文摘
ultraductile工程的应用研究胶结复合(ECC)执行覆盖修复的混凝土结构恶化。同时,界面裂纹扭结和诱捕机制实验观察到在ECC /混凝土覆盖修复系统描述了相比之下的韧性和能量释放率。扩展的机制包括周期、弯折和逮捕的界面裂纹叠加。实验测试覆盖修复系统揭示了在负荷承载能力和延性显著改善传统混凝土覆盖。分层的一般观察覆盖系统故障模式或剥落ECC应用时就被消除了。这些失效模式抑制当ECC作为一个理想的和持久的候选人覆盖修复材料。
1。介绍
大量的现有的混凝土结构在世界范围内,包括以前修复的、受到恶化或环境和机械加载条件下的痛苦。这些结构急需修复。因此,研究的意义和挑战开发有效和持久的维修,可从根本上解决底层混凝土恶化问题,保护老混凝土从积极的环境。
混凝土修复失败的结果结合物理、化学和机械过程。一般来说,它是由于修复表面开裂或接口分层叠加和衬底之间的许多修复耐久性问题的原因。结合两种不同的材料之间的界面通常是由裂纹。在某些实例中,裂纹缺陷的接口,将推进两种材料之一。指出在1,2]的问题,比如裂纹是否位于沿界面接口或进步或扭结的界面,在界面的设计是重要的叠加和衬底之间。
利用解析解和实验,研究了ECC作为修补材料的性能,提高混凝土结构的耐久性。它是表示3)工程胶结复合(ECC)是一个基于纤维增强水泥复合微机械根据展览金属拉伸与超高拉伸应变反应能力的3 - 5%,约为300到500倍普通混凝土的拉伸应变能力和FRC(图1)。ECC的优越性已经带来的微观力学方法和纤维的发展,矩阵,界面,复合材料加工技术。作为演示(4,5),微观力学与宏观性质的微观结构复合材料和形式的支柱材料设计理论。特别是,它允许系统微观结构裁剪ECC以及材料的优化从而导致极端的复合延性。
据报道,《福布斯》(6)自愈现象PVA(聚乙烯醇)ECC的评论作为一种新型复合为土木工程带来革命。虽然小规模连接的失效模式和框架分析了PVA ECC (7),巨大的成本限制了其应用。PVA ECC的成本大约是5倍的ECC使用PP(聚丙烯)纤维。因此,有必要利用廉价的聚丙烯纤维生产ECC的属性。
本文从实验和分析研究发现进行分层修复系统在不同表面准备报告。解释的捕获接口或在选举投诉委员会,改善机械性能是毫不含糊地表明存在于混凝土/ ECC bimaterial系统。修复混凝土结构的耐久性使用ECC作为修复材料中演示了几个实用的道路施工。
1.1。传播问题公式化和界面裂纹的弯折
裂纹传播的问题和扭结的界面(图2),这两种不同的半无限各向同性弹性材料(覆盖1和底物2)保税沿着积极的一部分设在。主裂纹位于界面和直裂纹的长度和倾角缺陷在材料2。
在覆盖修复应用程序中,发达在修复层拉应力,拉伸和剪切应力是建立在修复和混凝土基体之间的界面。拉应力在修理/衬底界面方向压力,打开界面脱层的接口方向。剪切应力在修理/衬底界面方向应力导致修复层衬底的表面滑动,脱层的接口方向。这些压力可能会导致修复表面开裂和/或接口分层。裂缝宽度和分层级决定通过这个修复系统传输特性;因此,他们修复耐久性密切相关。
覆盖材料的韧性和界面韧性和,分别。裂缝沿界面比伤害更可能发生的覆盖材料 在哪里和是弯折裂纹和界面裂纹的能量释放率,分别。应力强度因子和弯折裂纹和和依赖于界面裂纹的弯折角模和材料。前应力场扭结()是奇点的一个界面裂纹的特点是一个复杂的应力强度因子:
1.2。Bimaterial界面裂纹沿表面传播的问题
的尖端附近应力场裂纹沿着不同的各向同性bimaterial躺接口的特定问题是一个线性组合的两种类型的字段。首先是耦合振荡字段定义的所示(2),而第二个是领域建立了应力强度因子由真正的模式: 在哪里和极坐标和指数吗,参考坐标,,,分别。
角函数相应的张应力,平面剪切应力,分别和反平面剪切应力在界面(8]。
的参数称为bielastic常数或振荡指数是由
Dundurs参数定义,分别 这两个和消失时,材料都是一样的。和分别是剪切模量和泊松比;对平面应变和平面应力。下标1和2是指材料1和2,分别。复杂应力的距离在裂纹尖端前采取以下形式:
很明显,对应于模式1、2和3的裂纹增长。当所有三种模式,混合模式是完全由两个固体指定角度和在()空间: 在哪里叫做相位角的复杂应力强度因子或外加负载的相位角。它依赖于应用负载,比弹性模,破碎的身体特征维度。
复杂的界面裂纹的应力强度因子bimaterial
因此,它遵循应力强度因素,分别
的特殊情况和,和测量牵引奇点的正常和剪切组件的接口。
直线上的应力场(,)的弯折裂纹尖端的特点是组合的标准模式和模式应力强度因子和: 在哪里坐标系统是集中在弯折裂纹的尖端。
