Μηχανική συμπεριφορά διεπιφανειών ινοπλεγμάτων σε ανόργανες μήτρες (ΙΑΜ) – τοιχοποιίας

Abstract

The present doctoral thesis is the first systematic study of the mechanical response of glass textiles (comprising alkali resistant dry fibers) when applied as externally bonded reinforcement on (fair-faced solid clay brick) masonry substrates through cement-based mortars and subjected to in-plane shear loading. The starting point of the study is the determination of the effective bond length for the TRM/substrate system under investigation. To this purpose, two methods from the field of FRPs are adopted and a new one is proposed. Subsequently, the influence of the number of textile layers in the TRM overlays in combination with their bond lengths is examined in the absence of previous related data for glass TRM/masonry joints. The experimental results of the thesis confirmed (for the first time and in contrast with previous findings) that the textile anchoring conditions are improved for increasing TRM bond width due to the enhancement of the transversal yarns’ role; the same applies when instead of a single-layer textile a double-layer one is used with enlarged grid openings so that the fibers’ volumetric ratio of both TRM configurations (i.e. single- and double-layer ones) is kept constant. Previous relevant indications concerning the contribution of the transversal yarns have previously been reported based solely on textile pull out tests from mortar prisms. In the current thesis, the role of masonry joints in the TRM-to-substrate bond capacity is also investigated challenging the common perception that when shear bond failure is due to textile slippage from within the mortar the substrate plays an insignificant role in the shear transfer phenomenon. Based on the experimental results of the thesis, it is inferred that the substrate plays an important role on the shear stress transfer mechanism between the masonry substrate and the TRM overlay. For the substrate/TRM combination studied in this work, the joint-to-matrix bond is higher than the bricks-to-matrix one. Under this condition, it is concluded that the increase of joints’ area per unit bonded area leads to the improvement of TRM-to-substrate bonding conditions and hence to higher exploitation of the fiber-to-matrix bond strength. The experimental program of the thesis is concluded with an investigation (of a limited extend) of the effect of textile impregnation with an elastomer on the shear bond strength of TRM/masonry interfaces. The expected improvement in textile bond conditions with the mortar (based on published evidence for carbon and basalt fiber textiles) is verified also in the case of glass fiber ones. Further exploitation of the experimental results led to the application of two analytical bond-slip models that focused on the determination of the cohesive bond law governing the fibers-to-matrix interface. The final target was the theoretical computation of the textile debonding stress from the mortar and the effective bond length. It is noted that analytical bond-slip models have previously been developed based on experimental data of: (i) PBO TRM systems applied on masonry or concrete substrates and (ii) carbon TRM systems applied on masonry substrates. The theoretical results of the bond-slip model adopted in the current thesis are in good agreement with the respective experimental ones confirming the influence of each examined parameter on the bond mechanism of TRM overlays when applied on masonry substrates.

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή αποτελεί την πρώτη συστηματική μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς υαλοπλεγμάτων (ανθεκτικών έναντι αλκαλικού περιβάλλοντος) εξωτερικά επικολλούμενων επί υποστρώματος τοιχοποιίας, μέσω τσιμεντοειδούς κονιάματος, υπό εντός επιπέδου διατμητική καταπόνηση. Αφετηρία της μελέτης αυτής αποτελεί ο πειραματικός προσδιορισμός του ενεργού μήκους αγκύρωσης του συστήματος ΙΑΜ, που πραγματοποιείται με δύο μεθόδους από το πεδίο εφαρμογής των Ινοπλισμένων Πολυμερών, καθώς και με μία νέα προτεινόμενη μέθοδο. Στη συνέχεια εξετάζεται η επιρροή του πλήθους των στρώσεων ΙΑΜ σε διάφορα μήκη αγκύρωσης, ελλείψει σχετικών δεδομένων από τη βιβλιογραφία, που να αφορούν σε υαλοπλέγματα ή/και υπόστρωμα τοιχοποιίας. Μέσω των πειραματικών ευρημάτων της ΔΔ, επιβεβαιώνεται (για πρώτη φορά και σε αντίθεση με ευρήματα άλλων ερευνητών) η βελτίωση των συνθηκών αγκύρωσης του ινοπλέγματος, λόγω της αύξησης του πλάτους αγκύρωσης ή διεύρυνσης των βροχίδων του ινοπλέγματος, η οποία αποδίδεται στον ρόλο των εγκάρσιων κλώνων του ινοπλέγματος. Προηγούμενες σχετικές ενδείξεις από τη βιβλιογραφία για τη συνεισφορά των εγκάρσιων κλώνων δίνονται μόνο μέσω δοκιμών εξόλκευσης ινοπλεγμάτων από πρίσματα κονιάματος. Στην παρούσα ΔΔ, αναδεικνύεται (για πρώτη φορά) ο ρόλος των αρμών της τοιχοποιίας στη συνάφεια ΙΑΜ-τοιχοποιίας, ανατρέποντας την έως τώρα επικρατούσα αντίληψη περί μη επιρροής του υποστρώματος στο φαινόμενο, στην περίπτωση που η αστοχία του συστήματος οφείλεται σε ολίσθηση του ινοπλέγματος από το κονίαμα. Το πειραματικό πρόγραμμα ολοκληρώνεται με την πρώιμη διερεύνηση του εμποτισμού των ινών υάλου με πολυμερικό γαλάκτωμα επιβεβαιώνοντας τη βελτίωση των συνθηκών αγκύρωσης του εμποτισμένου ινοπλέγματος, σε σύγκριση με το μη εμποτισμένο, δεδομένου ότι αντίστοιχες μελέτες αφορούν μόνο σε ινοπλέγματα άνθρακα ή βασάλτη. Η περαιτέρω αξιοποίηση των πειραματικών αποτελεσμάτων οδηγεί στην εφαρμογή δύο αναλυτικών προσομοιωμάτων συνάφειας, με στόχο τον προσδιορισμό του καταστατικού νόμου της διεπιφάνειας κλώνου-μήτρας και κατ’ επέκταση το θεωρητικό υπολογισμό της τάσης αποκόλλησης του ινοπλέγματος από το κονίαμα και του ενεργού μήκους αγκύρωσής του στο υπόστρωμα. Σημειώνεται, πως προηγούμενα προσομοιώματα έχουν προκύψει μόνο από πειραματικές μελέτες συνάφειας ΙΑΜ PBO με τοιχοποιία ή σκυρόδεμα και μελέτες ΙΑΜ άνθρακα με τοιχοποιία. Τα αποτελέσματα του παρουσιαζόμενου στην παρούσα ΔΔ προσομοιώματος βρίσκονται σε καλή συμφωνία με τα αντίστοιχα πειραματικά, επιβεβαιώνοντας την επιρροή της κάθε μίας από τις εξεταζόμενες παραμέτρους στο μηχανισμό συνάφειας των διεπιφανειών ΙΑΜ-τοιχοποιίας.