FRP布加固混凝土粘結性能研究范文

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1試件概況

1.1試件設計試件的選取由《碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)程》CECS146:2003(2007版)、《混凝土結構試驗方法標準》[10]為依據(jù)，圖1為試件尺寸、粘貼工藝示意，表1為碳纖維膠的物理性能.試驗共有5組試件分組，自然狀態(tài)下與干濕交替處理的試件分別為一組和四組，表3為混凝土試件的分組情況.混凝土試塊干濕交替處理地點為遼寧省建筑材料監(jiān)督檢驗院，處理天數(shù)分別為30次、60次、90次、120次.

1.2試驗準備及加載裝置采用高強frp布并按生產(chǎn)廠家要求的步驟進行粘貼到標養(yǎng)后的混凝土試塊上并固化一周，之后將粘貼的FRP試塊置于室內(nèi)自然晾干，其中混凝土試塊尺寸為70.7mm×70.7mm×70.7mm，粘貼FRP布尺寸為60mm×60mm.在混凝土試塊晾干以后將粘貼的FRP布和鋼塊（40mm×40mm×15mm）粘貼一面用丙酮擦洗并按照生產(chǎn)廠家提供的特定膠工藝配制粘貼環(huán)氧樹脂攪拌均勻后用漆刷均勻涂抹在FRP布表面及要粘貼的鋼塊上，之后立即粘貼上鋼塊，特別注意的是鋼塊與試件的表面中心要對中.試驗加載裝置采用沈陽建筑大學力學實驗室內(nèi)50kN液壓萬能試驗機，由其提供豎向軸心力，得到試驗力變形曲線，圖3為試驗加載裝置示意.

2試驗結果

2.1試驗現(xiàn)象試驗采用《混凝土結構試驗方法標準》[10]和《碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)程》CECS146:2003（2007版）附錄A中的模具，并進行正拉試驗，同時觀察加載過程中試驗力的變化情況（在試驗中要注意選擇適當?shù)牧砍桃约凹雍伤俣炔荒芴欤妶D4.試塊在開始施加軸向拉力時，其位移變化比較緩慢；但是隨著軸向拉力的逐漸增大混凝土被拉斷破壞.其破壞類型有：（1）混凝土被拉斷的破壞；（2）混凝土淺層的拉斷破壞；（3）混凝土在粗細骨料的界面破壞.其中少數(shù)是鋼塊和FRP布接觸面破壞.2.2試驗結果及數(shù)據(jù)分析干濕循環(huán)和室溫下CFRP和GFRP片材的作用時間、粘結力、粘結強度和粘結強度的平均值情況見表4.

2.3干濕循環(huán)次數(shù)對粘結強度的影響在干濕交替循環(huán)作用下，作用時間分別為30次其混凝土粘結強度是自然條件下的89.9%，作用時間為60次是69.0%，作用時間為90次是59.5%，作用時間為120次是51.6%，見表4和圖5.就混凝土試件的正拉粘結強度來說，干濕交替作用30次、60次、90次、120次的混凝土粘結強度均超過《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010[11]所規(guī)定的C30混凝土抗拉強度設計值1.43MPa.說明干濕交替對混凝土試件的粘結強度有一定影響，同時干濕循環(huán)作用后的試件，它的破壞形態(tài)是由混凝土破壞變?yōu)镕RP纖維布與混凝土之間復合涂層界面破壞或兩種情況同時存在.由表4中平均粘結強度可知，從干濕交替30次到干濕交替60次混凝土布加固的粘結性強度由3.4MPa減少到2.61MPa，減少量為0.79MPa，再由干濕交替60次粘結強度為2.61MPa減少干濕交替90次粘結強度為2.25MPa，減少量為0.36，由干濕交替90次粘結強度為2.25MPa減少干濕交替120次粘結強度為1.95MPa，減少量為0.3MPa.說明隨著干濕交替處理次數(shù)的增加，正拉粘結強度呈下降趨勢，但粘結強度不會一直減少，當達到一定程度后下降過程變的很慢繼而趨于穩(wěn)定，采用最小二乘法對試驗數(shù)據(jù)進行分析表明正拉粘結強度的衰減規(guī)律基本符合指數(shù)函數(shù)的規(guī)律。式中，n為侵蝕次數(shù)；Ru為正拉粘結強度.將計算結果與試驗結果進行對比分析，公式理論計算值與試驗值比值平均值為1.059，標準差為0.010，變異系數(shù)為1.044%，由此說明，由試驗數(shù)據(jù)得到的FRP加固混凝土粘結強度的衰減函數(shù)與現(xiàn)實情況基本吻合。

2.4混凝土強度等級對粘結強度的影響圖6為不同混凝土等級試件正拉粘結強度對比.不相同的混凝土等級但是干濕交替都為120次的情況下，從表4和圖6中可以看出混凝土等級為C20、C30、C40平均粘結強度分別是自然條件下的43.9%、51.6%、110.1%.就混凝土試件的粘結強度來說，每一個試件都符合文獻[11]所規(guī)定的C20、C30及C40混凝土抗拉強度設計值1.10MPa、1.43MPa和1.71MPa.由上述數(shù)據(jù)分析干濕交替對C20的影響較大，也就是說在干濕交替的作用下對混凝土等級低的結構影響較大.說明C40具有很高的抗拉性能更適宜干濕交替環(huán)境，很適宜中國沿海城市建筑廣泛使用.2.5CFRP和GFRP對粘結強度的影響GFRP和CFRP在作用時間為120次的干濕交替環(huán)境下，從表4中可知不同纖維布其破壞轉變?yōu)闃渲c混凝土間復合圖層界面或兩種情況并存，由于玻璃纖維布的強度與抗裂強度較低所以比碳纖維布界面破壞的程度要嚴重，以表面粘貼少量的混凝土為體現(xiàn).玻璃纖維布的粘結強度是1.82MPa，碳纖維布的粘結強度是1.95MPa，兩者分別占自然條件下的48.1%、58.6%.也就是說在相同的腐蝕作用下碳纖維布的粘結強度遠遠大于玻璃纖維布的粘結強度，同時也說明玻璃纖維布不適宜作加固材料.而碳纖維布是綠色環(huán)保材料、適用于各種結構類型和各種結構部位的加固修補，并且碳纖維布加固技術是利用碳纖維布和專用結構膠對建筑構件進行加固處理，具有強度高、重量輕、耐腐性強、不增加結構斷面尺寸等特點.所以碳纖維布更適宜作加固材料，并且FRP加固技術應該在實際應用中加以推廣.

3結論

通過24個FRP與混凝土正拉試件在室溫、干濕交替作用的正拉粘結強度試驗研究了腐蝕環(huán)境對CFRP和GFRP與混凝土試件破壞形態(tài)以及正拉粘結強度的影響，主要結論如下：（1）相同混凝土等級情況下，干濕交替早期對粘結強度的影響較大，后期影響不明顯，采用最小二乘法對試驗數(shù)據(jù)進行分析表明粘結強度的衰減規(guī)律基本符合指數(shù)函數(shù).（2）干濕交替對較低混凝土等級影響較大，對較高混凝土等級影響較低.（3）CFRP的正拉粘結強度大于GFRP的粘結強度。

作者：張延年 常萍 顧亞潔 鄭怡 單位：沈陽建筑大學 土木工程學院 南寧學院 土木與建筑工程學院 遼寧省建筑材料監(jiān)督檢驗院