鹽凍對(duì)預(yù)應(yīng)力CFRP—混凝土加固梁界面性能的影響

李賀 馬超

摘 要：通過(guò)36個(gè)預(yù)應(yīng)力CFRP加固梁的單剪試驗(yàn)，考察凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)加固梁界面粘結(jié)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：3.5%氯離子濃度、凍融次數(shù)200次對(duì)界面粘結(jié)性能的影響較為明顯，在寒冷地區(qū)，道路覆蓋除冰鹽的地域，預(yù)應(yīng)力CFRP-鋼筋混凝土梁的初始預(yù)應(yīng)力不宜過(guò)大，并加強(qiáng)端部錨固措施。

關(guān)鍵詞：界面；初始預(yù)應(yīng)力；混凝土梁

自從上個(gè)世紀(jì)90年代，F(xiàn)RP技術(shù)作為土木工程結(jié)構(gòu)加固新型外貼材料后，我國(guó)及各國(guó)學(xué)者對(duì)其加固性能進(jìn)行了廣泛而深入的研究，不僅完成了大量的工業(yè)建筑、民用建筑和橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的加固工程，而且還編制了《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》及國(guó)家建設(shè)部頒發(fā)的《結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用碳纖維片材》[ 1-3 ]。20年后過(guò)去了，F(xiàn)RP技術(shù)似乎到了一個(gè)瓶頸，那就是加固效果很好，但是FRP加固性能沒(méi)有得到很好體現(xiàn)，以FRP加固鋼筋混凝土梁為例，具體表現(xiàn)在FRP往往只達(dá)到極限性能的20%左右，F(xiàn)RP便從加固梁上剝離，因此預(yù)應(yīng)力FRP加固鋼筋混凝土梁（以下簡(jiǎn)稱PRC梁）便是非預(yù)應(yīng)力技術(shù)受限后的一個(gè)革新技術(shù)，很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行廣泛的研究。本文通過(guò)對(duì)預(yù)制36根80×80×190（mm3）矩形截面PRC梁，考察凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)受腐蝕后的PRC梁界面粘結(jié)應(yīng)力的影響。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 試驗(yàn)材料

由于PRC梁具有初始預(yù)應(yīng)力，因此對(duì)于加固梁來(lái)說(shuō)，較高的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，在FRC受力過(guò)程中，界面具有較好的穩(wěn)定性，不易剝離。因此本實(shí)驗(yàn)選擇混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C60?；炷僚浜媳群虲FRP物理性能見(jiàn)表1-3。

1.2 環(huán)境條件設(shè)置

本實(shí)驗(yàn)考察的是混凝土在凍融循環(huán)（鹽凍循環(huán)）下界面的損傷程度及外貼CFRP加固效果對(duì)界面性能的影響。因此以下實(shí)驗(yàn)分兩步走，其一是凍融循環(huán)，其二則是CFRP-混凝土單剪試驗(yàn)。

1.2.1鹽凍循環(huán)

混凝土的凍融循環(huán)試驗(yàn)按照GBJ 82-85《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》中抗凍性能試驗(yàn)的“快凍法”進(jìn)行。提前4d將試件浸泡在溫度為15-20℃，NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的鹽水中，試驗(yàn)前測(cè)試其動(dòng)彈性模量和質(zhì)量。每次凍融循環(huán)應(yīng)在2-4h內(nèi)完成，其中用于融化的時(shí)間不得少于整個(gè)凍融時(shí)間的1/4，一般每隔25次循環(huán)作1次動(dòng)彈性模量測(cè)試。在凍結(jié)和融化終了時(shí)，試件中心溫度應(yīng)分別控制在（-17±2）℃和（8±2）℃。

本試驗(yàn)由于整個(gè)項(xiàng)目系統(tǒng)性試驗(yàn)的工作量很大，而凍融循環(huán)試驗(yàn)箱容積有限，所以研究中均采用了尺寸為80mm× 80mm×190mm的試件。測(cè)定混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量和質(zhì)量損失時(shí)，考慮到多種因素組合作用下混凝土的損傷可能加劇，及界面損傷的程度，考慮鹽凍25個(gè)循環(huán)且為了精確記錄混凝土的性能變化過(guò)程，將測(cè)試間隔定為8次。

1.2.2單剪試驗(yàn)

通過(guò)1000kN拉力試驗(yàn)機(jī)開(kāi)展混凝土單剪試驗(yàn)，試驗(yàn)中以0.1mm/min位移進(jìn)行控制，應(yīng)變片以10mm為間距均勻貼到纖維布表面，連接數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行應(yīng)變采集。隨著拉力的增加，當(dāng)纖維布從混凝土表面剝離時(shí)，停止加載，觀察破壞形態(tài)，極限荷載、極限位移及各階段纖維布表面讀數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)Nacl溶液腐蝕后，CFRP片材表面發(fā)白，觸感細(xì)膩，同時(shí)有一層鹽附著在混凝土的表面。CFRP和混凝土的表面經(jīng)擦拭后，顏色依舊比對(duì)比件發(fā)白，說(shuō)明有一部分鹽已經(jīng)侵入混凝土內(nèi)部，且CFRP和膠層均受到侵蝕影響。單剪破壞后，共計(jì)有兩種破壞形態(tài)：試件沒(méi)有經(jīng)過(guò)海水腐蝕（對(duì)比試件），這種破壞形式以混凝土加載端拉下一塊三角體混凝土居多。

2.2 結(jié)果分析

可以看到：隨著凍融循環(huán)次數(shù)的提高，界面粘結(jié)性能呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，尤其到了200次凍融循環(huán)，界面能下降較快。說(shuō)明氯離子和凍融循環(huán)帶來(lái)的凍脹作用會(huì)加劇破壞界面粘結(jié)性能，這種復(fù)合荷載作用下的影響，要強(qiáng)于單一因素影響。試驗(yàn)中用質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%的氯化鈉溶液，也是基于這種濃度的凍融循環(huán)產(chǎn)生的作用最明顯，因此該濃度具有代表作用。

3 結(jié)論

1）PRC加固技術(shù)中，界面的粘結(jié)性能是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，要保證粘結(jié)實(shí)現(xiàn)，適當(dāng)可以采用端部加強(qiáng)錨固措施。

2）3.5%氯離子濃度、凍融次數(shù)200次對(duì)界面粘結(jié)性能的影響較為明顯。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 王蘇巖，李璐希，洪雷.荷載與凍融循環(huán)對(duì)CFRP-高強(qiáng)混凝土黏結(jié)性能影響[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2016（06）：479-484.