玻璃纤维筋的搭接与连接技术有哪些突破？套筒粘结工艺如何解决滑脱问题？

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发表时间: 2025/6/12 17:40:29

玻璃纤维筋搭接与连接技术突破及套筒粘结工艺滑脱解决方案

一、玻璃纤维筋搭接与连接技术突破

近年来，玻璃纤维筋的搭接与连接技术取得了显著进展，主要突破体现在以下三个方面：

1. 机械连接技术

• 原理：利用楔形夹片在锥形孔内对玻璃纤维筋施加径向压力，产生摩擦阻力。

• 优势：安装便捷，无需预加载，适用于狭小空间作业。

• 数据：楔形夹片连接抗拉强度可达600MPa，满足高应力幅值要求。

• 原理：通过在玻璃纤维筋端部加工外螺纹，与内螺纹金属套筒配合，实现机械咬合。

• 优势：连接强度可达母材强度的80%-90%，抗疲劳性能优异，适用于动态荷载场景。

• 案例：在港珠澳大桥人工岛隧道中，螺纹套筒连接玻璃纤维筋，经实测连接效率达0.85。

• 螺纹套筒连接：

• 楔形夹片连接：

2. 粘结连接技术

• 原理：将玻璃纤维筋插入金属或复合材料套筒，注入高性能粘结剂（如改性环氧树脂），通过化学粘结传递轴力。

• 突破：

• 效果：套筒粘结连接效率可达0.95，远超传统焊接或绑扎连接。

• 界面处理：套筒内壁采用喷砂或蚀刻工艺，增大接触面积，提升粘结强度。

• 粘结剂优化：开发低黏度、高触变性的环氧树脂，固化后剪切强度≥25MPa。

• 套筒粘结工艺：

3. 复合连接技术

• 原理：结合螺纹套筒的机械咬合与粘结剂的化学粘结，形成双重保障。

• 优势：抗疲劳性能提升50%以上，适用于地震区或频繁动载场景。

• 应用：在成都地铁18号线盾构隧道中，复合连接玻璃纤维筋经500万次疲劳试验后强度保留率≥90%。

• 机械-粘结复合连接：

二、套筒粘结工艺解决滑脱问题的核心机制

滑脱是玻璃纤维筋连接中的主要失效模式，套筒粘结工艺通过以下机制解决该问题：

1. 界面粗糙化处理

• 技术手段：套筒内壁采用喷砂（Ra≥6.3μm）或激光蚀刻（形成微米级凹坑），增大接触面积。

• 效果：界面摩擦系数从0.2提升至0.6，粘结强度提高3倍。

2. 粘结剂性能优化

• 低黏度：确保粘结剂充分渗透玻璃纤维筋表面微孔。

• 高触变性：防止粘结剂在固化前流淌，保持填充均匀性。

• 纳米改性：掺入5%纳米SiO₂颗粒，提升粘结剂内聚强度。

• 配方设计：

• 性能指标：固化后剪切强度≥25MPa，断裂伸长率≥3%，满足玻璃纤维筋与套筒的变形协调需求。

3. 固化工艺控制

• 温度管理：采用分段固化工艺（40℃/2h + 60℃/4h），避免内应力集中。

• 压力控制：通过真空辅助灌注，消除粘结界面气泡，提升密实度。

• 监测手段：嵌入光纤光栅传感器，实时监测固化过程中粘结剂的温度与应变。

4. 几何约束设计

• 套筒长度优化：根据玻璃纤维筋直径确定套筒长度（通常为10d-15d，d为筋材直径），确保粘结界面充分传力。

• 锥度设计：套筒入口处设置1°-2°锥度，便于筋材插入并减少安装损伤。

三、工程应用与性能验证

1. 试验验证

• 单筋拉拔试验：套筒粘结连接玻璃纤维筋的破坏模式为筋材断裂，而非粘结界面滑脱，表明连接强度高于母材。

• 长期耐久性试验：经100次冻融循环（-20℃→20℃）后，粘结强度保留率≥85%。

2. 典型工程案例

• 应用场景：在富水砂层中，套筒粘结连接玻璃纤维锚索，经实测抗拔力达设计值的115%。

• 创新点：结合真空辅助灌注工艺，确保粘结剂在高压水头下不流失。

• 应用场景：采用套筒粘结连接玻璃纤维筋，替代传统钢筋笼，解决狭窄空间内焊接困难问题。

• 效果：连接效率达0.92，施工效率提升40%，且无滑脱失效记录。

• 雄安新区地下综合管廊：

• 深圳国际会展中心基坑支护：

四、技术挑战与未来方向

1. 当前挑战

• 大规模施工质量控制：需开发自动化粘结剂灌注设备，减少人为操作误差。

• 长期性能监测：缺乏玻璃纤维筋连接节点在复杂环境（如氯盐侵蚀、碱骨料反应）下的长期数据。

2. 未来趋势

• 智能连接技术：集成RFID标签或NFC芯片，实现连接节点全生命周期追溯。

• 生物启发设计：模仿贝壳珍珠层结构，开发层状复合粘结界面，进一步提升抗滑脱性能。

套筒粘结工艺通过界面处理、材料优化与工艺控制，有效解决了玻璃纤维筋连接的滑脱问题，为玻璃纤维筋在桥梁、隧道、基坑等工程中的广泛应用提供了关键技术支撑。随着智能化与绿色化技术的发展，该技术有望进一步突破，推动建筑工业化进程。