田稳苓;刘旭;张利民;卿龙邦;朱瑞经
【摘 要】Whether textile and cement-based materials can coordinate with each other depends on their bond behavior,and the mechanical properties of this cement matrix composites can be also affected.This paper presents a series of pullout tests about this composite material,and they were numerically simulated by using finite element program ABAQUS.In addition,the stress distribution of specimen and fiber in the process of pullout is described.The effects of embedded length,the strength and self compacting ability of cement matrix,and latitudinal fiber on bond properties are also discussed,and the results are in good agreement with tests.The results showed that the ultimate pullout force increases with the enhancement of embedded length.Increasing the strength and self compacting of cement matrix is beneficial to improve the bond strength between textile and matrix.Arrange latitudinal fiber in embedded region can exert synergistic action on longitudinal and latitudinal fiber,which can improve ultimate pullout force.%纤维编织网与水
封条锁泥基材料之间的粘结强度决定二者能否协调工作,进而影响纤维编织网水泥基复合材料的力学性能.本研究针对该复合材料进行了拉拔试验,并利用ABAQUS模拟其拉拔行为,描述试件及纤维在拉拔过程中的应力分布,探讨纤维束埋置长度、水泥基体强度和自密实性以及纬向纤维束对其粘结性能的影响.研究表明:模拟结果与试验数据吻合良好.极限拉拔力随纤维束埋长的增加而增大;提高基体强度和自密实性有利于改善纤维编织网与水泥基材料之间的粘结性能;在埋长区设置纬向纤维有利于发挥经、纬向纤维的协同作用,在一定程度上提高极限拉拔力. 【期刊名称】《河北农业大学学报》
【年(卷),期】2018(041)001
酱油桶【总页数】7页(P128-134)
【关键词】纤维编织网;粘结性能;有限元;纬向纤维
离心制丸机【作 者】田稳苓;刘旭;张利民;卿龙邦;朱瑞经
【作者单位】河北工业大学土木与交通学院,天津300401;河北省土木工程技术研究中心,天津300401;河北工业大学土木与交通学院,天津300401;河北工业大学土木与交通学院,天津300401;河北工业大学土木与交通学院,天津300401;河北工业大学土木与交通学院,天津300401
【正文语种】中 文
【中图分类】TU528.572
纤维编织网增强水泥基复合材料以精细混凝土为基体，将纤维编织网铺设于内部作为增强材料，具有质量轻、耐腐蚀、韧性强、承载力高等优点[1-2]。纤维编织网由经、纬向纤维束编织而成，其与基体的粘结机理复杂。
近年来，国内外学者通过拉拔试验对纤维编织网与基体间的界面粘结性能进行了研究：增加纤维束埋长、提高混凝土强度及进行环氧树脂或粘砂表面处理均有利于改善基体与纤维间的粘结性能[3-8]，在埋长区设置经过表面处理的纬向纤维束有助于经、纬向纤维束协同受力，提高最大拉拔力[3,9]。数值模拟可以对试验研究进行验证，采用ANSYS模拟纤维编
织网增强水泥基复合材料的力学性能，分别用SOLID65及LINK8单元模拟水泥基体和经向纤维束，并利用SOLID65单元的加筋功能简化纬向纤维束建模[10]。徐世烺等人对该材料的拉拔试验过程进行了数值模拟，应用杆单元模拟织物和零宽度的粘结单元，将表面处理及预应力作为影响参数对粘结性能进行分析[11]。
