一种纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法，包括以下步骤：S1、制备FRP筋增强混凝土结构试件；S2、对FRP筋增强混凝土结构试件进行X‑CT扫描，得到试件的多幅二维断层扫描图像；S3、通过CT数据分析和可视化软件对二维断层扫描图像进行分析，并对其进行三维体重建，得到得到FRP筋增强混凝土的三维体结构；S4、以三维体结构中FRP筋的轴心为中心线，统计距离FRP筋表面一定距离的圆环内的混凝土孔隙体积，通过计算单位长度的FRP筋与混凝土粘结界面的单位孔隙体积，对FRP筋与混凝土的粘结性能进行表征。本发明专利技术可以实现FRP筋与混凝土粘结性能的无损检测，测试方法较为简便，精度较高，能评价不同腐蚀环境对FRP筋与混凝土界面粘结性能的影响程度。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法
本专利技术涉及测量
，尤其涉及一种纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法。
技术介绍
钢筋混凝土结构具有承载力大、受力性能良好、造价低廉、服役寿命长等诸多优点，是现在土建、港口、桥梁和一些特种结构等领域的主要结构形式。但是随着钢筋混凝土结构应用的不断推广，越来越多的结构面临着外力的破坏和自然环境的侵蚀问题，比如：风、浪、海啸、地震、碰撞等外力，海洋工程及近海工程面临的氯离子、硫酸盐侵蚀，寒冷地区面临的冻融损害，混凝土的碳化、化学侵蚀、碱集料反应以及钢筋锈蚀等等。而钢筋锈蚀是影响混凝土耐久性下降的主要因素。由于钢筋锈蚀带来巨大的危害，20世纪60年代国内外学者开始寻求各种解决办法，经过半个多世纪的研究，得到了诸多防止或延缓钢筋锈蚀的措施，其中纤维增强聚合物(FRP)筋代替钢筋使用在混凝土结构是一种从根本上解决钢筋的腐蚀问题，广受学者关注，也得到了许多工程应用。FRP筋是一种新型的复合材料，它是采用连续纤维通过拉挤工艺和合成树脂按照一定的比例胶合而成。其中合成树脂为基体材料，用于保护纤维和固定材料形状，而纤维为增强材料，决定着FRP筋的力学性能和刚度。FRP筋代替钢筋应用在混凝土结构中的一个关键技术就是FRP筋与混凝土的粘结，这是两种材料能够复合成新型结构共同受力的基本前提，是关于两种材料能够共同使用的匹配性研究。一般来说，外力很难直接作用到FRP筋上，基本都是通过周围混凝土的传递，传递主要通过筋与混凝土之间的粘结力来实现，因此FRP筋与混凝土的粘结界面对于两者的粘结性能研究十分重要。若是两者的粘结强度遭到破坏，构件就会变形加剧，裂缝剧烈展开，从而导致整体结构的提前破坏。随着FRP筋在混凝土结构中越来越多的应用，诸多研究者主要参考的还是《混凝土结构试验方法标准》(GB50152-92)的钢筋粘结性能试验方法，选择进行中心拔出试验，从而计算FRP筋与混凝土的粘结强度，微观上通常也是使用扫描电子显微镜(SEM)进行一些破坏形态的描述，该方法虽然可以描述FRP筋与混凝土的粘结性能，但是试验繁琐，成型复杂，工程量大，同时也无法在试件保持完整的情况下观测到FRP筋与混凝土的粘结界面。综上所述，目前急需要一种较好的无损检测FRP筋与混凝土粘结部位的表征方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中测量方法繁琐，成型复杂，切工程量大的缺陷，提供一种纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法，包括以下步骤：S1、制备FRP筋增强混凝土结构试件，试件包括混凝土和设置在混凝土中的FRP筋；S2、对FRP筋增强混凝土结构试件进行X-CT扫描，得到试件的多幅二维断层扫描图像；S3、通过CT数据分析和可视化软件对二维断层扫描图像进行分析，并对其进行三维体重建，得到得到FRP筋增强混凝土的三维体结构；S4、以三维体结构中FRP筋的轴心为中心线，统计距离FRP筋表面一定距离的圆环内的混凝土孔隙体积，通过计算单位长度的FRP筋与混凝土粘结界面的单位孔隙体积，对FRP筋与混凝土的粘结性能进行表征。