Przyczepność zbrojenia kompozytowego do betonu w żelbetowych elementach wzmocnionych za pomocą materiałów kompozytowych CFRP - Kotynia, Renata (Katedra Budownictwa Betonowego. Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska. Politechnika Łódzka., 2008)
Projekt badawczy dotyczy zagadnienia przyczepności materiałów kompozytowych do betonu. Do badań zaadaptowano model badawczy zaproponowany przez RILEM (badania przyczepności zbrojenia stalowego do betonu, 1982). Badania obejmowały łącznie 50 belek żelbetowych nie wzmocnionych i wzmocnionych materiałami kompozytowymi z włókien węglowych. Elementy podzielono na dwie zasadnicze serie, różniące się rodzajem technologii wzmocnienia (E i N). W serii E, belki wzmocniono taśmami i matami naklejonymi na rozciąganej powierzchni elementów, w serii N, taśmy wklejano w betonową otulinę belek. W każdej z serii podstawowych (E, N) wyodrębniono belki niskie – typ I i wysokie – typ II oraz belki długie – typ L i krótkie – typ S. Zaproponowano również dwa różne stopnie zbrojenia stalowego: typ A - belki zbrojone 2#8mm, typ B - belki zbrojone 2#16mm. W belkach serii N, wzmocnionych wklejonymi taśmami, zaproponowano trzy długości badanego odcinka przyczepności taśm do betonu : 80mm, 120mm i 160mm. W obu seriach (E, N) przyjęto dwie klasy betonu o wytrzymałości 20MPa i 40MPa. W celu zbadania wpływu podłużnego zbrojenia stalowego na warunki przyczepności kompozytu do betonu, w czterech belkach przecięto pręty stalowe. Wzmocnione belki z ciągłym zbrojeniem podłużnym, na ogół niszczyły się na skutek odspojenia zbrojenia kompozytowego wraz z otaczającą betonową otuliną. Ten typ zniszczenia jest charakterystyczny dla odspojenia końców taśm („end strip debonding”), w elementach wzmocnionych kompozytami o zbyt małej długości zakotwienia. Badania wykazały, że wzrost wytrzymałości betonu opóźnia odspojenie taśm i wpływa na wzrost odkształceń granicznych kompozytu przy jego odspojeniu. Z uwagi na model zniszczenia belek (przy zginaniu), wytrzymałość betonu miała nieznaczny wpływ na nośność badanych elementów, zarówno w wypadku belek wzmocnionych wklejanymi taśmami, jak i belek wzmocnionych matami i taśmami przyklejanymi na rozciąganej ich powierzchni. Pomiary odkształceń taśm kompozytowych na długości wklejonego odcinka, wykazały wpływ położenia badanego odcinka na odkształcalność kompozytu. Jeśli ten odcinek położony był w strefie czystego zginania, do odspojenia dochodziło później (przy większych odkształceniach granicznych taśm), niż w wypadku położenia badanego odcinka przyczepności w obszarze jednoczesnego działania momentu i siły tnącej. Belki wzmocnione sztywnymi taśmami, przyklejanymi na powierzchni betonu, wykazały większe naprężenia przyczepności w porównaniu z belkami wzmocnionymi wiotkimi matami. Potwierdzono wpływ zbrojenia zwykłego na warunki przyczepności taśm wklejanych w betonową otulinę. Przecięcie tego zbrojenia spowodowało opóźnienie odspojenia taśm kompozytowych, a tym samym znaczące zwiększenie ich granicznych odkształceń.

The research project concerns the problem of adherence of composite carbon fibre materials to concrete. The test model suggested by RILEM (the tests of steel reinforcement bonding to concrete, 1982) has been adopted to the bond test of composite materials to concrete. The test included 50 concrete reinforced beams unstrengthened and strengthened with carbon fibre composite materials. The beams were divided into two basic Series distinguished by a kind of composite reinforcement (E and N). In E Series, the beams were strengthened with strips and sheets bonded on the tension surface of the elements, in series N, the strips were bonded into grooves made in the concrete cover of the beams. In each of the basic series (E, N) the low beams of type I, tall beams of type II, long beams of type L, and short beams of type S were distinguished. Two different tapes of the steel reinforcement were adopted: type A – beams reinforced with 2#8mm, and type B – beams reinforced with 2#16mm. In N Series beams, reinforced with NSM strips, three bond lengths were assumed: 80mm, 120mm, 160mm. In both Series (E, N), two classes of concrete of compressive strength 20MPa and 40MPa were adopted. In order to test the influence of the longitudinal steel reinforcement on the bond conditions of the composite material to concrete, the steel bars in four beams were cut through. The test results indicated that the increase in concrete strength delayed the debonding of the strips and increased the ultimate strain of the composite at its debonding. Due to the mode of failure of the beams under bending the concrete strength had an insignificant influence on the load bearing capacity of the tested elements, both in the case of beams strengthened with the NSM strips, and in the case of the beams externally strengthened with sheets and strips. The measurements of the composite strain along the bond length proved the influence of the position of the tested section on the composite strain. If the section was situated within the pure bending zone, the debonding occurred later (with higher ultimate strains of the strips) than in the case of the position of the tested section within the zone of the simultaneous action of the moment and the shear force. Beams reinforced with rigid strips externally bonded on the surface of concrete demonstrated higher bond stress, compared to the beams strengthened with flexible sheets. The influence of the steel reinforcement on bond behaviour between the strips and concrete was confirmed, and cutting through the reinforcement delayed the debonding of the strips, and thus made a significant increase in their ultimate strain.
Bond between composite materials and concrete in reinforced concrete members strengthened with CFRP composites