火災高溫后盾構隧道管片-加固體界面粘結性能試驗研究

楊 成，閆治國，朱合華

(1.同濟大學土木工程防災國家重點實驗室，上海 200092；2.同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海 200092；3.同濟大學土木工程學院地下建筑與工程系，上海 200092)

火災高溫后盾構隧道管片-加固體界面粘結性能試驗研究

楊 成1,2,3，閆治國1,2,3，朱合華1,2,3

(1.同濟大學土木工程防災國家重點實驗室，上海 200092；2.同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海 200092；3.同濟大學土木工程學院地下建筑與工程系，上海 200092)

用復合腔體加固體加固隧道結構是一種新型的加固方法，為了掌握火災高溫后復合腔體加固盾構隧道后界面的粘結性能，開展了50～400 ℃高溫處理后粘結劑力學性能試驗和混凝土立方體試件-復合腔體界面雙面剪切試驗。試驗結果表明：1) 在較低溫度條件下，溫度升高能優化粘結劑的力學性能；在較高溫度下，粘結劑的力學性能隨著溫度的升高而降低，粘結劑的力學性能在150 ℃溫度條件下最優，在超過300 ℃溫度條件下，力學性能幾乎失效。 2) 高溫后混凝土-復合腔體界面破壞形式分為A,B,C 3種類型，混凝土-復合腔體界面的剪切剛度隨著溫度的升高而降低；混凝土-復合腔體界面粘結性能的最佳工作溫度TP在50 ℃左右，完全失效溫度Tf為300～400 ℃，在較低溫度(15 ℃和50 ℃)、較高溫度(100 ℃和200 ℃)和高溫(250 ℃～Tf)條件下，影響混凝土-復合腔體界面粘結性能的主要因素分別是混凝土的剪切強度、碳纖維布-鋼管界面的粘結性能和混凝土-粘結劑界面的粘結性能。

火災高溫；盾構隧道；復合腔體；界面；粘結性能

0 引言

隨著運營時間的增長，由于惡劣的自然環境和設計施工缺陷，盾構隧道襯砌會出現各種病害，包括裂縫、混凝土剝落和滲漏水等，這些問題都將影響盾構隧道的正常使用，采用合理的加固手段對盾構隧道進行修復和加固，才能保證這些隧道的安全性和耐久性。目前，針對盾構隧道加固的方法有粘貼纖維復合材料和鋼環加固法。復合腔體構件是由鋼管、砂漿和高強纖維復合層等材料組成的新型復合材料。將復合腔體用研制調配的粘結劑加固隧道結構是一種新型的加固方法，該種加固方法具有輕質、快速、高強、安全和耐久等特點。為了研究這種新型方法加固后盾構隧道結構的抗火性能，開展了火災高溫后盾構隧道管片-復合腔體加固體界面粘結性能試驗研究。

國內外學者對粘貼纖維復合材料和粘貼鋼板加固混凝土梁、板、柱的抗火性能[1-5]進行了研究，但是關于隧道結構加固后的抗火性能研究較少。目前，關于不同溫度下混凝土-加固體界面粘結性能的研究大多以面內剪切試驗為主要研究形式，主要包括高溫下混凝土-鋼板[6-7]和混凝土-纖維復合材[8-9]界面粘結性能研究，得出了加固界面粘結強度隨溫度變化的規律或趨勢以及加固界面在不同溫度下的破壞形式。針對盾構隧道結構特點，用混凝土立方體試件粘貼復合腔體加固件模擬盾構隧道管片復合腔體加固。在不同溫度處理后進行混凝土-復合腔體加固體界面雙面剪切試驗，研究火災高溫后盾構隧道管片-復合腔體界面加固體粘結性能的變化規律，不僅對復合腔體加固盾構隧道管片后盾構隧道結構防火性能的研究意義重大，而且對于復合腔體加固法在實際工程中的應用具有重要的指導意義。

