Wie kann die Haftfestigkeit zwischen Glasfaserbewehrung und Beton verbessert werden? Welche Auswirkungen haben Oberflächenbehandlungsprozesse wie Sandstrahlen und Wickeln?

Analyse von Methoden zur Verbesserung der Verbundfestigkeit zwischen Glasfaserbewehrung und Beton und der Auswirkungen von Oberflächenbehandlungsprozessen

1、 Die Kernmethode zur Verbesserung der Haftfestigkeit

Optimierung des Oberflächenbehandlungsprozesses

Sandstrahlbehandlung:

Mechanismus: Durch Hochdrucksandstrahlen werden konkave und konvexe Texturen auf der Oberfläche der Glasfaserverstärkung gebildet, wodurch die Kontaktfläche mit Beton vergrößert und die mechanische Beißkraft erhöht wird.

Wirkung: Experimente haben gezeigt, dass eine Sandstrahlbehandlung die Haftfestigkeit um 20–30 % erhöhen kann, insbesondere bei UHPC (Ultrahochleistungsbeton), wo die Wirkung deutlicher ist.

Wickelbehandlung (Spiralrippe):

Mechanismus: Mithilfe von Faserbündeln wird das Bewehrungsmaterial spiralförmig umwickelt, wodurch eine Querrippenstruktur entsteht, die mechanisch mit dem Beton in Kontakt kommt.

Wirkung: Die Haftfestigkeit der mit GFK umwickelten Bewehrung ist um 40–60 % höher als die der Gewindebewehrung und die Stabilität unter dynamischen Belastungen ist besser.

Behandlung von klebrigem Sand:

Mechanismus: Feiner Sand haftet an der Oberfläche des Verstärkungsmaterials, bildet eine raue Oberfläche und erhöht die Reibung.

Wirkung: Die Sandbindungsbehandlung kann die Bindungsstärke um 15–25 % verbessern, die Gleichmäßigkeit der Sandpartikelhaftung muss jedoch streng kontrolliert werden.

Optimierung von Materialien und Mischungsverhältnissen

Hochleistungsklebstoff: Durch die Verwendung von modifiziertem Epoxidharz und anderen hochviskosen und hochelastischen Klebstoffen kann die Klebefestigkeit um mehr als 30 % gesteigert werden.

Verbesserung der Betonfestigkeit: Pro 10 MPa Erhöhung der Druckfestigkeit von UHPC kann die Verbundfestigkeit um 5–8 % steigen.

Erhöhung der Schutzschichtdicke: Mit jeder 0,1-fachen Erhöhung der relativen Schutzschichtdicke (c/db) erhöht sich die Haftfestigkeit um 10–15 %.

Verbesserung des Bauprozesses

Kontrolle der Ankerlänge: Es wird empfohlen, dass die Mindestlänge des Ankers das 20-fache des Durchmessers des Bewehrungsmaterials beträgt, um ein Versagen durch Bruch und nicht durch Herausziehen zu gewährleisten.

Kontaktqualitätssicherung: Um einen ungleichmäßigen Klebstoffauftrag oder Restblasen zu vermeiden, kann die Kontaktdichte durch vakuumunterstützte Infusionstechnologie verbessert werden.

Kontrolle der Umweltfaktoren

Temperatur- und Feuchtigkeitsmanagement: Während des Baus sollte die Umgebungstemperatur auf 15–30 °C und die Luftfeuchtigkeit unter 80 % geregelt werden, um Aushärtungsfehler des Klebstoffs zu reduzieren.

2、 Der Einflussmechanismus des Oberflächenbehandlungsprozesses auf die Bindungsfestigkeit

Prozesstyp, Oberflächenmorphologieeigenschaften, Bindungsverstärkungsmechanismus, typische Wirkungsdaten, anwendbare Szenarien

Sandstrahlen mit konkav-konvexer Textur, Rauheit Ra=50–100 μm erhöht die mechanische Beißkraft, verbessert den Reibungskoeffizienten der Grenzfläche und erhöht die Haftfestigkeit um 20–30 % im Schiffsbau und in Umgebungen mit hoher Korrosion

Spiralförmig umwickelte Querrippen mit einer Höhe von 1–2 mm und einem Abstand von 5–10 mm bilden mit dem Beton einen keilförmigen Biss. Die Querrippen widerstehen einem Längsrutschen und haben eine um 40–60 % höhere Verbindungsfestigkeit als Gewindestangen. Sie werden für dynamische Lasttragwerke in Brücken und erdbebengefährdeten Gebieten eingesetzt

Das Anbringen von feinem Sand (Partikelgröße 0,1–0,5 mm) auf der Oberfläche von klebrigem Sand erhöht den Reibungskoeffizienten und sorgt für eine 15–25 % höhere mikromechanische Haftfestigkeit. Dies ist ein kostenempfindliches Projekt für gewöhnliche Betonkonstruktionen

3. Vorschläge für technische Anwendungen

Szenarien mit hohem Haltbarkeitsbedarf (z. B. Offshore-Plattformen):

Priorisieren Sie die Kombination aus Sandstrahlbehandlung und UHPC und nutzen Sie die raue Schnittstelle des Sandstrahlens und die hohe Festigkeit von UHPC, um eine synergistische Verbesserung zu erzielen.

Dynamische Belastungsszenarien (z. B. Brücken, seismische Bauwerke):

Die GFK-Verstärkung ist gewickelt und ihre Querrippenstruktur kann einer Verschlechterung der Bindung unter zyklischer Belastung wirksam widerstehen.

Kostenkontrollszenario:

Die Kombination aus Sandbindungsbehandlung und Normalbeton erfüllt die grundlegenden Bindungsanforderungen durch wirtschaftliche Oberflächenbehandlung.

4、 Forschungsgrenzen und Herausforderungen

Variationskontrolle: Die aktuellen Testdaten zur Bindungsfestigkeit weisen eine Variabilität von 15 % bis 25 % auf, und das Design muss durch statistische Intervallvorhersagemethoden optimiert werden.

Verbesserung des konstitutiven Modells: Bestehende Modelle (z. B. das CMR-Modell) beschreiben das Bond-Slip-Abstiegssegment nicht ausreichend und müssen mithilfe der DIC-Technologie (Digital Image Correlation) weiter verfeinert werden.

Langfristige Leistungsbewertung: Um die Haltbarkeit von Oberflächenbehandlungsprozessen zu überprüfen, müssen beschleunigte Alterungstests (z. B. Salzsprühzyklen und Gefrier-Tau-Wechsel) durchgeführt werden.

Durch die oben genannten Methoden und Prozessoptimierung kann die Bindungsfestigkeit zwischen Glasfaserbewehrung und Beton auf 80–90 % derjenigen der Stahlbewehrung erhöht werden, was eine wichtige technische Unterstützung für die Förderung von FRP-Betonverbundstrukturen in extremen Umgebungen darstellt.