水環(huán)境和鹽水環(huán)境下植筋膠力學(xué)性能試驗(yàn)研究

苗生龍 張可樂

(1.中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇 徐州 221008； 2.青島騰遠(yuǎn)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司，山東 青島 266071)

水環(huán)境和鹽水環(huán)境下植筋膠力學(xué)性能試驗(yàn)研究

苗生龍1張可樂2

(1.中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇 徐州 221008； 2.青島騰遠(yuǎn)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司，山東 青島 266071)

通過普通水環(huán)境和鹽水環(huán)境下植筋膠試塊的抗壓試驗(yàn)，得到了植筋膠的抗壓強(qiáng)度、泊松比、彈性模量及剪切模量在水環(huán)境和鹽水環(huán)境中的變化規(guī)律，可為后續(xù)同類問題的研究提供參考。

水環(huán)境，鹽水環(huán)境，植筋膠，抗壓強(qiáng)度

植筋法以其特有的優(yōu)勢在建筑物加固改造中占據(jù)重要的位置[1]，它不僅可加固和改造原有的建筑物，而且還廣泛應(yīng)用于受施工限制需后植鋼筋的工程中，國內(nèi)外學(xué)者對其進(jìn)行了不少研究[2-4]。然而在實(shí)際工程中，許多建筑物或構(gòu)筑物處于水環(huán)境、鹽水環(huán)境中，如港口碼頭工程、蓄水池、浴室等。國內(nèi)外對處于這些環(huán)境中的植筋錨固的研究較少，目前尚缺乏相關(guān)的資料供參考，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全留下了隱患。因此進(jìn)行水環(huán)境及鹽水環(huán)境作用下植筋膠力學(xué)性能的研究具有重要意義。

本文對植筋膠試塊的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)，得到了水環(huán)境及鹽水環(huán)境對植筋膠的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系、剪切模量及泊松比的影響規(guī)律，為系統(tǒng)研究水環(huán)境及鹽水環(huán)境中的植筋性能提供了參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試塊制作

本試驗(yàn)中植筋膠采用中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研制的JGN型植筋膠，此膠有甲乙兩種組分，根據(jù)使用說明書，使用比例為甲∶乙=3∶1(質(zhì)量比)，且在常溫下拌制。根據(jù)規(guī)范[5,6]要求，植筋膠試塊尺寸為10 mm×10 mm×25 mm，共11組，每組6個(gè)試塊，總計(jì)66個(gè)，試塊編號方式如下：作用環(huán)境—作用時(shí)間，其中水環(huán)境代號為W，鹽水環(huán)境為SW，一般室內(nèi)環(huán)境為N。例如W-30，即水環(huán)境中浸泡30 d的植筋膠試塊。試塊分組見表1。

表1 相應(yīng)環(huán)境下的試塊明細(xì)表

植筋膠澆筑完成后，在常溫下靜置48 h后拆模，并按要求分別放入水中和鹽水(20%的NaCl溶液)中浸泡，浸泡時(shí)間分別為30 d，60 d,90 d,120 d,150 d，之后取出在干燥環(huán)境下放置2 d～3 d后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)前，在植筋膠的縱向和橫向分別粘貼應(yīng)變片(如圖1所示)，以測量其縱向和橫向應(yīng)變，并據(jù)此求出植筋膠的泊松比。

1.3 加載裝置及加載方案

植筋膠抗壓試驗(yàn)在中國礦業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，采用PWS-500型電液伺服機(jī)加載系統(tǒng)進(jìn)行加載控制，試驗(yàn)裝置見圖2，荷載及應(yīng)變等數(shù)據(jù)由TDS303數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用位移控制(0.1 mm/min)，直至植筋膠試塊被破壞。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

加載初期，植筋膠試塊為彈性變形，隨著荷載的增大，試塊逐漸由彈性階段進(jìn)入彈塑性階段，且其彈塑性階段的范圍較大。加載到臨近破壞荷載后，植筋膠出現(xiàn)沿斜截面的剪切滑移破壞，荷載緩慢下降，荷載下降至極限荷載的80%以下時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。植筋膠試塊為斜截面剪切破壞，破壞面與橫截面的夾角約為45°～55°，如圖3所示。

2.2 植筋膠的抗壓強(qiáng)度

根據(jù)規(guī)范要求對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，各組植筋膠試塊的數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表2。

表2 植筋膠試塊的抗壓強(qiáng)度

由表2可知：1)植筋膠的抗壓強(qiáng)度超過80 MPa。2)植筋膠試塊的標(biāo)準(zhǔn)差和離散系數(shù)較小，說明植筋膠的性能比較穩(wěn)定，材料比較均勻。3)無論是水環(huán)境還是鹽水環(huán)境中，植筋膠的抗壓強(qiáng)度隨浸泡時(shí)間的增加而降低，相對于一般環(huán)境下的植筋膠，在水環(huán)境中浸泡30 d，60 d，90 d，120 d，150 d的植筋膠試塊的抗壓強(qiáng)度分別降低了1.10%，1.69%，2.31%，3.43%，3.84%；在鹽水環(huán)境中則分別降低了1.60%，1.92%，2.72%，3.64%，4.14%。這說明在鹽水環(huán)境中浸泡的植筋膠試塊強(qiáng)度比在水環(huán)境中的試塊強(qiáng)度降低得多。

