纤维砂浆增强锚索锚固作用的机理分析

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1、纤维砂浆增强锚索锚固作用的机理分析□天津港建设公司矫捷摘要：随着高边坡高速公路的发展，对锚固的要求越来越高。在一定配比的砂浆中掺入一定量的聚丙烯纤维所得到的聚丙烯纤维砂浆能够改善锚固段的受力变形特征，提高锚杆的锚固能力，其工程性能优于现在常用的灌浆材料一普通砂浆。关键词：灌浆材料聚丙烯纤维预应力锚索锚固能力1纤维砂浆基体的增强作用机制1.1纤维对砂浆基体结构特性的改善作用1.1.1乱向支撑效应混凝土在硬化产生强度的过程中，由于化学反应和口由水分的蒸发引起体积收缩和干缩。由此产生的应力在某个吋期超出了水泥基体的抗拉强度而在其内部引起微裂缝，这些微裂缝不可避免地存在于混凝土内的肯料和水

2、泥凝胶体的局部接触面处以及凝胶体口身内部。聚丙烯纤维无重力作用，能够均匀地分散在砂浆屮，迅速而轻易地与混凝土材料混合，这些纤维重重叠叠，在混凝土（砂浆）内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果。微裂缝在发展的过程中必然遭遇到纤维的阻挡，消耗了能量，难以进一步发展，从而阻断裂缝达到抗裂的作用。1.1.2纤维的增稠效应纤维加入混凝土砂浆可以减少浆液的离析、沉淀，减少泌水，从而改善砂浆凝固体系结构和力学性能。混凝土的密实度在一定程度上得到了改善，粘聚性更好；水泥基体水化反应更均匀彻底，从而使混凝土的质量从根木上得到改善。1.1.3界面效应纤维极大的比表面积，能使其与

3、砂浆/混凝土基体增大接触面积，使砂浆与纤维的牢固结合共同承担荷载。实验表明，在相同的条件下，纤维混凝土/砂浆试件的破坏情况与普通试件大不和同：普通的混凝土为脆性破坏，完全断裂；而纤维混凝土试件仅有两条不同方向的可见短裂缝，试件仍保持完整。由此可见纤维能与基体屮的骨料较好地粘接在一起共同承担外部荷载，从而改善了混凝土/砂浆原有的受力性状，大大提高混能土的抗裂能力和韧性，克服混凝土的脆性，使其延性增强减少劈裂的产生。1.4砂浆凝固时阻裂效应研究表明，多数裂缝同荷载无关，塑性收缩、干缩、温度变化等开裂因素才是混凝土众多问题的根源。聚丙烯纤维独特的表面处理工艺使得纤维可以和水泥基料紧密地结

4、合在一起，在混凝土内部形成的乱向支撑体系有效阻碍骨料的离析，保证早期均匀的泌水性，从而阻碍沉降裂缝的形成，截断并防止微裂缝的发展，极大地保持了混凝土的整体强度。混凝土受到冲击时纤维吸收了大量能量，从而提高了混凝土的断裂韧性，増强了混凝土的抗冲击及抗震能力。试验表明，同普通混凝土相比，体积掺量0.05%(约0.5kg/n?)的聚丙烯纤维混凝土抗裂能力提高近70%。1.2纤维对砂浆基体力学特性的改善作用纤维能够提高和改善混凝土/砂浆的抗压、抗拉、抗折等力学强度主要由于以下两种作用引起。1.2.1聚丙烯纤维对水泥基体裂缝的约束作用图1-1(a)所示模型可以说明水泥土中掺入纤维后强度提高的

5、原因。图1-1(a)所示为连续纤维沿拉力方向按棋盘状分布与基体中(间距s),现假设裂缝(半长°)存在于4根纤维所围成的区域中心，那么由拉伸应力所产生的粘结应力厂就分布在纤维的裂缝端部附近[见图1-1(b)],对裂缝尖端产生反向的应力场，降低裂缝尖端的应力集中程度，约束裂缝的发展。使得裂缝端部的扩展力减少，纤维水泥土的抗裂强度得以增加。(a)纤维约束模型S3(b)A-A断面a—裂缝半长；s—纤维间距图1-1纤维对脆性材料基体中的裂缝约束机理1.2.2复合作用1.2.2.1纤维的物理力学性能分析聚丙烯纤维对酸、碱都有极强的抵御能力，经过特别的抗紫外线处理的纤维,具有一定的抗紫外线老化能

6、力，可以保证其在混凝土中长期发挥功效，保持混凝土优良的性能。1.2.2.2水泥物理力学性能分析混凝土（砂浆）受到长期荷载后，由于温度变化或水分吸收而引起混凝土的收缩。水泥的收缩变形是影响聚丙烯纤维和混凝土粘结性能的主要因素。1.2.2.3纤维与基体（水泥）界面的应力分析当荷载作用于复合材料时，荷载直接施加于基体材料，然后通过纤维一基体（水泥）的界面传递给纤维。纤维约束了基体的变形，从而提高了基体的力学性能（图1-2）o未变形（b）加载后变形变形图1-2复合材料受理后纤维周围的基本应变2砂浆与锚索相互作用机理2.1影响锚索体与砂浆之间粘结力的主要因素岩层锚索的抗拔力和最小锚固长度一般

7、取决于砂浆的粘结力。研究表明，锚索与砂浆之间的粘结锚固能力可以有以下四种途径：（1）化学作用钢筋与混凝土接触面上化学吸附作用力，这种力一般很小，当接触面发生相对滑移时，该力即行消失。（2）摩擦作用混凝土收缩，将钢筋紧紧握故而产生摩擦力。钢筋和混凝土Z间挤压力越大、接触面的粗糙程度越大，则摩擦力就越大。（3）握裹力作用钢筋表面凹凸不平与混凝土Z间产生的机械咬合作用力，也称握裹力。这种机械咬合作用往往很大，是变形钢筋黏结能力的主要來源。（4）锚索钢筋受拉对砂浆挤压力作用当