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《混凝土雜志》2015年第十一期

碳纖維增強(qiáng)聚合物(carbonfiberreinforcedpolymer，簡(jiǎn)稱CFRP)廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域，尤其是外貼CFRP布補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)受到國(guó)內(nèi)外青睞［1－7］。采用CFRP布加固混凝土在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要受到各種環(huán)境因素的作用，尤其是在北方地區(qū)，凍融對(duì)黏結(jié)性能的破壞尤為顯著。凍融循環(huán)不僅作用于混凝土基體本身，也作用在黏結(jié)的環(huán)氧樹(shù)脂上，這些都會(huì)對(duì)CFPP－混凝土的黏結(jié)性能產(chǎn)生非常不利的影響。本試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的施加荷載裝置，對(duì)凍融循環(huán)下CFRP－高強(qiáng)混凝土黏結(jié)性能進(jìn)行研究［8］。

1試驗(yàn)

1．1原材料及配合比C60的高強(qiáng)混凝土，采用P•O42．5R級(jí)水泥和聚羧酸減水劑與引氣劑，I級(jí)粉煤灰。混凝土拌合物的含氣量為4%，28d強(qiáng)度為70．08MPa，混凝土的抗凍性為F250。配合比見(jiàn)表1。采用300gm2CFRP布，其物理力學(xué)性能見(jiàn)表2。

1．2試驗(yàn)概況試驗(yàn)采用100mm×100mm×150mm的棱柱體混凝土試塊，先將試件的兩個(gè)相對(duì)側(cè)打磨平整，CFRP加固混凝土試件的制作:將一整條CFRP布的兩端分別粘貼在混凝土試塊的相對(duì)兩側(cè)表面，從而形成雙面剪切試件，如圖1所示。在兩個(gè)結(jié)合面上，預(yù)先選擇一個(gè)作為測(cè)試面，為了避免在另一個(gè)面上首先破壞，加長(zhǎng)其粘貼長(zhǎng)度并粘貼CFRP進(jìn)行U形箍加固。采用的CFRP寬度為50mm，粘貼層數(shù)為一層，測(cè)試面黏結(jié)長(zhǎng)度為120mm，加載端邊界上預(yù)留25mm的非黏結(jié)區(qū)。試驗(yàn)采用1000kN的電液伺服機(jī)，利用改進(jìn)的加載裝置進(jìn)行加載，加載時(shí)由0．3mmmin的位移加載控制，加載裝置如圖2所示。試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)采集主要有三種形式:通過(guò)夾式應(yīng)變計(jì)測(cè)量CFRP部端部變形位移;通過(guò)5t的荷載傳感器進(jìn)行荷載測(cè)量;通過(guò)粘貼在CFRP布上的應(yīng)變片對(duì)CFRP各分部的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)變片粘貼位置如圖3所示。采用GBT50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期和耐久性能試驗(yàn)方法》快凍法，試件標(biāo)養(yǎng)28d后粘貼CFPR布，硬化3d后再將試件放入水中飽和4d進(jìn)行凍融試驗(yàn)。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2．1凍融循環(huán)下荷載－端部滑移曲線在文獻(xiàn)［9］中提出雙剪試驗(yàn)的荷載端部滑移曲線的擬合方程，筆者對(duì)擬合方程進(jìn)一步改進(jìn)。表3中可見(jiàn)，當(dāng)凍融次數(shù)小于200次時(shí)擬合效果良好，大于200次之后擬合系數(shù)迅速減小，此時(shí)擬合方程已經(jīng)不再適用。圖4和圖5分別為凍融80次和220次的試件的的荷載端部滑移曲線，擬合系數(shù)為分別為r2=0．97和r2=0．60，剝離點(diǎn)為CFRP布上第一個(gè)應(yīng)變片所在點(diǎn)剝離對(duì)應(yīng)的荷載，破壞點(diǎn)為CFRP布全部破壞時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載。圖中可見(jiàn)，凍融80次時(shí)，在加載初期荷載位移增長(zhǎng)接近直線;當(dāng)荷載超過(guò)剝離點(diǎn)后，斜率減小、位移增長(zhǎng)速度加快，破壞點(diǎn)時(shí)荷載校剝離點(diǎn)荷載增加了約45%。凍融220次時(shí)，當(dāng)荷載超過(guò)剝離荷載后，位移迅速增長(zhǎng)，幾乎呈脆性破壞。

