ASTM D7958/D7958M-17 Стандартный метод испытаний для оценки характеристик композитного материала FRP, прикрепленного к бетонному основанию, с использованием испытания балкой

Стандартный №: ASTM D7958/D7958M-17
Дата публикации: 2017
Разместил: American Society for Testing and Materials (ASTM)
Последняя версия: ASTM D7958/D7958M-17

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

ASTM D7958/D7958M-17, разработанный комитетом ASTM D30 по композитным материалам, представляет собой метод испытаний для оценки характеристик сцепления систем композитных материалов из полимеров, армированных волокнами (FRP), полученных методом влажной укладки или пултрузии, с бетонными основаниями. В этом стандарте используется испытание на изгиб балки для определения максимальной силы, которую может выдержать система FRP до отслоения от бетонной балки. Разрушение происходит в самой слабой плоскости композита FRP, клея и системы бетонной матрицы.

Принцип испытания и требования к оборудованию

В этом испытании используется нагрузка до разрушения в центральной точке на просто опертых образцах бетонных балок. Арматура FRP приклеивается к нижней (растянутой) поверхности балки. Конфигурация образца и процедура испытания аналогичны таковым для прочности бетона на изгиб (метод испытания C78). Испытательная аппаратура должна соответствовать следующим основным техническим требованиям:

Компоненты оборудования	Характеристики	Контроль точности
Испытательная машина	Соответствует требованиям проверки ASTM E4	Непрерывное нагружение без ударов
Нагружающее устройство	Конфигурация нагружения в центральной точке	Постоянная длина пролета ±1,0 мм
Тензодатчик	Резистивный тензодатчик	Калибровка в соответствии со стандартом E251
Микрометр	Измерение сферического контакта	Точность считывания в пределах 1%

Основные технические характеристики подготовки образцов

Образцы бетона должны соответствовать всем требованиям стандартов C42/C42M или C31/C31M или C192/C192M, а глубина образца d должна составлять 102 мм [4,0 дюйма] или 152 мм [6,0 дюймов]. Состав бетонной смеси должен соответствовать следующим требованиям:

Заполнитель: Соответствует спецификациям C33/C33M с максимальным размером частиц 9,5 или 12,7 мм.
Цемент: Используйте портландцемент типа I/II (C150/C150M). Никакие другие вяжущие материалы добавлять нельзя.
Требования к прочности: прочность на сжатие в течение 28 дней от 46 до 60 МПа [от 6500 до 8500 фунтов на кв. дюйм].

На поверхности растяжения образца должен быть выполнен центральный надрез глубиной d/2 и шириной не более 3,2 мм. Этот надрез может быть выполнен пилением или методом предварительного литья. Ширина соединения композитной армированной системы не должна превышать половины ширины балки и быть не менее одной шестой ширины балки.

Сравнительный анализ двух методов расчета

Стандарт предусматривает два метода расчета максимальной силы FRP, каждый со своими собственными применимыми сценариями и характеристиками точности:

Элементы расчета	Метод 1 (предпочтительный)	Метод 2 (альтернативный)
Источник данных	Прямое измерение тензодатчиков	Вывод механических параметров
Формула расчета	F = wK*ε	F = P×(1,5/(1-2α/3))
Применимо условия	Случаи, когда можно установить тензорезисторы	Тензорезисторы нельзя устанавливать в жестких условиях
Уровень точности	Высокоточное прямое измерение	Расчетное значение основано на предположениях
Сравнимость результатов	Результаты разных методов несопоставимы	Необходимо указать метод расчета

Метод 1 основан на фактических данных тензорезисторов и имеет высокую точность расчета, но ограничен условиями окружающей среды; Метод 2 рассчитывается через параметры механики материалов и подходит для жестких условий окружающей среды, где невозможно установить тензорезисторы, но необходимо проверить предположение о том, что бетон находится в упругом состоянии.

Определение и диагностика видов отказов

Стандарт определяет три типичных вида отказов, каждый из которых отражает различные характеристики эффективности сцепления:

Отказ FRP от сцепления: FRP отслаивается от одной или обеих сторон балки, возможно, из-за когезионного разрушения внутри бетонной матрицы, разрушения интерфейса сцепления или когезионного разрушения внутри материала FRP
Разрушение FRP из-за разрушения: Это указывает на хорошее сцепление FRP, но недостаточное армирование, что требует увеличения ширины системы FRP
Разрушение бетона при сдвиге: Это испытание неэффективно, указывает на чрезмерное армирование FRP, что требует уменьшения ширины FRP

Когезионное разрушение бетонной матрицы является идеальным видом отказа, указывающим на хорошие характеристики системы FRP-адгезив. Разрушение интерфейса склеивания может быть вызвано такими факторами, как неправильный выбор клея, загрязнение поверхности, неполное отверждение или ухудшение состояния окружающей среды.

