分析预应力筋与沥青基材料的粘结性能

２０１７年第２期　（总第２７６期）　黑龙江交通科技　ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮ１３　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪｌ　Ｎｏ．２，２０１７　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．２７６）　分析预应力筋与沥青基材料的粘结性能　杨通润　（贵州省黔东南州凯里市乡镇交通运输综合管理站，贵州凯里５５６０００）　摘要：针对预应力筋和沥青基材料之间的粘结性能，首先分别对荷载施加、预应力筋和基材料半径比、温　度等应力分布影响因素进行分析，在此基础上，对粘结性能实施验证分析，最后得出，若使用后张预应力结　构，在较短时间的荷载作用之下，可按照存在黏结结构的情况实施设计计算；在较长时间的荷载作用之下，　需按照不存在黏结结构的情况实施设计计算的结论。　关键词：预应力筋；沥青基材料；粘结性能　中图分类号：Ｕ４１６．１　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１７）０２一ＯＯｌ１—０２　如今，沥青基材料得到了广泛的应用，尤其是　成正比关系。　水利工程结构的灌浆堵漏与防渗，然而在运用后张　法的结构施工中，并未普及沥青基材料，仍然以水　泥基材料为主，水泥基材料存在的泌水等问题容易　造成孔道不密实与钢筋锈蚀等现象，无法满足工程　建设及发展需求，因此，沥青基材料在后张法水工　０　２６　５６　７５】∞ｌ２５　ｌ｛；０　０　２５　｛ｊ０　７５　１００　１２５　１５０　ｈ＾　结构施工中的普及是必然趋势。现基于预应力筋　（扛）锕靛姥翦应却　（ｂ】稍蛟缱正成力　和沥青基材料之间的受力影响因素，对粘结性能进　行深入分析。　图１　荷载施加下钢绞线实际应力分布　１预应力筋和沥青基材料之间的受力影响因素　：　《三：　沥青基材料本质上是黏弹性材料，其性质和温　暑：　度等存在密切联系，所以预应力筋和沥青基材料粘　结性能也会受到很多因素干扰，具体包含荷载大　叁薹屡　小、预应力筋和基材料半径比、实际温度。为开展　实例验证和分析，首先需确定各项参数，钢绞线：半　径ｎ为７．６　ｍｍ、弹性模量　为１．９５　ｘ　１０’ＭＰａ；假　图２荷载施加下沥青基体实际应力分布　定沥青基材料对应粉胶比可达０．８，当温度达到　由图２可知，沥青基体实际应力和荷载的施加　２Ｏ℃时，伯格斯模型参数的取值如下：Ｅ。＝　存在直接关联，伴随荷载的不断增大，应力越来越　４．８６　ＭＰａ、Ｅ２＝２．４６　ＭＰａ、叼１＝１　７５０　Ｐａ・ｓ、．，７２＝　大；但其剪应力伴随黏结长度的不断增加而降低，　８１６　Ｐａ・ｓ，复数剪切模量　确定为１．６１　ＭＰａ，半　成反比关系；正应力伴随黏结长度的不断增加而变　径ｂ为５０　ｍｍ，黏结最大长度　为１５０　ｍｍ；假定钢　大，成正比关系。　绞线最大拉拔力１０　ｋＮ，则其受力情况如下。　在图２的基体剪应力曲线图中，将ｒ：７．６　ｍｍ　１．１　应力分布和荷载之间的关系　作为分割线，可分成区域Ｉ和区域ＩＩ，区域Ｉ是基于　首先将荷载施加分别确定为４　ｋＮ、６　ｋＮ、８　ｋＮ、　等效半径的基体剪应力分布，剪应力数值是平均应　１０　ｋＮ和１２　ｋＮ，施加完成后使用公式计算沥青基体　力；区域ＩＩ是沥青基体当中的剪应力分布，在分割　与钢绞线应力，最后得出应力的实际分布曲线，如　线上，钢绞线和基体的剪应力完全相等；随ｒ值不断　图１、２所示。　变大，在超过７．６　ｍｍ后，基体实际剪应力会随着半　由图１可知，钢绞线实际应力和荷载的施加存　径的持续增大而减小。　在直接关联，伴随荷载的不断增大，应力越来越大；　１．２应力分布和半径比之间的关系　但其剪应力伴随黏结长度的不断增加而降低，成反　对于后张预应力而言，其预应力筋与孔道半径　比关系；正应力伴随黏结长度的不断增加而变大，　的比值并非一成不变，如果半径比值不同，则二者　收稿日期：２０１６—１０—２ｌ　作者简介：杨通润（１９８７一），贵州贵定人，工程师，主要从事公路养护研究。　