1 高溫后粘結劑力學性能試驗

復合腔體通過粘結劑粘貼加固混凝土立方體試件。粘結劑的力學性能是影響混凝土-復合腔體界面粘結性能的重要因素，所以開展高溫后粘結劑力學性能試驗對研究高溫后混凝土-復合腔體界面的粘結性能具有重要意義。

1.1 高溫后粘結劑拉伸剪切強度試驗

試驗參考標準GB/T 7124—2008《膠結劑-拉伸剪切強度的測定(剛性材料對剛性材料)》[10]，在2塊鋼板的剪切區域用粘結劑將其對接，具體尺寸如圖1所示。粘結劑完全固化后，將試件分別在50，100，150，200，250，300，400 ℃溫度下恒溫90 min。試件完全冷卻后，置于拉力試驗機上進行拉伸試驗(見圖2)。

1.1.1 試驗現象

在加熱恒溫過程中，當溫度超過200 ℃時，鋼板表面顏色變黑；當溫度超過250 ℃時，有煙氣從烤箱排氣口排出，這說明粘結劑開始受熱揮發；當溫度超過300 ℃時，粘結劑已經和鋼板脫落，粘結性能完全喪失；當溫度超過400 ℃時，粘結劑完全碳化成“龜裂”狀。拉伸破壞后，剪切區域粘結劑的破壞呈現2種破壞模式：沿粘結劑中部剪切破壞和沿鋼板面剪切破壞。較高溫度(200 ℃和250 ℃)處理過的試件的破壞模式主要是沿鋼板面剪切破壞，這可能是較高溫度降低了鋼板和粘結劑之間的粘結性能。

1—粘結劑；2—剪切區域；3—夾持區域。

圖1拉伸剪切試驗試件尺寸示意圖(單位：mm)

Fig.1 Dimensions of specimen of tensile-shear strength test (mm)

圖2 拉伸剪切試驗加載裝置

1.1.2 試驗結果及分析

如表1所示，粘結劑的拉伸剪切強度隨著溫度的升高呈現先增大后減小的規律，常溫(15 ℃)條件下，剪切強度最低，為3.57 MPa；150 ℃條件下強度最高，為19.78 MPa。試件的變形量隨著溫度的升高也呈現先增大后減小的情況，100 ℃條件下，變形量最大，為3.51 mm；常溫(15 ℃)條件下，變形量最小，為1.22 mm。為了研究粘結劑的抗剪切變形能力，考慮到每個試件的剪切面積相等，定義τ/u為類似剪切剛度，隨著溫度的升高，類似剪切剛度先增大后減小，常溫(15 ℃)條件下最低，為2.93 MPa/mm；150 ℃條件下最高，為8.46 MPa/mm。粘結劑的拉伸剪切性能隨著溫度的升高整體呈現先增強后弱化的變化規律，150 ℃條件下拉伸剪切性能最優，原因可能是較低溫度下，粘結劑受熱能優化其本身的拉伸剪切性能；溫度升高到一定值時，高溫固化的固化物影響了粘結劑的拉伸剪切性能；當溫度超過300 ℃時，高溫使粘結劑與鋼板的粘結性能喪失，粘結劑受熱碳化，完全失去抗剪切能力。

表1高溫后粘結劑拉伸剪切強度試驗結果
Table 1 Results of test on tensile-shear strength of binder after exposure to high temperature

溫度/℃平均剪切強度τ/MPa平均變形量μ/mmτ/μ/(MPa/mm)153．571．222．93507．482．053．6410010．663．513．0415019．782．348．462008．481．974．3125012．231．846．66300粘結劑與鋼板脫落400粘結劑完全碳化

1.2 高溫后粘結劑拉伸試驗

試驗參考標準GB 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》[11]。粘結劑固化成型后從模具中取出，呈“啞鈴狀”。將試件分別在50，100，150，200，250，300，400 ℃溫度下恒溫90 min。試件完全冷卻后，置于拉力試驗機上進行拉伸試驗，試件尺寸如圖3所示。

1—夾持區域；2—試驗區域。

圖3粘結劑拉伸試驗試件尺寸示意圖(單位：mm)