Оценка влияния условий воздействия окружающей среды

Этот стандарт особенно подходит для оценки влияния условий окружающей среды на эффективность склеивания систем FRP. Стандарт предлагает решения по обработке для различных условий воздействия окружающей среды:

Воздействие среды с высокой влажностью (100% относительной влажности, 1000 часов)
Воздействие погружения в соленую воду (1000 часов)
Воздействие щелочного раствора (1000 часов)
Воздействие сухого тепла (1000 часов)
Воздействие цикла замораживания-оттаивания

Данные испытаний показывают, что существуют значительные различия в эффективности склеивания систем FRP в различных условиях воздействия окружающей среды. Особенно очевидно влияние щелочной среды и циклов замораживания-оттаивания на эффективность склеивания.

Применение стандартов и технологические инновации

ASTM D7958/D7958M-17 обеспечивает важную техническую поддержку для применения композитных материалов FRP в области армирования бетонных конструкций. С постоянным развитием технологий композитных материалов этот стандарт также постоянно совершенствуется:

Предоставляет стандартизированный метод оценки эксплуатационных характеристик новых материалов FRP
Поддерживает сравнительные исследования характеристик сцепления в различных условиях окружающей среды
Способствует стандартизированному применению технологии армирования FRP
Обеспечивает надежную поддержку данных для проектирования конструкций и оценки безопасности

Внедрение этого стандарта не только помогает повысить качество и надежность проектов армирования FRP, но и закладывает прочную основу для инновационного применения композитных материалов в области гражданского строительства.

ASTM D7958/D7958M-17 Ссылочный документ

ASTM C125 Стандартная терминология, относящаяся к бетону и заполнителям для бетона
ASTM C150/C150M Стандартные спецификации для портландцемента
ASTM C192/C192M Обычная практика изготовления и хранения образцов бетона в лаборатории
ASTM C31/C31M Обычная практика изготовления и хранения образцов бетона для испытаний в полевых условиях
ASTM C33/C33M Стандартные спецификации для бетонных заполнителей
ASTM C39/C39M Стандартный метод испытаний прочности на сжатие цилиндрических бетонных образцов
ASTM C42/C42M Стандартный метод испытаний для получения и испытания просверленных кернов и распиленных балок из бетона
ASTM C511 Стандартные спецификации для влажных шкафов, влажных помещений и резервуаров для хранения воды, используемых при испытаниях гидравлических цементов и бетонов
ASTM C617 Стандартная практика укупорки цилиндрических бетонных образцов
ASTM C78 Стандартный метод испытания прочности бетона на изгиб (с использованием простой балки с нагрузкой в третьей точке)
ASTM D3039/D3039M Стандартный метод испытания свойств на растяжение композиционных материалов с полимерной матрицей
ASTM D3878 Стандартная терминология Композитные материалы
ASTM D7565/D7565M Стандартный метод испытаний для определения свойств растяжения композитов с полимерной матрицей, армированных волокном, применяемых для усиления строительных конструкций
ASTM D883 Стандартная терминология, относящаяся к пластикам
ASTM E122 Стандартная практика расчета размера выборки для оценки с заданной допустимой погрешностью среднего значения характеристики партии или процесса
ASTM E251 Стандартные методы испытаний эксплуатационных характеристик тензорезисторов с металлическими связями
ASTM E4 Стандартные методы принудительной проверки испытательных машин
ASTM E456 Стандартная терминология, касающаяся качества и статистики
ASTM E6 Стандартная терминология, относящаяся к методам механических испытаний

ASTM D7958/D7958M-17 История

2017 ASTM D7958/D7958M-17 Стандартный метод испытаний для оценки характеристик композитного материала FRP, прикрепленного к бетонному основанию, с использованием испытания балкой

Стандартный метод испытаний для оценки характеристик композитного материала FRP, прикрепленного к бетонному основанию, с использованием испытания балкой