高強混凝土界面抗凍性研究范文

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《混凝土雜志》2015年第十一期

碳纖維增強聚合物(carbonfiberreinforcedpolymer，簡稱CFRP)廣泛地應用于結(jié)構(gòu)修復補強領(lǐng)域，尤其是外貼CFRP布補強混凝土結(jié)構(gòu)受到國內(nèi)外青睞［1－7］。采用CFRP布加固混凝土在實際應用過程中，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)氧樹脂上，這些都會對CFPP－混凝土的黏結(jié)性能產(chǎn)生非常不利的影響。本試驗采用自行設(shè)計的施加荷載裝置，對凍融循環(huán)下CFRP－高強混凝土黏結(jié)性能進行研究［8］。

1試驗

1．1原材料及配合比C60的高強混凝土，采用P•O42．5R級水泥和聚羧酸減水劑與引氣劑，I級粉煤灰?；炷涟韬衔锏暮瑲饬繛?%，28d強度為70．08MPa，混凝土的抗凍性為F250。配合比見表1。采用300gm2CFRP布，其物理力學性能見表2。

1．2試驗概況試驗采用100mm×100mm×150mm的棱柱體混凝土試塊，先將試件的兩個相對側(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兩側(cè)表面，從而形成雙面剪切試件，如圖1所示。在兩個結(jié)合面上，預先選擇一個作為測試面，為了避免在另一個面上首先破壞，加長其粘貼長度并粘貼CFRP進行U形箍加固。采用的CFRP寬度為50mm，粘貼層數(shù)為一層，測試面黏結(jié)長度為120mm，加載端邊界上預留25mm的非黏結(jié)區(qū)。試驗采用1000kN的電液伺服機，利用改進的加載裝置進行加載，加載時由0．3mmmin的位移加載控制，加載裝置如圖2所示。試驗中的數(shù)據(jù)采集主要有三種形式:通過夾式應變計測量CFRP部端部變形位移;通過5t的荷載傳感器進行荷載測量;通過粘貼在CFRP布上的應變片對CFRP各分部的應變進行測量，應變片粘貼位置如圖3所示。采用GBT50082—2009《普通混凝土長期和耐久性能試驗方法》快凍法，試件標養(yǎng)28d后粘貼CFPR布，硬化3d后再將試件放入水中飽和4d進行凍融試驗。

2試驗結(jié)果與分析

2．1凍融循環(huán)下荷載－端部滑移曲線在文獻［9］中提出雙剪試驗的荷載端部滑移曲線的擬合方程，筆者對擬合方程進一步改進。表3中可見，當凍融次數(shù)小于200次時擬合效果良好，大于200次之后擬合系數(shù)迅速減小，此時擬合方程已經(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，剝離點為CFRP布上第一個應變片所在點剝離對應的荷載，破壞點為CFRP布全部破壞時所對應的荷載。圖中可見，凍融80次時，在加載初期荷載位移增長接近直線;當荷載超過剝離點后，斜率減小、位移增長速度加快，破壞點時荷載校剝離點荷載增加了約45%。凍融220次時，當荷載超過剝離荷載后，位移迅速增長，幾乎呈脆性破壞。

2．2剝離荷載與極限荷載從圖3中可見，凍融循環(huán)對第一點剝離時的荷載影響較小，剝離荷載均集中在9～12kN范圍內(nèi)，但對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200次后，極限荷載下降幅度急劇增大，240次時的極限荷載較200次時下降了近30%。2．3應變－加載端距離曲線凍融80次和240次的應變－加載端距離曲線如圖6所示。在圖6(a)中，荷載主要由前端應變片所在界面承擔，離加載段遠的界面基本上不參與受力。當荷載達到第一點剝離荷載時，第一個應變片應變減小，從第二個應變處界面開始主要承擔受力，隨著荷載的增大，應變是一個連續(xù)漸變的過程。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后沒有受力，當荷載達到破壞荷載時，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，導致界面在受力之后迅速剝離破壞。目前，描述應變－加載端距離曲線比較權(quán)威的理論有兩個。在CFRP布－混凝土開始剝離前的階段，BjrnTljsten［10］提出的彈性理論式(2)。在CFRP布－混凝土開始剝離后的階段，MohamadAli－Ahmad等［11］則進一步擴充，提出了非線性應變分布模型，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變－加載端距離曲線。圖7為第一應變片剝離前的應變－加載端距離曲線，利用式(2)進行擬合，可以看出凍融80次與240次的擬合系數(shù)都很高，計算式的適用程度很好。圖8為第一應變片剝離后的應變－加載端距離曲線，凍融80次時曲線得到很好的擬合，但是凍融240時，式(2)不再適用。說明，隨著凍融次數(shù)的增大，應變分布方式也發(fā)生了實質(zhì)的改變。

3結(jié)論

(1)當凍融次數(shù)較小時，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)對剝離點對應的剝離荷載影響較小，但對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CFRP布－混凝土開始剝離前的階段應變分布規(guī)律影響較小，但是對CFRP布－混凝土開始剝離后的階段應變分布規(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 朵潤民 王蘇巖 單位：大連理工大學 海岸和近海工程國家重點實驗室