出了一种逆向方法来测量高强玻璃纤维 (GFRP)筋与混凝土粘结强度的试验方法，即将现有的拉拔试验改为压入试验，即将高强玻 璃纤维(GFRP)筋压入混凝土中，为了与压入试验配套，设置了 PVC塑料套管。采用压入式 的试验方法，可以最大限度的克服拉拔试验中容易夹碎高强玻璃纤维(GFRP)筋夹持部分 导致试验失败的缺点，也克服了现有技术中测量不准确的缺点。高强玻璃纤维(GFRP)筋外 表面为螺纹状，是为了模拟螺纹钢。本发明的测定高强玻璃纤维(GFRP)筋与混凝土粘结 强度的试验方法，是利用在自由端设置PVC塑料套管，隔离高强玻璃纤维(GFRP)筋与混凝 土之间的粘结，来控制高强玻璃纤维(GFRP)筋的埋置长度，并将粘结区设置在混凝土试件 的中心(有充分的混凝土保护层)，高强玻璃纤维(GFRP)筋的端部直接插装在PVC塑料套 管中，通过对高强玻璃纤维(GFRP)筋顶端施加的荷载(压力)来测定这种由高强玻璃纤 维(GFRP)筋与混凝土之间形成的机械咬合力的大小，根据施加荷载大小及高强玻璃纤维 (GFRP)筋与混凝土之间的滑动位移来计算其粘结强度。PVC塑料套管用于隔离高强玻璃纤 维(GFRP)筋与混凝土之间的粘结，因此，采用这种方法得到的测量结果，能更准确的反映 测量高强玻璃纤维(GFRP)筋与混凝土之间的粘结强度。另外，本发明的试验方法简单，成本低廉，应用领域十分广泛。
图1为实施例1的实验组合结构原理示意图。图2为试件尺寸示意图。标号说明1-上压头，2-下压头，3-压力机升降装置，4-水泥混凝土块，5-高强玻 璃纤维(GFRP)筋，6-PVC塑料套管，7-电脑显示器。
具体实施例方式以下将结合图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明实施例1 本发明先将待测量的高强玻璃纤维(GFRP)筋及PVC塑料套管切割成试验所需长 度(如图2所示)GFRP筋长度为130mm，PVC塑料套管长度为60mm，浇筑混凝土立方体 试件，试件尺寸为150 X 150 X 150 (mm)，采用水平方向浇注。浇注完毕24h后拆模，之后放入标注条件(室温20°C 士2°C，相对湿度在95%以上)的养护室，养护到龄期(标准养护龄期 为28d)后进行试验。测量时采用最大持荷为IOOkN的液压万能试验机，保证试验过程中位 移加载速度控制不大于1. 27mm/min,由计算机自动进行加载，同时记录荷载位移读数并进 行分析得出结果。下面通过实例具体说明测试高强玻璃纤维(GFRP)筋与水泥混凝土粘结强度的方 法和过程。1.试验条件(1)采用最大持荷为IOOkN的液压万能试验机采用的液压万能试验机为 11VSTR0N Series SSOOR型，由计算机自动进行加载。2.试件制作(1)将待测量的高强玻璃纤维(GFRP)筋及PVC塑料套管切割成试验所需长度，浇 筑3组混凝土立方体试件，每组各浇筑6个试件(为了从多组实验中取平均值)，试件尺寸 为150X150X150 (mm)，试件中的PVC塑料套管套住高强玻璃纤维(GFRP)筋下端0. 5 lcm, PVC塑料套管与高强玻璃纤维(GFRP)筋保持平行，PVC塑料套管内保证未进入水泥混 凝土，高强玻璃纤维(GFRP)筋顶端高于水泥块顶面距离为1 3cm。从水平方向浇注。浇 注完毕24h后拆模，之后放入标注条件的养护室，养护到龄期后进行试验。3.对试件进行加载将试件水平放置于下压头上面，先把上压头降到高强玻璃纤维(GFRP)筋顶端附 近，开始加载，控制加载速度不大于1. 27mm/min，直到试件破损，同时记录荷载位移读数并 进行分析得出结果。4.试验结果分析假设粘结应力沿高强玻璃纤维(GFRP)筋的埋置长度均勻分布，高强玻璃纤维 (GFRP)筋的粘结强度定义为在粘结长度内粘结应力的平均值，即拔出荷载(拉拔力)除以 高强玻璃纤维(GFRP)筋埋长部分的表面积，高强玻璃纤维(GFRP)筋与混凝土的平均粘结 强度由下式计算τ = Ia，式中其中d为高强玻璃纤维筋的直径；Ia为高强玻璃纤维筋的埋置长度(高强玻璃纤维(GFRP)筋与混凝土充分有效接 触的长度)；F为粘结破损时的最大荷载值。试验结果及数据分析试验结果某实验中粘结破坏时的最大荷载值为60KN，高强玻璃纤维(GFRP)筋的直径为