弯折裂纹的应力强度因子和有压力的尺寸(长度)1/2。它们之间的关系和规定的复杂的应力强度因子可以写成 在哪里表示复杂的共轭。裂纹的弯折的所有信息可以来自一个接口和:
由于裂缝已经送往扭结向上,导致开放的荷载组合界面和弯折裂纹尖端通常需要和。
能量释放率之间的关系的界面裂纹应力强度因子和复杂的界面是
能量释放率弯折裂纹()是由 使用(13),一个获得
2。捕获机制覆盖系统的实验验证
除了PVA和PP ECC /混凝土bimaterial系统,一个额外的水泥/混凝土系统测试优惠券标本。所有涉及基础混凝土材料2,而覆盖系统混凝土、PVA、或PP ECC材料1。混凝土材料(2)五周大其他材料(材料1)被摔。bimaterial系统在测试之前两周治疗。材料的组成和Dundar弹性参数不匹配的列在下表中1。弹性模量之间的差异基础混凝土(材料1)和混凝土材料2是由于年龄的差异固化。
标本包括初始缺陷长度50 mm的形式和基材之间的界面裂纹修复材料1以及基材的联合。四点弯曲设置如图3和加载速度是0.3毫米/分钟。
(一)
(b)
不同的表面粗化策略与优惠券没有表面进行调查和表所示2。的必要性有各种表面处理方法是获取不同债券的优点是适合不同需求的应用程序。
在不同的衬底表面粗化技术利用测试如下。(1)优惠券表面是由衬底表面铸模具。事实上,它是一个机械表面没有供参考的目的。(2)喷砂和水分与喷砂表面的粗化衬底表面粗集料之前暴露于大约一毫米的间隙。后,水的表面,使其湿润。(3)喷砂和刮表面粗化的衬底表面喷砂,然后一把锋利的边缘刮板用于刮薄,较弱的衬底表面的外层和公开严厉的内部材料增加粗糙度从微观层面。两两种材料之间的化学附着力和机械联锁中尺度上增强。韧性的比率可以测量而覆盖修复系统加载。
2.1。实验结果和分析
四个标本的载荷挠度曲线如图4比较不同的修复材料和表面处理方法的影响的极限承载力叠加系统。很明显,标本1是最大的极限承载力,达到9.1325 kN。PVA ECC修复覆盖系统的极限承载力为7.7935 kN。结果表明,修复系统的弹性模量越大,极限承载力越大。尽管PP ECC的弹性模量和剪切模量较小,PP ECC的偏转达到3.3824毫米和1.3556毫米,分别。
正如所料,混凝土/ ECC bimaterial系统显示了独特的实验条件下捕获机制。失败过程捕获机制相比显示了巨大差异控制标本(图5)。在图5(一个)混凝土/混凝土覆盖系统受损没有明显的偏转和只有一个宏观裂缝宽度大发生。
(一)
(b)
(c)
(d)
脆性特征证明了大弯折裂纹的裂纹张开位移。混凝土/ ECC系统显示宏观应变强化的反应。介绍了界面裂纹捕获机制的概念,并在实验调查证实了它的存在。在混凝土/ ECC系统初始界面裂纹沿界面传播约5毫米,紧随其后的是弯折的接口。随后,弯折裂纹出现被困在ECC和母亲裂纹沿着界面(界面裂纹)传播(大约27毫米)。然后,界面裂纹弯折并再次被困。经过几次的开裂和弯折,最后失败发生的大开口弯曲裂缝中间的标本。在PVA ECC覆盖系统(图5 (b)),弯折裂纹的角度90°左右。在人民党ECC覆盖系统,喷砂和水分的表面(图5 (c)),许多弯折裂纹出现在界面裂纹和相位角在45°-90°的范围。在弯折裂纹数量少PP ECC覆盖系统与喷砂和刮表面(图5 (d)),很明显,覆盖系统没有损坏的过程中吸收的能量。它可以表示,PP ECC与超韧性和延展性能覆盖系统拥有比普通混凝土承载能力和耐久性修复覆盖。这个戏剧性的提高强度、挠度、能量吸收能力,最终破坏模式是不可行的没有捕获机制。
2.2。捕获机制分析
而相位角的值很小,也不是很大。在这种状态下,界面裂纹不易扭结,反之亦然。实验的执行本文的价值为不同的标本是54.2,28.9,32.7和43.8。在图6之间的关系,和弯折角的标本。
3所示。结论
利用解析解和实验,研究了ECC作为修补材料的性能,提高混凝土结构的耐久性。的条件下裂纹是否会传播到衬底或上层覆盖材料的定义。值的能量释放率、应力强度因子,模式混合参数确定的无量纲factor-kinking角,这是一个函数的几何和材料的弹性性质。弯折裂纹的结果可以用来评估一个界面裂纹是否将在接口或是否会传播扭结的接口。实验和分析研究的结果进行分层修复系统在不同的表面准备报告。捕获在接口或解释的ECC,改善机械性能是毫不含糊地表明存在于混凝土/ ECC bimaterial系统。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。