总第２７６　黑龙江交通科技　第２期　粘结性能也会存在一定差异。对此，为深入研究这　一影响规律，需要取多个半径比，然后再进行受力　情况分析，结果如图３、４所示。　Ｏ　柚　Ｔｓ　ｌ∞ｌ　ｌ，ｏ　Ｏ　嚣　舯　７｜　１００　Ｉ　ｌ蛳　ｍ　‘＾＇ｔｌｕｎｔｌｔ斑由　ｌｈ’翻臻蛙援赢舟　图３不同半径比情况下钢绞线实际应力分布　鏊一冲叫蓬…＝。：　ｕ　篓一…一＼…　：…一客龆一－一　｝　蓬蠹磊　　堑　三～瑟一圣　一　　…　—　＝　＝　图４不同半径比情况下沥青基体实际应力分布　由图３可知，随半径比不断变大，曲线越陡，在　锚固点位置，半径比和钢绞线的剪应力成正比关　系；而在远离锚固点的位置上，半径比和钢绞线的　剪应力成反比关系。　由图４可知，伴随半径比的不断减小，基体自　身剪应力降低趋势趋于平缓，尤其是在基体的外表　面，剪应力基本为零。因为钢绞线的半径不会发生　变化，所以半径比和基体的半径大小密切相关，即　为基体半径随半径比的减小而增大，剪应力减小速　度最快区域出现在钢绞线的白面，距离越大，应力　的实际分布就越平缓。　１．３应力分布和温度之间的关系　预应力施工的工作温度存在很大的变化范围，　而在多变的温度环境下，基材料自身流变性能等会　出现一定差异。本文设定四种工作温度（不同温度　对应的特性如表１所示），对不同温度情况下的应　力分布实施分析，结果如图５、图６所示。　表１不同温度对应的特性　Ｏ　轴　，口　邻Ｉ钟Ｉ　Ｉ￥０　ｏ　２，　ｓｏ　＇ｓ　Ｉ∞　ｌ　Ｉ鞠　＾ｈ－　ｈ一　ｌ・＇做■■　☆　（ｂ）舅艘奠蘸口Ｅ血　、　图５不同温度情况下钢绞线实际应力分布　・１２・　ｉＪｒ　ｌＪ§　１２．　¨　Ｏ　５　１０砰∞　３Ｄ辩柚　秘　艄●　ｆ・＇藏棒譬斑舟　《ｈ＇ｊ排振擞女　图６不同温度情况下沥青基体实际应力分布　由图５可知，伴随温度不断降低，钢绞线剪应　力实际分布变得较为平缓；在不同的温度情况下，　其正应力与黏结长度之间的关系，和剪应力基本相　同。由图６可知，温度和沥青基体的剪应力成正比　关系，随剪应力不断增大，曲线越陡；正应力则与剪　应力完全相反，和温度成反比关系，随正应力不断　增大，曲线越缓。　２粘结性能验证分析　通过以上分析得知，在温度相对较低的条件　下，基材料所展现出的各项力学行为和经过固化处　理以后的Ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ（环氧树脂材料）十分相似。　但在温度相对较高的条件下（包括室温），其黏性力　学的性质较为显著，很难对其应力进行准确计算。　基于此，通过对Ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ的受力分析，可以　近似得出钢绞线应力分布所遵循的规律，如公式　（１）所示。　Ｐ　ｃ　：　［ｔ—ｅ】．ｐ　。［￣（１－Ｖｐ，＋　＋　＋　ａ２　＋ｚ　（１）　一　式（１）中，ｏｒ代表钢绞线的应力平均值；Ｅ　代表沥　青基体的弹性模量；　与　分别代表基体与钢绞　线间的泊松比。该公式主要　是将材料性质作为基　础推导而来的，通过试验证实了该公式具有可行　性。在低温条件下的基材料，其性质主要弹性材　料，尽管在黏结与弹性模量上稍弱于Ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ，但　因为二者都和钢绞线性能存在一定差距，所以在低　温条件下的基材料需要具备Ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ和钢绞线　之间相似的黏结性能。　分别取温度为一５℃与４０℃时基材料对应的　参数值，并将拉力确定在１０　ｋＮ，将数值带入到公式　（１）和公式（２）中完成计算，通过计算得出应力对比　结果，如图７所示。　，’　ｏｒＰ（　）＝Ｄｌｅ　ｃｚ　＋Ｄ２ｅ—ｖｅ－ｉｘ＋；　Ｐ　（２）　２　公式（２）中，　害　：　－一是＋乏ｅ　。　（下转第１５页）　第２期　赵韶华：矿物掺合料对高性能混凝土力学性能和耐久性的影响分析　∞皂魁酸墙辗　总第２７６期　誊嚣霪矿　体见图１。　