Fig.3 Dimensions of specimen of binder tensile strength test (mm)

1.2.1 試驗現象

在加熱恒溫過程中，當溫度超過200 ℃時，試件表面顏色開始泛黃甚至變黑，有煙氣從烤箱排氣口排出，表明粘結劑開始受熱揮發，試件從烤箱中取出時，明顯變軟，原因是粘結劑受熱軟化；當溫度超過250 ℃時，試件完全冷卻后，“啞鈴狀”試件頭部發生明顯變形；當溫度超過300 ℃時，試件完全碳化。試件拉伸破壞模式主要以“啞鈴”中部平行斷裂為主，端口較為平整，少量的試件“啞鈴”中部斷裂的裂口呈約45°角傾斜斷裂；相同溫度條件下，“啞鈴”中部平行斷裂的拉伸強度大于傾斜斷裂；當溫度超過250 ℃時，試件的“啞鈴”頭部被夾具夾壞或頭部附近被拉壞，原因是試件受熱冷卻后“啞鈴”頭部及其附近發生明顯變形，如圖4所示。

圖4 高溫(250 ℃)前后試件對比Fig.4 Test specimens before and after exposure to high temperature (250 ℃)

1.2.2 試驗結果及分析

如表2所示，粘結劑的拉伸強度隨著溫度的升高呈現先增大后減小的規律，高溫(250 ℃)條件下，抗拉強度最低，為2.68 MPa；150 ℃條件下強度最高，為25.40 MPa。試件的變形量隨著溫度的升高而減小，常溫(15 ℃)條件下，變形量最大，為22.81 mm；250 ℃條件下，變形量最小，為2.73 mm。為了研究粘結劑的抗拉伸變形能力，考慮到每個試件的拉伸截面的面積相等，定義σ/μ為類似抗拉剛度，隨著溫度的升高，類似抗拉剛度先增大后減小，常溫(15 ℃)條件下最低，為0.30 MPa/mm；150 ℃條件下最高，為5.62 MPa/min。

表2高溫后粘結劑拉伸強度試驗結果
Table 2 Results of test on tensile strength of binder after exposure to high temperature

溫度/℃平均剪切強度σ/MPa平均變形量μ/mmσ/μ/(MPa/mm)156．9522．810．30509．4826．750．3610013．7611．271．2215025．404．525．6220015．953．234．932502．682．730．98300試件嚴重碳化400試件完全碳化

粘結劑的拉伸性能隨著溫度的升高整體呈現先增強后弱化的變化規律，150 ℃條件下拉伸性能最優，原因可能是較低溫度下，粘結劑受熱能優化其本身的拉伸性能；溫度升高到一定值時，高溫固化的固化物影響了粘結劑的拉伸性能；當溫度超過200 ℃時，高溫使粘結劑軟化，冷卻后降低了其拉伸強度；當溫度超過250 ℃時，高溫使粘結劑明顯軟化，冷卻后試件發生明顯變形，嚴重影響了拉伸試驗的進行，破壞模式也不同于較低溫度時，“啞鈴”頭部及其附近夾壞或拉壞，從而導致最大破壞荷載急劇下降。當溫度超過300 ℃時，試件的碳化已經不能進行拉伸試驗。

綜合粘結劑的拉伸剪切強度試驗和拉伸試驗的試驗現象及結果，溫度對粘結劑的力學性能的影響顯著。當溫度超過200 ℃時，粘結劑開始受熱軟化及揮發；300 ℃以上的高溫條件下，粘結劑的力學性能基本喪失；在較低溫度條件下，溫度升高能優化粘結劑的力學性能；在較高溫度下，粘結劑的力學性能隨著溫度的升高而降低，原因可能是粘結劑受熱發生了不可逆轉的反應，其內部結構發生了變化，影響了其材料的力學性能，溫度超過300 ℃時，其力學性能顯著降低，甚至喪失。綜合高溫后粘結劑拉伸剪切試驗和拉伸試驗結果，粘結劑在150 ℃條件下的力學性能最優。

