新老混凝土粘结机理研究与工程应用研究成果

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：取得的研究成果如下。采用分形理论对粗糙度进行分数维研究，经和灌砂法试验结果对比，表明该法也可用来定量评价粘结面的粗糙度。综合考虑上述影响因素，对新老混凝土粘结的抗折性能进行系统的试验研究，并阐述了粘结机理。这与试验所得结果一致。选取三种新混凝土：普通硅酸盐混凝土、钢纤维混凝土A、钢纤维混凝土B，对这三种新老混凝土粘结试件的收缩情况进行定期的观测，研究新混凝土的粘结约束收缩变形规律。

取得的研究成果如下。

（1）采用高压水射法对新老混凝土粘结面进行冲毛处理试验，在不同喷射水压力下，得到不同粗糙度的粘结面。对此种粘结面与人工凿毛面的粘结劈拉强度及整体混凝土的劈拉强度进行了对比分析。结果表明，高压水射法是一种理想的粘结面处理技术。

（2）定量评价粘结面的粗糙度对控制和预测新老混凝土粘结性能具有重要作用。采用灌砂法测量新老混凝土粘结面的粗糙度，是简单实用的粗糙度测试方法。采用分形理论对粗糙度进行分数维研究，经和灌砂法试验结果对比，表明该法也可用来定量评价粘结面的粗糙度。

（3）选取1年以上龄期的老混凝土制成新老混凝土粘结抗折试件（试件尺寸：150mm×150mm×550mm，试件数量：多于100）。选用4种界面处理方法得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型不同的粘结面。选用不同的水泥浆类界面剂：水泥净浆、快硬铁铝酸盐水泥浆、掺10%U型膨胀剂的水泥浆。新混凝土选用：普通硅酸盐水泥混凝土、尼龙纤维混凝土、钢纤维混凝土、快硬铁铝酸盐水泥混凝土。综合考虑上述影响因素，对新老混凝土粘结的抗折性能进行系统的试验研究，并阐述了粘结机理。

（4）进行近百块新老混凝土粘结抗拉试件的试验研究，探讨不同粘结面处理方法（高压水射法和人工凿毛法）、粗糙度、新混凝土强度、浇筑方式、试验方法（粘结劈拉和粘结轴拉试验）对粘结抗拉性能的影响规律，为阐明粘结抗拉机理提供系列的试验依据，并为混凝土修补工程提供参考。

（5）采用Z型和立方体型作为新老混凝土粘结试件，对粘结的单拉、直剪、拉剪、压剪等多种强度性能进行试验研究，提出了粘结面的破坏准则。

（6）依据试验假定新老混凝土粘结层的剪切破坏机构，在选用扩展的Mises屈服条件及库仑剪切破坏条件下，利用塑性极限分析的上限定理，推导出新老混凝土粘结层剪切强度的理论解，确定影响粘结层剪切强度的因素。并进一步从破坏机理上深入分析各因素的影响，指出适度的粘结面粗糙度有利于获得较高的剪切强度。这与试验所得结果一致。

（7）选取三种新混凝土：普通硅酸盐混凝土、钢纤维混凝土A（纤维掺量1%）、钢纤维混凝土B（纤维掺量1.5%），对这三种新老混凝土粘结试件的收缩情况进行定期的观测，研究新混凝土的粘结约束收缩变形规律。建立约束收缩的力学模型，进一步分析粘结面的收缩剪力，以及新混凝土横截面上的应力、应变分布规律。

（8）根据四组24水平87个试件的试验结果，结合混凝土断裂力学的基本理论，讨论了影响新老混凝土粘结界面断裂性能的主要因素，并对影响新老混凝土粘结面断裂性能的主要因素进行了显著性分析。其各因素对粘结断裂韧度影响的显著性大小依次为界面粗糙度、界面剂类型、粘结龄期、混凝土强度、混凝土粗骨料最大粒径等。

（9）对新老混凝土粘结的微观机理进行分析，认为新老混凝土是一叠层复合材料。老混凝土浸水饱和程度、粘结面上粗骨料周围的“过渡层”及新混凝土收缩微裂缝是影响新老混凝土粘结强度的主要因素。使用水泥净浆界面剂弥补了上述某些不足而提高了粘结强度。采用BP神经网络方法对新老混凝土粘结劈拉强度及粘结抗折强度进行预测，对预测模型精度和预测值的合理性进行分析，认为神经网络是解决粘结强度预测问题的一种理想方法。

新老混凝土粘结机理研究与工程应用研究成果

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