2．2剝離荷載與極限荷載從圖3中可見(jiàn)，凍融循環(huán)對(duì)第一點(diǎn)剝離時(shí)的荷載影響較小，剝離荷載均集中在9～12kN范圍內(nèi)，但對(duì)極限荷載的影響較顯著，在前200次內(nèi)凍融循環(huán)內(nèi)極限荷載從16．96kN下降到了15．48kN，下降幅度約9%;超過(guò)200次后，極限荷載下降幅度急劇增大，240次時(shí)的極限荷載較200次時(shí)下降了近30%。2．3應(yīng)變－加載端距離曲線凍融80次和240次的應(yīng)變－加載端距離曲線如圖6所示。在圖6(a)中，荷載主要由前端應(yīng)變片所在界面承擔(dān)，離加載段遠(yuǎn)的界面基本上不參與受力。當(dāng)荷載達(dá)到第一點(diǎn)剝離荷載時(shí)，第一個(gè)應(yīng)變片應(yīng)變減小，從第二個(gè)應(yīng)變處界面開(kāi)始主要承擔(dān)受力，隨著荷載的增大，應(yīng)變是一個(gè)連續(xù)漸變的過(guò)程。圖6(b)中可以看出，加載的自始至終，只有前端界面參與了受力，距離加載端60mm后沒(méi)有受力，當(dāng)荷載達(dá)到破壞荷載時(shí)，整體一起被拉下，這與凍融80次的結(jié)果完全不同。分析原因，由于凍融次數(shù)的增加致使黏結(jié)界面混凝土基層的損傷增加，導(dǎo)致界面在受力之后迅速剝離破壞。目前，描述應(yīng)變－加載端距離曲線比較權(quán)威的理論有兩個(gè)。在CFRP布－混凝土開(kāi)始剝離前的階段，BjrnTljsten［10］提出的彈性理論式(2)。在CFRP布－混凝土開(kāi)始剝離后的階段，MohamadAli－Ahmad等［11］則進(jìn)一步擴(kuò)充，提出了非線性應(yīng)變分布模型，如式(3)所示。圖6為凍融80次和240次后試件在不同荷載下應(yīng)變－加載端距離曲線。圖7為第一應(yīng)變片剝離前的應(yīng)變－加載端距離曲線，利用式(2)進(jìn)行擬合，可以看出凍融80次與240次的擬合系數(shù)都很高，計(jì)算式的適用程度很好。圖8為第一應(yīng)變片剝離后的應(yīng)變－加載端距離曲線，凍融80次時(shí)曲線得到很好的擬合，但是凍融240時(shí)，式(2)不再適用。說(shuō)明，隨著凍融次數(shù)的增大，應(yīng)變分布方式也發(fā)生了實(shí)質(zhì)的改變。

3結(jié)論

(1)當(dāng)凍融次數(shù)較小時(shí)，荷載－端部滑移曲線可以由y=a+b•ln(X+C)很好的擬合。但是隨著凍融次數(shù)的增大，此方程不在適用。這是由于凍融循環(huán)對(duì)剝離點(diǎn)對(duì)應(yīng)的剝離荷載影響較小，但對(duì)破壞荷載的影響較大，改變了破壞模式，增加了界面的脆性。(2)凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)CFRP布－混凝土開(kāi)始剝離前的階段應(yīng)變分布規(guī)律影響較小，但是對(duì)CFRP布－混凝土開(kāi)始剝離后的階段應(yīng)變分布規(guī)律卻產(chǎn)生了較大的改變。由于凍融次數(shù)的增加致使黏結(jié)界面混凝土基層的損傷增加，導(dǎo)致界面在受力之后迅速剝離破壞是其主要原因。(3)隨著凍融次數(shù)的增大，界面的破壞模式發(fā)生了改變且延性逐漸降低。

作者：洪雷 朵潤(rùn)民 王蘇巖 單位：大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室