2 高溫后混凝土-復合腔體界面粘結性能試驗

2.1 試驗概況

2.1.1 試驗材料

采用C50混凝土立方體試塊模擬盾構隧道管片，混凝土立方體試塊的制作嚴格按照混凝土試塊制作及養護管理規定執行。復合腔體加固體是一種預制構件，采用并列的小鋼管作為腔體本體，腔體內部由砂漿填充，在腔體本體外，采用表面處理、真空加壓和高溫固化等現代航空復合材料制造工藝，包裹樹脂和高強纖維復合層。混凝土試塊經過打磨后，通過粘結劑與復合腔體粘結成整體，如圖5所示。試驗材料的相關參數如表3所示。

2.1.2 試驗設備及加載方式

待粘結劑完全固化后，將試件整體置于烤箱內，分別在50，100，200，250，300 ℃的溫度條件下恒溫加熱90 min，然后使其降溫自然冷卻。加載前，在復合腔體兩側各粘貼1個大剛度的角鐵，用來量測位移。試驗采用的加載設備是伺服萬能試驗機。在加載臺上放置2塊鋼墊塊，將混凝土試件的底面架設在墊塊上方；在兩側角鐵處各安裝1個位移計測量位移，進行雙面剪切試驗，如圖6所示。

為了得到不同荷載條件混凝土-復合腔體界面的剪切位移，試驗采用分級加載，每級荷載為3 kN，加載速率為3 kN/min，每級荷載恒載1 min，具體的加載方式見圖7。

圖5 雙面粘貼混凝土試塊后的復合腔體

表3試驗材料參數表
Table 3 Parameters of testing materials mm

材料長度寬度厚度混凝土試塊100100100復合腔體16010040粘結劑粘結面積為100mm×100mm，厚度為5mm

圖6 雙面剪切試驗加載裝置Fig.6 Loading equipment of two-sided shearing bonding strength test

圖7 分級加載示意圖

2.2 試驗現象及結果分析

2.2.1 試驗現象

在恒溫加熱過程中，當溫度超過200 ℃時，粘結劑開始揮發，與粘結劑拉伸剪切試驗和拉伸試驗的試驗現象相符；溫度超過250 ℃時，復合腔體表面的碳纖維布與鋼管之間開裂，表明其粘結性能開始失效；在300 ℃的高溫條件下，粘結界面的暴露面泛黃發黑，碳化現象不明顯，原因是粘結界面較大，直接受熱面積小，混凝土試件和復合腔體傳熱較慢，粘結劑內部溫度較爐膛溫度低所致；溫度超過400 ℃時，恒溫過程中，有大量煙氣從爐膛排氣孔流出，爐膛底部有液態水流出，原因是高溫使粘結劑揮發，使混凝土試塊脫水所致；加熱完成后，混凝土試塊與復合腔體完全脫落，粘結劑嚴重碳化成“龜裂”狀，碳纖維布和鋼管之間幾乎完全開裂，碳纖維布也發生了較為明顯的碳化現象，如圖8所示。

圖8 400 ℃高溫處理后的試件

試件的破壞形式也不盡相同，總的來說可以分為3種類型。A型破壞為混凝土試件表層混凝土隨著粘結劑發生剝離破壞；B型破壞為復合腔體表面碳纖維布和鋼管之間發生嚴重開裂破壞；C型破壞為復合腔體表面碳纖維布和鋼管開裂后，沿混凝土和粘結劑界面發生剝離破壞。A型破壞主要發生在較低溫度(15 ℃和50 ℃)條件下，破壞幾乎沒有先兆，屬于脆性破壞(見圖9(a))；B型破壞主要發生在較高溫度(100 ℃和200 ℃)，隨著荷載的增加，復合腔體表面的碳纖維布與鋼管開裂，裂縫寬度和長度隨著荷載的增大而增大，直至最后產生較大的錯動位移最終破壞(見圖9(b))；當溫度超過250 ℃時，主要發生C型破壞，原因是加熱冷卻后復合腔體表面碳纖維布和鋼管已經裂開，加載時，裂縫寬度和長度隨著荷載的增大而增大，但在發生較大錯動位移之前，混凝土和粘結劑界面發生脆性破壞(見圖9(c))。