F(SOxIO3
0.02mm，埋置长度为0. lmm，其平均粘结强度r = — =~^^——=9. 55Mpa。
^dK 3.14x0.02x0.1试验中采用的混凝土的设计强度为C35，设计配比为1 0.41 1.77 3.43(水 泥水砂碎石，质量比)，所用水泥为42. 5号普通硅酸盐水泥。
GFRP筋形状为左旋或右旋，螺纹杆体表面质地应均勻、无气泡、裂纹及其他缺陷，其螺纹牙形、牙距应整齐，不得有损伤，采用热固树脂成型即可。PVC塑料套管，没有具体的要求，只要是PVC材质就可以。
权利要求
一种测定高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度的方法，其特征在于，包括以下步骤A试件浇注在立方体浇注模中，将高强玻璃纤维筋垂直插入垂直放置的PVC塑料套管中，插入的深度为0.5～1cm，高强玻璃纤维筋处于立方体浇注模的中心位置，高强玻璃纤维筋的顶端伸出立方体浇注模；然后进行浇注操作；高强玻璃纤维筋与PVC塑料套管进行过盈配合以防止浇注时混凝土进入PVC塑料套管中；浇注完毕24h后拆模，得到试件；B加载过程将试件放入养护室养护到龄期后取出进行试验，试验在液压万能试验机上进行，具体过程如下将试件水平放置于液压万能试验机的下压头上面，先把液压万能试验机的上压头降到与高强玻璃纤维筋顶端相接触，开始加载，加载时，垂直方向的加载速度控制在不大于1.27mm/min，直到试件破损，记录试件破损时的最大荷载值；C粘接强度计算高强玻璃纤维筋与混凝土的粘结强度值τ由下式计算 <mrow><mi>τ</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>F</mi> <mrow><mi>π</mi><msub> <mi>dl</mi> <mi>a</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>其中d为高强玻璃纤维筋的直径；la为高强玻璃纤维筋的埋置长度；F为粘结破损时的最大荷载值。
2.根据权利要求1所述的测定高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度的方法，其特征在 于，高强玻璃纤维筋顶端高于水泥块顶面距离为1 3cm，试件尺寸为150X 150X 150mm。
3.根据权利要求2所述的测定高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度的方法，其特征在 于，步骤A中一次浇注多个试件，在步骤C中，对所述多个试件的高强玻璃纤维筋与混凝土 的粘结强度值τ取平均值作为最终的高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度测量值。
全文摘要
本发明提供了一种测定高强玻璃纤维筋与混凝土粘结强度的方法，包括以下步骤A试件浇注在立方体浇注模中，将高强玻璃纤维筋插入PVC塑料套管中，高强玻璃纤维筋的下端处于立方体浇注模中，高强玻璃纤维筋的顶端伸出立方体浇注模；B加载过程将试件放入养护室养护到龄期后取出进行试验，试验在液压万能试验机上进行；C粘接强度计算高强玻璃纤维筋与混凝土的粘结强度值τ由下式计算采用本发明方法得到的测量结果，能更准确地反映高强玻璃纤维筋与混凝土之间的粘结强度，本发明的试验方法简单，成本低廉。
文档编号G01N19/04GK101819135SQ20101017122
公开日2010年9月1日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者万兵, 刘朝晖, 华振良, 周科峰, 李盛, 秦仁杰, 赵锋军 申请人:长沙理工大学