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建筑和建筑材料
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基于圆柱劈裂试验估算新旧混凝土界面的粘结强度包络线
Ariel D. Espeche a,b,uArr;，哈维尔莱昂a,c
a系。西班牙马德里理工大学结构混凝土连续体力学与结构研究所b西班牙马德里IDOM高级设计与分析部门
cFHECOR咨询工程师，西班牙马德里
文章信息
文章历史：
2009年12月1日收到
收到修订后的2010年8月4日接受2010年9月2日接受
2010年9月28日在线提供
关键词：
粘结强度
接口故障包络康复覆盖修补修复
摘要
在过去二十年中，现有的复兴结构数量显着增加;这些结构通常需要性能改进，包括修复和加强。目前，钢筋混 凝土广泛用于桥梁和建筑物修复的干预措施。在这里，我们提出了一种估算旧到新混凝土界面的破坏包络的方法基于可塑性理论。拟议的卡罗尔型失效包络采用简单的劈裂拉伸试验，也称为巴西试验。包络的相关参数，拉伸强度，凝聚力和，摩擦角 - 通过实验，合理配方和书目研究来评估。
copy;2010 Elsevier Ltd.保留所有权利。
1.介绍
现有混凝土结构的老化需要维护，修理和加强措施。砂浆或混凝土等胶凝材料广泛用于桥梁和建筑物的修复;通常的做法是增加一个20至100毫米的薄混凝土层，单独使用或用钢筋或金属或合成纤维加固。在地板或甲板上修补或替换混凝土覆盖层以及使用结构混凝土护套柱是水泥材料在加固中应用的两个常见例子。
本研究的目的是为评估此类应用中新添加和现有混凝土之间的粘结强度提供标准。为此，我们开发了一种简单的方法，使用基于塑性理论的破坏包络来估算新旧混凝土之间界面的粘结强度。开发了一项使用劈裂拉伸试验的实验活动，以评估旧混凝土与微混凝土修复之间的拉伸粘结强度。
2.界面处的剪切应力的例子
接口处有一些典型的应力状态，在评估故障包络的适用性时必须考虑这些状态。该
uArr;通讯作者。地址：IDOM，Joseacute;Abascal4,28003，Madrid，Spain。电话： 34 91 121 7106;
传真： 34 91 447 3187。
电子邮件地址：arielespeche@yahoo.com （AD Espeche）。
现有板坯基础混凝土与新浇筑混凝土之间的界面受到张力与剪切相结 合的自平衡状态（图。1-I).这些应力出现在适用性状态，主要位于边界处，并且由受限制的干燥收缩引起。桥梁改造工作有时需要修复和加固箱梁甲板的细长杆，通常是由于缺乏剪切加固（图。1-II A). 在这些情况下，一旦新的静载荷和活载荷一起作用，新旧混凝土之间的界面就会受到剪切应力的影响。通过高性能混凝土护套加固的柱子具有一个移动区域，纵向力沿着该移动区域通过界面剪切应力从旧横截面传递到新的横截面（图。1-III).在加强结构时，纯拉伸应力是相当不寻常的;然而，在某些情况下，可能会出现低偏心的拉应力，如图所示图。1-II（点lsquo;B#39;）。在这里，示出了部分拆除然后加宽的桥面板，其中临界区域位于新旧混凝土的交界处。
3.接口的失败标准
我们首先假设两个混凝土体之间的界面的破坏机制发生在平面变形场下，此外，当正常的和切向应力分量达到一定的裂缝破坏包络时， 裂缝形成开始。然后，根据莫尔的失败假设，假设应力满足条件：
0950-0618 / $ - 请参阅前面的内容copy;2010 Elsevier Ltd.保留所有权利。多伊:10.1016/j.conbuildmat.2010.09.032
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界面的拉伸强度，由劈裂拉伸试验估算
压应力与劈裂抗拉强度
在劈裂拉伸试验中记录的极限或峰值荷载
用于分配施加在气缸上的载荷的轴承带的宽度
在巴西试验中用作试样的圆柱长度
在巴西试验中用作试样的圆柱体直径
从圆柱体边缘测量，与圆柱体径向平面上的一个点相关联的坐标
劈裂抗拉强度的变异系数，定义为标准偏差与平均值的比值
（1）
对于界面失效条件 - 作为莫尔理论的一个特例 - 混凝土在这里， 通常被认为是库仑材料。此外，如果在界面失效条件下考虑拉伸强度， 可以使用改进的库仑材料（图3，B行）。因此，修复或施工接头失效包
络可以使用三个参数建模：拉伸强度，，内聚力，和内部摩擦角。术语“失败”是指界面破裂。理论-有三种开裂失效模式：滑动，纯张力和混合模式。当界面处于高压缩应力时达到剪切强度极限时发生滑动模式，而在拉伸应力下但在剪切应力为零时发生纯张力下的开裂。在这两个限制条件之间，例如，在低压缩应力的情况下或主
界面材料的内摩擦角
界面材料的凝聚力(与界面纯抗剪能力相对应的混凝土塑性参数)
沿柱劈裂试样径向平面法线作用的横向应力
圆柱劈裂试样中平行于径向平面的压应力
最大张拉主应力(例如，在劈裂拉伸试验中，这对应于劈裂拉应力)，位于莫尔圆圈的i处。
最大的压缩主应力(例如，在倾斜剪切试验中，它对应于单轴压缩应力)，位于莫尔圆的i处。
界面法向应力
界面剪应力
界面极限剪应力
要在拉伸下，剪切破坏混合作为的裂缝模式发生。
为了定性分析新旧混凝土界面粘结强度的阻力机制，我们采用了 2D版本的图形模型来演示Carol提出的裂缝包络线。[1] 用于准粒子材料中的正常/剪切开裂。该模型最初被提出用于区分“粘合剂”和“粘合剂”机制。
“粘合”机制与作用于微尺度的化学力有关，其负责新混凝土修复 的反应性基质材料与旧修复混凝土的基材之间的嵌入作用。谢和熊[2] 提出了一个微模型（见图2b）基于衬底和覆盖层之间存在三层界面。第一层，称为“渗透层”（主要由带有少量AFt或Ca（OH）2的带刺C-S-H组成）在混凝土基材内部形成，含有年轻成分
图1.使用高性能混凝土修复和改造现有混凝土结构干预的几个例子。
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图2.旧混凝土和修补混凝土之间界面的多尺度表示（从中提取的中尺度和微尺度数据）[3] 和[2]， 分别）。
图3.基于Carol概念的界面粘合失效包络的演变[1].