进一步地，本专利技术的步骤S1的具体方法为：S11、制备边长为150mm的立方体混凝土试件，在浇注混凝土之前将FRP筋固定于对立侧平面中心钻孔的模具中，所有试验试件需要进行同一批浇注，同时进行振捣，忽略混凝土成型过程中造成的孔隙不均的影响；成型后带模养护1天，然后拆模并将试件放入标准养护室，养护温度为20±2℃，相对湿度为95％以上，养护28天后取出备用；S12、对待检测的试件进行预处理，在试件待进行X-CT扫描的截面位置，使用切割机，从试件边缘至轴心切割50mm的切口，切口用于提高X-CT扫描图像的分辨率。进一步地，本专利技术的步骤S4中圆环的外径距离FRP筋表面的距离为1d-2d，d为FRP筋的直径。进一步地，本专利技术的步骤S4的具体方法为：S41、根据二维断层扫描图像的灰度值差别，对FRP筋增强混凝土的三维体结构进行分相，用黑色表示孔隙；S42、以三维体结构中FRP筋的轴心为中心线，统计距离FRP筋表面一定距离的圆环内的混凝土孔隙体积，记作Vp；测量三维体结构中FRP筋的长度，记作l；S43、根据孔隙体积Vp和FRP筋长度，计算单位长度内FRP筋与混凝土粘结界面的单位孔隙体积V，计算公式为：V＝Vp/l；S44、对于同种类别的FRP筋增强混凝土试件，计算多个试件的单位孔隙体积的平均值；对于不同种类的FRP筋增强混凝土试件，重复步骤S42和步骤S43，得到不同类型FRP筋增强混凝土试件的单位孔隙体积，对结果进行比较即可表征不同类型FRP筋增强混凝土试件的粘结性能。进一步地，本专利技术的步骤S2中对FRP筋增强混凝土结构试件进行X-CT扫描的扫描层厚度为40um-60um。进一步地，本专利技术的步骤S3中CT数据分析和可视化软件为my-VGL软件。进一步地，本专利技术的步骤S4中单位长度的FRP筋与混凝土粘结界面的单位孔隙体积越大，FRP筋增强混凝土结构试件的粘结力越弱。进一步地，本专利技术的该方法还包括对表征结果进行验证的方法，具体为：S5、通过FRP筋增强混凝土结构试件拉拔装置对FRP筋和混凝土的粘结力进行测量，通过比较测量得到的粘结力和计算得到的单位孔隙体积，对该表征方法进行验证；FRP筋增强混凝土结构试件拉拔装置包括试件、固定件、锚固端和加载端；其中：试件包括混凝土和设置在混凝土内部的FRP筋，FRP筋通过两段设置在混凝土内的PVC套管与混凝土固定连接；固定件包括下固定件、上固定件和竖直固定件，竖直固定件对下固定件和上固定件进行支撑，试件放置在下固定件上，下固定件中心开孔；FRP筋下端穿过开孔与锚固端固定连接，FRP筋上端设置有锚固钢管，锚固钢管上固定有位移计，加载端对锚固端施加压力，通过测量位移计的位移值，根据位移值计算得到FRP筋和混凝土的粘结力。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法，能够在不损坏试件的前提下能够得出FRP筋与混凝土界面的粘结界面的断面图像；该方法精度较高，能够准备的表征和计算不同环境下FRP筋与混凝土粘结界面的孔隙情况，能够从微观的角度做出对比；该方法操作较为简单，可行性强，对于在FRP筋与混凝土界面结合的特征和粘结机理具有一定的指导意义。