2.3 植筋膠的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系

每組有效試塊中，取1個(gè)植筋膠試塊繪制其應(yīng)力—應(yīng)變曲線作為代表，如圖4所示。

從圖4可以看出：在一般環(huán)境下植筋膠的彈性極限為55.17 MPa，其彈性模量為7.35×103N/mm2。水環(huán)境中浸泡時(shí)間為30 d，60 d，90 d，120 d，150 d的植筋膠試塊的彈性極限分別為55.01 MPa，54.86 MPa，54.78 MPa，54.58 MPa，54.43 MPa，分別比一般環(huán)境下降低了0.28%，0.56%，0.70%，0.70%，1.34%；彈性模量分別為7.33×103N/mm2，7.31×103N/mm2，7.30×103N/mm2，7.27×103N/mm2，7.25×103N/mm2，分別比一般環(huán)境下降低了0.28%，0.56%，0.70%，0.70%，1.34%。

鹽水環(huán)境中浸泡時(shí)間為30 d，60 d，90 d，120 d，150 d的植筋膠試塊的彈性極限分別為54.90 MPa，54.82 MPa，54.70 MPa，54.43 MPa，54.2 MPa，分別比一般環(huán)境下降低了0.49%，0.63%，0.85%，0.85%，1.76%；彈性模量分別為7.31×103N/mm2，7.30×103N/mm2，7.28×103N/mm2，7.25×103N/mm2，7.22×103N/mm2，分別比一般環(huán)境下降低了0.49%，0.63%，0.85%，0.85%，1.76%。

相同情況下，鹽水環(huán)境對植筋膠的不利影響更大。

同時(shí)，由圖4可知，兩種環(huán)境條件下植筋膠試塊的彈性極限應(yīng)變范圍基本在0.007 5～0.008之間，而極限應(yīng)變約為0.05，為彈性極限應(yīng)變的6倍左右，有良好的塑性表現(xiàn)。

2.4 植筋膠的泊松比及剪切模量

根據(jù)試驗(yàn)測得的植筋膠試塊的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變，可求得其泊松比。各種植筋膠試塊在彈性階段的縱向應(yīng)變—橫向應(yīng)變關(guān)系如圖5所示。由圖5可以看出：無論是在水環(huán)境還是鹽水環(huán)境中的植筋膠試塊，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比，即泊松比約為0.32～0.35，在實(shí)際應(yīng)用中植筋膠的泊松比可取中間值0.33。

在彈性范圍內(nèi)，根據(jù)材料彈性模量與剪切模量的關(guān)系，可求出剪切模量：

其中，G為植筋膠的剪切模量，MPa；E為植筋膠彈性模量，MPa；μ為植筋膠的泊松比。

將試驗(yàn)得到的各種環(huán)境作用下的植筋膠的彈性模量與泊松比代入上式可得，一般環(huán)境下植筋膠剪切模量為2.76×103N/mm2，在水環(huán)境中浸泡30d，60d，90d，120d，150d的植筋膠試塊的剪切模量分別為2.76×103N/mm2，2.75×103N/mm2，2.74×103N/mm2，2.73×103N/mm2，2.73×103N/mm2，在鹽水環(huán)境中浸泡30d，60d，90d，120d，150d的植筋膠試塊的剪切模量分別為2.75×103N/mm2，2.74×103N/mm2，2.74×103N/mm2，2.73×103N/mm2，2.71×103N/mm2。

3 結(jié)語

1)植筋膠的抗壓強(qiáng)度平均值超過80MPa，且其標(biāo)準(zhǔn)差和離散系數(shù)較小，說明植筋膠的性能比較穩(wěn)定。無論是在水環(huán)境還是鹽水環(huán)境中，植筋膠的抗壓強(qiáng)度、彈性模量及剪切模量隨浸泡時(shí)間的增加均有所降低，在鹽水環(huán)境中降低程度更大。

2)兩種浸泡環(huán)境下，植筋膠試塊的彈性極限應(yīng)變范圍基本在0.007 5～0.008之間，植筋膠的泊松比在0.32～0.35之間，極限應(yīng)變約為0.05，為彈性極限應(yīng)變的6倍左右，表現(xiàn)有較好的塑性。

3)植筋膠在水環(huán)境和鹽水環(huán)境中性能下降不多，可以正常使用。

[1] 萬墨林.混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的研究(一)[J].施工技術(shù)，1994(1)：47-49.

[2] 李 輝.結(jié)構(gòu)膠植筋錨固及抗震性能的試驗(yàn)研究[D].北京：清華大學(xué)，2004.

[3] 閆 鋒.結(jié)構(gòu)膠及其在建筑物抗震加固中應(yīng)用的試驗(yàn)研究[D].北京：清華大學(xué),2003.

[4] Biviridge R L W. Repair and extensions to concrete structures using resin anchored bars[J].Civil Engineering and public Works Review，1973,15(3):609-617.

[5] GB/T 2567—1995，樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法總則[S].

[6] GB/T 2569—1995，樹脂澆鑄體壓縮性能試驗(yàn)方法[S].

Experimental study on mechanical property of anchor adhesive under water immersion and salt water immersion

Miao Shenglong1Zhang Kele2

(1.XuhaiCollege,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,China； 2.TengyuanDesignInstituteCompanyLimited,Qingdao266071,China)

Compression test of anchor adhesive specimens under water immersion and salt water immersion was conducted. The change rules of anchor adhesive compression strength, poisson ratio, elastic modulus and shear modulus under water immersion and salt water immersion were gained. The results can offer a support to the follow-up research.

water immersion, salt water immersion, anchor adhesive, compression strength

1009-6825(2017)02-0063-03

2016-11-06

苗生龍(1982- )，男，碩士，講師； 張可樂(1982- )，男，碩士，工程師

TU311

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