2.2.2 試驗結果

1)荷載-位移變化規律。如圖10所示，各溫度條件下，混凝土-復合腔體界面的位移隨著荷載的增加而增大；在較低溫度(15 ℃和100 ℃)條件下，界面位移隨著荷載增加幾乎呈線性增長。在50 ℃條件下，當荷載達到15 kN后，荷載突降至12.5 kN且位移突增至0.48 mm，原因是荷載達到15 kN時，一側的混凝土-粘結劑界面出現了裂縫，從而導致荷載驟降而位移突增的現象。在較高溫度(200 ℃和250 ℃)下，當荷載小于10 kN時，界面位移隨著荷載增加幾乎呈線性增長；荷載繼續增大時，均出現了荷載幾乎不變而位移顯著增加的情況，原因是較高溫度條件下，復合腔體表面的碳纖維布與鋼管之間加熱后已經開裂，隨著荷載增加，裂縫寬度出現了突然增大，碳纖維布開始承受荷載，從而導致荷載幾乎不變而位移顯著增加。在溫度為300 ℃條件下，位移隨著荷載增加幾乎呈線性增長，原因可能是高溫條件下，混凝土-粘結劑界面的粘結性能顯著下降，在碳纖維布受力前，混凝土-粘結劑界面已經達到最大承載力從而發生破壞。

(a)A型破壞模式

(b)B型破壞模式

(c)C型破壞模式

隨著溫度的升高，荷載-位移曲線的斜率隨之下降，這說明混凝土-復合腔體界面的剪切剛度幾乎隨著溫度的增加(300 ℃除外)而降低，常溫條件下界面的剪切剛度最大，250 ℃條件界面的剪切剛度最小。

綜上所述，在較低溫度(15，50，100 ℃)條件下，混凝土-復合腔體界面位移隨著荷載的增加幾乎呈線性增長；在較高溫度(200 ℃和250 ℃)條件下，荷載較小時，混凝土-復合腔體界面位移隨著荷載的增加幾乎呈線性增長，當荷載繼續增加時，復合腔體表面的碳纖維布與鋼管之間的裂縫會出現突然增大導致荷載幾乎不變而位移顯著增加的現象；高溫條件(300 ℃)下，混凝土-粘結劑界面的粘結性能顯著下降，在較低荷載條件下發生破壞，隨著溫度的升高，混凝土-復合腔體界面的剪切剛度幾乎隨著溫度的增加而降低。

圖10 荷載-位移變化圖

2)溫度-破壞荷載變化規律。如圖11所示，混凝土-復合腔體界面的破壞荷載隨著溫度升高呈現先增加后減小的規律。在溫度為50 ℃條件下，破壞荷載最大，達到了42 kN；在溫度為300 ℃條件下，破壞荷載最小，為8.73 kN；其他溫度條件下，破壞荷載為20～30 kN；當溫度超過250 ℃時，破壞荷載急劇減小。由此可見，溫度的變化能顯著影響混凝土-復合腔體界面粘結性能，混凝土-復合腔體界面粘結性能存在最佳工作溫度Tp和完全失效溫度Tf，Tp約50 ℃，而Tf為300～400 ℃。當溫度T≤Tp時，混凝土-復合腔體界面的粘結性能隨著溫度升高而增強；當溫度Tp

圖11 溫度-破壞荷載變化圖

3)溫度-最大位移變化規律。如圖12所示，各溫度條件下，混凝土-復合腔體界面的最大位移比較獨立，與溫度沒有形成顯著的變化規律。在250 ℃條件下，最大位移最大，達到了2.19 mm；在常溫條件下，最大位移最小，為0.31 mm。與其他溫度條件相比，250 ℃條件下混凝土-復合腔體界面的破壞荷載不低但是剪切剛度最小，而常溫條件下混凝土-復合腔體界面的破壞荷載較高且剪切剛度最大。

