¿Cómo mejorar la fuerza de unión entre el refuerzo de fibra de vidrio y el hormigón? ¿Cuáles son los efectos de los procesos de tratamiento de superficies como el pulido con chorro de arena y el envoltorio?

Análisis de métodos para mejorar la resistencia de la unión entre el refuerzo de fibra de vidrio y el hormigón y los efectos de los procesos de tratamiento de superficies

1. El método central para mejorar la fuerza de unión.

Optimización del proceso de tratamiento de superficies.

Tratamiento de arenado:

Mecanismo: mediante chorro de arena a alta presión, se forman texturas cóncavas y convexas en la superficie del refuerzo de fibra de vidrio, lo que aumenta el área de contacto con el hormigón y mejora la fuerza de mordida mecánica.

Efecto: Los experimentos han demostrado que el tratamiento con chorro de arena puede aumentar la fuerza de unión entre un 20% y un 30%, especialmente en UHPC (hormigón de ultra alto rendimiento), donde el efecto es más significativo.

Tratamiento de envoltura (costilla en espiral):

Mecanismo: Utilizar haces de fibras para envolver en espiral el material de refuerzo, formando una estructura de nervadura transversal que se acopla mecánicamente con el hormigón.

Efecto: La fuerza de unión del refuerzo envuelto en GFRP es entre un 40% y un 60% mayor que la del refuerzo roscado, y su estabilidad bajo cargas dinámicas es mejor.

Tratamiento de arena pegajosa:

Mecanismo: La arena fina se adhiere a la superficie del material de refuerzo, formando una superficie rugosa y mejorando la fricción.

Efecto: El tratamiento de unión de arena puede mejorar la fuerza de unión entre un 15% y un 25%, pero la uniformidad de la adhesión de las partículas de arena debe controlarse estrictamente.

Optimización de materiales y proporciones de mezcla.

Adhesivo de alto rendimiento: mediante el uso de resina epoxi modificada y otros adhesivos de alta viscosidad y alta elasticidad, la fuerza de unión se puede aumentar en más del 30%.

Mejora de la resistencia del hormigón: por cada aumento de 10 MPa en la resistencia a la compresión del UHPC, la resistencia de la unión puede aumentar entre un 5% y un 8%.

Aumento del espesor de la capa protectora: Por cada aumento de 0,1 en el espesor relativo de la capa protectora (c/db), la fuerza de unión aumenta entre un 10% y un 15%.

Mejora del proceso constructivo

Control de la longitud del anclaje: Se recomienda que la longitud mínima del anclaje sea 20 veces el diámetro del material de refuerzo para garantizar una falla por fractura en lugar de una falla por extracción.

Garantía de calidad del contacto: para evitar una aplicación desigual del adhesivo o burbujas residuales, la densidad del contacto se puede mejorar mediante la tecnología de infusión asistida por vacío.

Control de factores ambientales

Gestión de la temperatura y la humedad: durante la construcción, la temperatura ambiente debe controlarse entre 15 y 30 ℃ y la humedad debe ser inferior al 80 % para reducir los defectos de curado del adhesivo.

2. El mecanismo de influencia del proceso de tratamiento de superficies sobre la fuerza de unión.

Tipo de proceso, características de morfología de la superficie, mecanismo de mejora de la unión, datos de efectos típicos, escenarios aplicables

El chorro de arena con textura cóncava-convexa, rugosidad Ra=50-100 μm aumenta la fuerza de mordida mecánica, mejora el coeficiente de fricción de la interfaz y aumenta la fuerza de unión entre un 20% y un 30% en ingeniería marina y entornos de alta corrosión.

Las nervaduras transversales envueltas en espiral, con una altura de 1 a 2 mm y una separación de 5 a 10 mm, forman una mordida en forma de cuña con el hormigón. Las nervaduras transversales resisten el deslizamiento longitudinal y tienen una fuerza de unión entre un 40% y un 60% mayor que la de las barras roscadas. Se utilizan para estructuras de carga dinámica en puentes y áreas propensas a terremotos.

La fijación de arena fina (tamaño de partícula de 0,1 a 0,5 mm) a la superficie de arena pegajosa aumenta el coeficiente de fricción y proporciona un aumento del 15% al ​​25% en la resistencia de la unión de entrelazado micromecánico. Este es un proyecto sensible al costo para estructuras de concreto comunes.

3. Sugerencias de aplicaciones de ingeniería.

Escenarios de demanda de alta durabilidad (como plataformas marinas):

Priorice la combinación de tratamiento con chorro de arena y UHPC, utilizando la interfaz rugosa del chorro de arena y la alta resistencia del UHPC para lograr una mejora sinérgica.

Escenarios de carga dinámica (como puentes, estructuras sísmicas):

El refuerzo de GFRP se trata con bobinado y su estructura de nervaduras transversales puede resistir eficazmente la degradación de la unión bajo cargas cíclicas.

Escenario de control de costos:

La combinación de tratamiento de unión con arena y hormigón ordinario cumple con los requisitos básicos de unión mediante un tratamiento superficial económico.

4. Fronteras y desafíos de la investigación

Control de variación: los datos actuales de la prueba de resistencia de la unión tienen una variabilidad del 15% al ​​25% y el diseño debe optimizarse mediante métodos de predicción de intervalos estadísticos.

Mejora del modelo constitutivo: los modelos existentes (como el modelo CMR) carecen de una descripción suficiente del segmento de descenso del deslizamiento del enlace y deben perfeccionarse aún más utilizando la tecnología de correlación de imágenes digitales (DIC).

Evaluación del desempeño a largo plazo: Es necesario realizar pruebas de envejecimiento acelerado (como ciclos de niebla salina y ciclos de congelación y descongelación) para verificar la durabilidad de los procesos de tratamiento de superficies.

A través de los métodos anteriores y la optimización del proceso, la fuerza de unión entre el refuerzo de fibra de vidrio y el hormigón se puede aumentar hasta un 80% -90% de la del refuerzo de acero, proporcionando un soporte técnico clave para la promoción de estructuras compuestas de hormigón FRP en entornos extremos.