地聚物基玄武岩纤维布加固钢筋混凝土柱的加固效果及耐火性能研究

玄武岩纤维是一种新型绿色环保材料，价格低廉，在工程加固领域有着广泛应用前景。传统的环氧树脂胶及环氧树脂基纤维布耐火性能差，为充分发挥玄武岩纤维的耐高温和隔热性能，本项目将以偏高岭土地聚物为浸润剂，研发地聚物基玄武岩纤维布（BFRG），并以地聚物为胶结剂，进行钢筋混凝土柱加固。本项目重点对BFRG加固钢筋混凝土柱的耐火性能进行试验研究及数值分析，但在此之前将进行地聚物及BFRG材料的热工性能实验及常温和高温下的力学性能实验，并通过BFRG加固混凝土柱的低周反复试验验证材料的加固效果。在进行BFRG加固混凝土柱的耐火极限分析时，将考虑BFRG材料对温度场的影响。基于BFRG加固混凝土柱的耐火试验结果及程序分析结果，将提出BFRG加固混凝土柱的耐火极限简化计算公式和耐火设计方法。本项目的研究将为玄武岩纤维在土木工程加固领域的应用提供参考依据和指导，因而具有重要的理论意义和实用价值。

纤维增强复合材料（FRP）近年来在土木工程加固领域得到了广泛应用，而其中应用最多是碳纤维（CFRP）、玄武岩纤维（BFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）等。.在采用FRP加固混凝土构件时，通常以环氧树脂作为胶结剂，将FRP粘贴至混凝土构件表面。但环氧树脂耐高温性能差、易老化，不适宜于高温环境或室外环境混凝土构件的加固。本项目研发了一种偏高岭土-粉煤灰地聚物，并考察了以偏高岭土-粉煤灰地聚物为无机胶结剂，粘贴纤维布（碳纤维布和玄武岩纤维布）加固混凝土构件的加固效果。.具体说来，本项目开展了以下几个方面的工作：.（1）耐高温的偏高领土-粉煤灰地聚物无机胶凝材料的研发及应用；.（2）偏高领土-粉煤灰地聚物的高温力学性能及损失机理；.（3）碳纤维布和玄武岩纤维布的高温力学性能；.（4）地聚物-纤维布约束混凝土圆柱的高温力学性能试验；.（5）地聚物-纤维布加固混凝土梁的静载试验及明火试验；.（6）地聚物-纤维布约束混凝土柱的有限元模拟分析。.通过上述研究，本项目获得了以下主要结论：.（1）本项目所研发的偏高领土-粉煤灰地聚物无机胶凝材料的抗折和抗压强度与普通水泥接近（常温抗折和抗压强度可分别达到7 MPa和50 MPa），与混凝土表面以及纤维布的常温粘结强度可达到3.0 MPa，虽然地聚物的常温粘结强度稍低于环氧树脂，但高温下和高温后的粘结强度远高于环氧树脂。.（2）在地聚物配制过程中，采用粉煤灰部分替代偏高岭土，提高了地聚物的高温力学性能，这得益于高温下未反应的粉煤灰颗粒的烧结反应以及微细孔隙的形成为水蒸汽压力释放提供了路径。.（3）采用环氧树脂和地聚物粘贴玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁，由于玄武岩纤维布的强度偏低，加固效果不显著。.（4）采用偏高领土-粉煤灰地聚物粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土构件，在预先用地聚物浸泡纤维布和充分振捣的情况下，能取得良好的加固效果，加固构件的常温和高温力学性能均能得到有效提高。.地聚物除具有力学性能优异，耐高温和耐久性好等优点外，还具有原材料来源广泛，能利用工业废料，生产过程能耗小，二氧化碳排放量低等优点，因此可作为环氧树脂和水泥的替代物，在土木工程领域推广应用。本课题的顺利完成，为地聚物的进一步研发以及工程应用奠定了良好的基础，并提供了参考依据。