圖12 溫度-最大位移變化圖

2.3 混凝土-復合腔體界面粘結性能影響因素分析

綜合上述混凝土-復合腔體界面的破壞形式、荷載-位移變化規律等，影響混凝土-復合腔體界面粘結性能的因素主要包括混凝土試塊的剪切強度τc、混凝土-粘結劑界面的剪切強度τc-b、粘結劑自身的剪切強度τb、碳纖維布-粘結劑界面的剪切強度τf-b和碳纖維布-鋼管界面的剪切強度τf-s。τc，τc-b，τb，τf-b，τf-s的大小都隨著溫度變化。顯然，當T≥Tf時，混凝土-復合腔體界面粘結性能失效。

在較低溫度(15 ℃和50 ℃)條件下，主要發生A型破壞，混凝土試件表層混凝土隨著粘結劑發生剝離破壞，表明該條件下，τc，τc-b，τb，τf-b和τf-s中τc最小，混凝土-復合腔體界面的粘結強度取決于τc的大小，混凝土的剪切強度是影響混凝土-復合腔體界面粘結性能的主要因素。

在較高溫度(100 ℃和200 ℃)條件下，主要發生B型破壞，復合腔體表面碳纖維布和鋼管之間發生嚴重開裂破壞，表明該條件下，τc，τc-b，τb，τf-b和τf-s中τf-s最小，混凝土-復合腔體界面的粘結強度取決于τf-s的大小，碳纖維布-鋼管界面的粘結性能是影響混凝土-復合腔體界面粘結性能的主要因素。

在高溫(250 ℃～Tf)條件下，主要發生C型破壞，復合腔體表面碳纖維布和鋼管開裂后，沿混凝土和粘結劑界面發生剝離破壞，表明該條件下，τc，τc-b，τb，τf-b和τf-s中τc-b最小，混凝土-復合腔體界面的粘結強度取決于τc-b和τf-s的大小，碳纖維布-鋼管界面的粘結性能和混凝土-粘結劑界面的粘結性能都是影響混凝土-復合腔體界面粘結性能的主要因素，混凝土-粘結劑界面的粘結性能的影響更為顯著。

盾構隧道正常運營時，隧道內部處于較低溫度條件下，此時盾構隧道管片-復合腔體界面發生剪切破壞時，破壞類型為A型，管片混凝土的力學性能是影響盾構隧道管片-復合腔體界面粘性性能的主要因素，所以，提高盾構隧道管片的力學性能將增強盾構隧道管片-復合腔體界面粘性性能，可以采用鋼纖維混凝土增強管片的抗裂性能和抗剪強度[12]。

而隧道發生火災時，溫度達1 000 ℃以上，混凝土-復合腔體界面粘結性能將完全失效，此時復合腔體加固效果幾乎喪失，隧道結構將處于不安全的狀態，在復合腔體表面將錨栓打入盾構隧道管片內部將顯著增強火災高溫條件下隧道管片-復合腔體界面的抗剪性能，提高盾構隧道結構的安全性。

3 結論與建議

基于火災高溫后盾構隧道管片-加固體界面粘結性能試驗研究，得到如下結論和建議：

1)高溫后粘結劑力學性能試驗表明：當溫度超過200 ℃時，粘結劑開始受熱軟化及揮發；300 ℃以上的高溫條件下，粘結劑的力學性能基本喪失；在較低溫度條件下，溫度升高能優化粘結劑的力學性能；在較高溫度下，粘結劑的力學性能隨著溫度的升高而降低。粘結劑在150 ℃條件下的自身力學性能最優。

2)溫度的變化能顯著影響混凝土-復合腔體界面粘結性能；混凝土-復合腔體界面的剪切剛度幾乎隨著溫度的增加而降低；混凝土-復合腔體界面粘結性能隨著溫度升高呈現先增強后降低的規律，其粘結性能存在最佳工作溫度Tp和完全失效溫度Tf，Tp約50 ℃，而Tf為300～400 ℃。在較低溫度(15 ℃和50 ℃)、較高溫度(100 ℃和200 ℃)、高溫(250 ℃～Tf)條件下，影響混凝土-復合腔體界面粘結性能的主要因素分別為混凝土的剪切強度、碳纖維布-鋼管界面的粘結性能和混凝土-粘結劑界面的粘結性能，對應的破壞形式分別為A,B,C型破壞。