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术所用FRP筋增强混凝土结构的X-CT试验试件成型说明图；图2是本专利技术具体实施实例所用FRP筋增强混凝土结构的宏观拉拔试验试件成型说明图；图3是本专利技术具体实施实例中FRP筋增强混凝土结构的拉拔试验加载装置简图；图4是本专利技术具体实施实例中不同种类GFRP筋与混凝土粘结力大小图；图5是本专利技术具体实施实例中自然环境下GFRP筋增强混凝土结构的二维断层截面图；图6是本专利技术具体实施实例中强碱环境下GFRP筋增强混凝土结构的二维断层截面图；图7是本专利技术具体实施实例中盐碱复合环境下GFRP筋增强混凝土结构的二维断层截面图；图8是本专利技术具体实施实例中不同种类单位长度GFRP筋与混凝土粘结界面孔隙体积图；图9是本专利技术具体实施实例的方法流程图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备FRP筋增强混凝土结构试件，试件包括混凝土和设置在混凝土中的FRP筋；S2、对FRP筋增强混凝土结构试件进行X‑CT扫描，得到试件的多幅二维断层扫描图像；S3、通过CT数据分析和可视化软件对二维断层扫描图像进行分析，并对其进行三维体重建，得到得到FRP筋增强混凝土的三维体结构；S4、以三维体结构中FRP筋的轴心为中心线，统计距离FRP筋表面一定距离的圆环内的混凝土孔隙体积，通过计算单位长度的FRP筋与混凝土粘结界面的单位孔隙体积，对FRP筋与混凝土的粘结性能进行表征。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备FRP筋增强混凝土结构试件，试件包括混凝土和设置在混凝土中的FRP筋；S2、对FRP筋增强混凝土结构试件进行X-CT扫描，得到试件的多幅二维断层扫描图像；S3、通过CT数据分析和可视化软件对二维断层扫描图像进行分析，并对其进行三维体重建，得到得到FRP筋增强混凝土的三维体结构；S4、以三维体结构中FRP筋的轴心为中心线，统计距离FRP筋表面一定距离的圆环内的混凝土孔隙体积，通过计算单位长度的FRP筋与混凝土粘结界面的单位孔隙体积，对FRP筋与混凝土的粘结性能进行表征。2.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法，其特征在于，步骤S1的具体方法为：S11、制备边长为150mm的立方体混凝土试件，在浇注混凝土之前将FRP筋固定于对立侧平面中心钻孔的模具中，所有试验试件需要进行同一批浇注，同时进行振捣，忽略混凝土成型过程中造成的孔隙不均的影响；成型后带模养护1天，然后拆模并将试件放入标准养护室，养护温度为20±2℃，相对湿度为95％以上，养护28天后取出备用；S12、对待检测的试件进行预处理，在试件待进行X-CT扫描的截面位置，使用切割机，从试件边缘至轴心切割50mm的切口，切口用于提高X-CT扫描图像的分辨率。3.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法，其特征在于，步骤S4中圆环的外径距离FRP筋表面的距离为1d-2d，d为FRP筋的直径。4.根据权利要求1所述的纤维增强聚合物筋与混凝土粘结性能的表征方法，其特征在于，步骤S4的具体方法为：S41、根据二维断层扫描图像的灰度值差别，对FRP筋增强混凝土的三维体结构进行分相，用黑色表示孔隙；S42、以三维体结构中FRP筋的轴心为中心线，统计距离FRP筋表面一定距离的圆环内的混凝土孔隙体积，记作Vp；测量三维体结构中FRP筋的长度，记作l；S43、根据孔隙体积Vp和FRP筋长度，计算单位长度内FRP筋与混凝土粘结...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛若卿，陈宏哲，王登科，严婉，张晓乔，王亚婕，宋新乐，
申请(专利权)人：海南瑞泽新型建材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：海南,46