—●一Ｘ蒜列　收缩率是十分小的，然而这种配合比的条件下，后　期龄期的混凝土的干燥收缩率得到明显提升。在　璐黼　撕辨　黼　　腑黼　瓣　嘶　　啪－—一Ｙ系列　水胶比越小的情况下，矿物掺合料对干燥收缩率的　—●＿ｚ系列　影响越来越明显。　初始潮湿养护在７　ｄ的龄期之后，混凝土干缩　率是远低于第３个龄期的混凝土。在２８　ｄ时，潮湿　养护７　ｄ后的混凝土试样ｙ和ｙｎ的干燥收缩率降　低了３．Ｉ％、２５．７％，这就是说维持长时间的潮湿养　糟煤灰和矿渣不两组合　护，会有效降低混凝土的干燥收缩率。　图１不同配合比下的抗压强度情况　３　结　论　将粉煤灰和矿渣混合掺合之后，劈裂强度会有　总而言之，膨胀剂、粉煤灰以及矿渣用不同的　所提高，但是提高程度不是十分明显。在水胶比较　比例掺入高性能混凝土会对高性能混凝土的力学　小的时候，随着矿渣含量的增加，混凝土力学性能　性能和耐久性具有比较明显的影响。通过多次对　劈裂强度减小。高性能混凝土的弹性模量随着水　比实验发现，不同配比下的混合材料，对高性能混　胶比的减小提高。只掺杂了粉煤灰的混凝土，在水　凝土的耐久性与力学性能的影响不一定都是提高　胶比相对比较大的时候，混凝土的弹性模量会不断　作用，只有以恰当的比例对混合材料进行掺合，才　减小。但是，不管水胶比的大小，粉煤灰与矿渣的　能有效提高混凝土的性能，使得掺合的材料发挥各　混合掺合会提高混凝土的弹性模量，然而掺合料比　自的优势，从而提高高性能混凝土的性能。　例的不同对混凝土弹性模量的影响不是很明显。　本文还分析了掺混合掺料对高性能混凝图耐　参考文献：　久性能的影响。比较ｙ和ｙ０发现，　配合比条件　［１］　夏亮．高性能混凝土及其工程施工质量控制技术　下，也就是掺粉煤灰的混凝土的干燥收缩率降低。　［Ｄ］．安徽建筑大学，２０１５．　只掺合粉煤灰，混凝土在３　ｄ龄期的干燥收缩率是　［２］　张金．水泥类型和砂对高性能混凝土的性能影响及开　比较大的，但是在这之后，干燥收缩率的变化不大。　裂风险分析［Ｄ］．浙江大学，２０１４．　掺了１０％粉煤灰与１０％矿渣的混凝土，早期的干燥　［３］　田倩．低水胶比大掺量矿物掺合料水泥基材料的收缩　及机理研究［Ｄ］．东南大学，２００６．　（上接第ｌ２页）　多，则Ｅ　对应的有限变化并不会对结构造成太大　的影响，同时这也和温度造成的性能影响相匹配。　然而，若从黏弹性基材料角度讲，温度是造成性能　差异的主要因素，因此公式（２）在温度差异较大的　情况下，其计算结果会出现一定差别。　３结束语　本文深入研究了荷载的施加、预应力筋和基材　０　∞　７５　ｌ糖　ｌ秘　Ｉ船　料半径比、实际温度等因素对粘结性能造成的影　＾　响，掌握了一定的规律。若运用沥青基材料灌浆的　图７计算结果对比　后张法预应力结构的设计计算，需要对温度影响实　由图７得知，当温度为一５℃时，计算结果基本　施充分的考虑。此外，考虑到黏弹性性质，使用后　吻合。造成细微差异的主要原因为公式（２）将黏弹　张法预应力结构，在较短时间的荷载作用之下，可　性本构关系作为基础，尽管基材料可在较低温下展　按照存在黏结结构的情况实施设计计算；在较长时　现出弹性性质，但其仍然含有一定黏性成分，并不　间的荷载作用之下，需按照不存在黏结结构的情况　是真正意义上的完全弹性。因此，其结果和公式　实施设计计算。　（１）的结果相比，在曲线上表现的更“陡”，这和上述　参考文献：　分析结论是完全相符的，所以可认为：Ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ　［１］周勇政，朱尔玉，潘卫兵，等．预应力筋与沥青基材料　实际上就是温度降低至完全表现出弹性性质时的　的黏结性能研究［Ｊ］．水利学报，２０１５，１０（８）：９８９—　９９８．　沥青基材料。　［２］方志，张旷怡，涂兵．ＦＲＰ筋大型粘结式群锚体系试　当温度为４Ｏ℃时，计算结果存在很大的差异。　验研究［Ｊ］．预应力技术，２０１５，１１（５）：１３—２５．　公式（１）的计算结果在两种温度条件下基本相同，　［３］　赵霞．新型钢芯包裹筋在预应力混凝土桥梁中的研　由公式的本身可以明显看出，如果Ｅ　比Ｅ　大很　究［Ｊ］．武汉理工大学学报，２００９，１２（９）：５２—５４．　・ｌ５・