目前针对纤维编织网增强水泥基复合材料在数值模拟方面的研究有限，且忽略了纬向纤维束对于粘结作用的影响。本研究在拉拔试验的基础上，分析了纤维束埋置长度、水泥基体强度对纤维编织网与基体间粘结性能的影响，并利用ABAQUS对拉拔过程进行模拟，赋予纬向纤维束T3D2桁架单元，建立纤维编织网实体模型，在水泥基体与纤维编织网中加入SPRING2弹簧单元模拟二者间的相互作用，验证模型的可行性，并进一步模拟了纬向纤维束对粘结性能的影响。
1 试验研究
1.1 试验材料
目前广泛采用的有碳纤维编织网、玻璃纤维编织网等，相比于玻璃纤维编织网，碳纤维编
织网具有高弹性模量和高抗拉强度，但其价格昂贵且在非预应力构件中其性能不能得到充分发挥。在本试验中不考虑预应力的影响，因此采用耐碱玻璃纤维编织网。每束纤维截面积为0.35 mm2,每3束纤维编织在一起，纤维束间距为20 mm，采用经、纬双向平织，见图1。为保证基体与纤维束协同受力，对纤维编织网进行环氧树脂浸渍处理,纤维束的物理力学参数见表1。
表1 玻璃纤维束的物理力学参数Table 1 The physical and mechanical parameters of glass抗拉强度Tensilestrength/MPa弹性模量Modulusofelasticicty/MPa断裂伸长率Ultimatestrain/%理论面积Theoryarea/mm2单位长度质量Tex/(g.km-1)密度Density/(g.cm-3)泊松比Poissonratio16004138030.359002.60.2
图1 玻璃纤维编织网
Fig.1 Glass fiber fabric
本研究制作了3种水泥基体C1、C2、C3，3种基体原料均为：p·ΙΙ42.5R硅酸盐水泥472 kg/m3, 硅灰35 kg/m3,粉煤灰168 kg/m3，粒径0～0.6 mm砂460 kg/m3,粒径0.6～1.2 mm
砂920 kg/m3。为使基体强度和工作性能不同，采用不同的水胶比和减水剂掺量，见表2。经检测C3基体满足自密实水泥基材料要求的扩展度660～755 mm，工作性能最好,如表3所示。
表2 水泥基体的组成及力学性能Table 2 Composition and mechanicalproperties of the cement matrix基体Matrix水胶比mw/mb减水剂/(kg.m-3)Superplasticizer抗压强度/MPaCompressivestrengthC10.284.3575C20.353.7557C30.43.2551
表3 基体扩展度Table 3 Slump flow of matrix基体Matrix扩展度/mmSlumpflow流动时间/sFlowtimeC131029.3C265016.5C37308.5
1.2 试件制作
本次试验共7组试件，每组3个。首先将200 mm×70 mm×15 mm的模具放平，浇筑7 mm厚的水泥基体，为使试件在颈部仅保留单根纤维束，浇筑试件时在模具相应位置预埋2个27 mm×20 mm×2 mm的玻璃薄片，并将两侧的纤维束全部剪断，将处理好的纤维编织网平铺于基体上，再浇筑第二层7 mm厚的基体，试件形式如图2所示。
停车场闸机
图2 拉拔试件Fig.2 Pullout specimenebeam
1.3 试验方案
防盗车牌架采用三思纵横科技的UTM4000系列电子万能试验机，最大试验力为20 kN。试件上端及下端用夹具固定，试验力由荷载传感器测定，纤维束与基体之间的相对位移由LVDT测定。试验加载由位移控制，加载速率设置为1 mm/min。拉拔试验装置见图3。为研究纤维束埋长、基体强度和基体自密实性对粘结性能的影响，制定如表4所示的试验方案。
(a).试件尺寸
(b).加载装置
图3 拉拔试验装置(单位：mm)Fig.3 Schematic test setup for pull-out test表4 试验方案Table 4 Test scheme编号SampleID基体Matrix纤维埋长/mmEmbeddedlength1-C3E20C3202-C3E25C3253-C3E30C3304-C1E25C1255-C2E25C2256-C1E30C1307-C2E30C230
1.4 试验结果及分析
拉拔试验结果见表5。Fmax为极限拉拔力，取每组试验数据的平均值。由试验曲线得到不同纤维束埋置长度、基体类型的极限拉拔力大小，进而分析在上述2个影响因素下纤维编织网与水泥基体之间的相互作用。试件破坏形式如图4所示，其中图4(a)为纤维拔出破坏，图4(b)为纤维拔断破坏。3-C3E30试件中纤维埋长最大，基体自密实性最好，纤维与基体间的粘结作用最强，试件破坏形式为纤维拔断破坏，其余试件均为纤维拔出破坏。
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