与旧混凝土中的活性化学成分反应。最薄弱的层，“高度受影响的层”（第二层，其中
含有Ca（OH）2 和针状AFt晶体），与物理边界表面相邻，具有高孔隙率
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图4.模拟为Mohr-Coulomb材料的界面的界面失效条件。
和高度取向的晶体成分。第三层，“下部受影响的层”，具有与大块新混凝土几乎相同的微观结构。
“凝聚力”机制与新混凝土的“覆盖过渡区”（OTZ）相关联，因此是 一种材料特性。在mesolevel，Beushausen和亚历山大[3] 据报道，界面故障发生在覆盖材料内部。这种界面失效非常类似于骨料和硬化 水泥浆之间界面处的过渡区（见图2c).界面故障发生在物理界面附 近的高度多孔材料区域中。具有多孔聚集体的轻质混凝土中的“界面 过渡区”（ITZ）类似于OTZ，因为母体混凝土的行为类似于多孔骨料 表面。
这两种“粘合剂”和“粘合剂”机制密切相关。如果没有形成粘合剂粘 合强度，则界面粘合机制将不会有效。
Coulomb滑动表达式中的所谓“内聚力”代表了由于纯摩擦行为而存在 的超强度。“粘合剂”机制是另一种机制，除摩擦力外还起作用;它通过曲 线（C）和（D）之间的分离以图形方式显示图3.因此，一旦粘合 - 内聚消失，仅聚集颗粒之间的摩擦仍然作为抗剪切机制。在图3，Cou-s直 线（A）代表修复的水泥界面的理想裂缝包络线。用Mohr-Coulomb滑动准则获得的拉伸强度在这里没有物理意义，因为实际拉伸强度几乎总是 小于该理论值，如曲线（B）所示，其表示改进的Mohr-Coulomb包络线。
为了“分离”界面粘合电阻成分，假设了一种假设的顺序退化现象 图3.如果达到界面的拉伸强度，则初始包络线演变为几乎零拉伸强 度和几乎无粘性（粘合剂 - 粘合剂）包络线（C）。外力的进一步增加使 界面退化，导致与库仑滑动定律（D）相关的内聚力（粘结 - 内聚力
）的损害。这个阶段可能发生在围绕一系列传递对角线压缩的支柱的剪切裂缝（倾斜裂缝路径）上。当界面的摩擦角减小并且界面区域表现得
像由相邻未受影响的混凝土包围的摩擦土壤时，达到损坏的最后阶段（E）。
- 失效准则的分析模型
4.1理论背景
以下概念是基于对接头抗剪强度的完整研究 - 使用极限分析和基于混凝土的塑性理论 - 最初由Jensen制定[4].让我们考虑一个两个混凝土体复合棱柱，它们之间具有平面界面，与单轴压缩法线形成角度，例如倾斜剪切试验中的典型试样。对于混凝土体之间的界面垂直于荷载方向的特殊情况（即，，沿着节点没有剪切应力），承载能力由下部阻力混凝土的抗压强度f（氯;因此，故障发生在界面之外（I区图4). 然而，随着b增加，界面剪切应力也增加。因此，当沿着界面发生滑动故障时，会出现一定的连接斜率（在点r处）图4），对应于。在这种情况下，库仑破坏准则可用于模拟界面粘合强度（区域II in图4):
（2）
阻力参数凝聚力和摩擦角的质数在此用于表示材料界面强度;这些 被认为是积极的。对于压缩应力，采用负值，对于剪切应力，假设为正值。图4表示在坐标系（p-r段）中描述的库仑失效假设（2）。该图 还包括莫尔圆圈的“单”棱镜的抗压强度 ，界面抗压强度和改进的Mohr-Coulomb圆形过渡（通过厚面的拉伸强度参数和抗拉强度参数 和）。使用极限分析的下界和上界定理，沿着II区图4。能证明复合棱镜的抗压强度可以计算如下： （3）
0eth;3THORN;
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图5.复合试样的压缩应力与接头倾斜角b的函数关系。
该表达式的最小值为：
(4)
因此，界面的抗压强度(即复合材料棱镜的最小抗压强度)对应于界面滑动破坏。值转化为表达式(3)：
(5)
抗压强度与角的关系如图5所示。区域I对应于具体界面之外的失效，而区域II对应于界面滑动失效。电动汽车因此，当界面的斜率大于时，界面的破坏取决于界面的抗拉强度。假设界面材料定律响应为对于一种改进的库仑材料，基于塑性上限解，Jensen导出了引入界面抗拉强度计算承载能力的方程。
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资料编号：[2462]
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