3)通過對高溫后隧道-復合腔體界面粘結性能試驗研究，可以為復合腔體加固盾構隧道在實際工程中的應用提供一定的指導思路。正常運營條件下，加固后的管片粘結性能主要取決于管片自身的強度，可以采用鋼纖維混凝土管片等方法增強盾構隧道管片-復合腔體界面粘性性能；而隧道發生火災后，粘結劑會失效，可以采用錨栓連接復合腔體和盾構隧道管片的方法提高火災高溫條件下隧道的結構安全。

4)為了得到盾構隧道管片-加固體的高溫力學性能，在本文的基礎上，可以進一步開展1∶1的盾構隧道管片試驗研究，得到火災高溫下盾構隧道管片-加固體高溫力學性能，從理論、試驗和數值多方面進行研究，為復合腔體加固盾構隧道的實踐提供更加科學的理論依據。

[1]Burke P J,Bisby L A,Green M F.Effects of elevated temperature on near surface mounted and externally bonded FRP strengthening systems for concrete[J].Cement and Concrete Composites,2013,35(1):190-199.

[2]Bisby L A,Chen J F,Li S Q,et al.Strengthening fire-damaged concrete by confinement with fibre-reinforced polymer wraps[J].Engineering Structures,2011,33(12):3381-3391.

[3]Terrasi G P,Stutz A,Barbezat M,et al.Fire behaviour of CFRP prestressed high strength concrete slabs[M]//Advances in FRP Composites in Civil Engineering.Springer Berlin Heidelberg,2011:423-427.

[4]Al-Salloum Y A,Elsanadedy H M,Abadel A A.Behavior of FRP-confined concrete after high temperature exposure[J].Construction and Building Materials,2011,25(2):838-850.

[5]Naser M Z,Hawileh R A,Rasheed H A.Performance of RC T-Beams externally strengthened with CFRP laminates under elevated temperatures[J].Journal of Structural Fire Engineering,2014,5(1):1-24.

[6]陳建穩,董亞楠,司維,等.高溫對混凝土粘鋼界面剪切性能的影響[J].徐州建筑職業技術學院學報,2008,8(4):12-15.(CHEN Jianwen,DONG Yanan,SI Wei,et al.Effect of high temperatures on shear behavior of concrete bonded steel interface[J].Journal of Xuzhou Institute of Architectural Technology,2008,8(4):12-15.(in Chinese))

[7]袁廣林,陳建穩,賈玉琴,等.受火后混凝土粘鋼界面的剪切性能研究[J].中國礦業大學學報,2010,39(3):307-312.(YUAN Guanglin,CHEN Jianwen,JIA Yuqin,et al.Shear behavior at the interface between concrete and steel plate exposed to fire[J].Journal of China University of Mining &Technology,2010,39(3):307-312.(in Chinese))

[8]徐明,姜巖寧,陳忠范.碳纖維加固鋼筋混凝土板耐火性能試驗研究[J].防災減災工程學報,2013(3):323-328.(XU Ming,JIANG Yanning,CHEN Zhongfan.Experimental study on reinforced concrete slabsstrengthened with CFRP in fire[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2013(3):323-328.(in Chinese))

[9]徐明,肖德后,陳忠范.碳纖維加固鋼筋混凝土柱耐火性能試驗研究[J].防災減災工程學報,2013(4):369-375.(XU Ming，XIAO Dehou，CHEN Zhongfan.Experimental study on the fire resistance of rc columns strengthened with CFRP sheets[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2013(4):369-375.(in Chinese))

[10]中國石油和化學工業協會.GB/T 7124—2008膠結劑-拉伸剪切強度的測定(剛性材料對剛性材料)[S].北京：中國標準出版社，2008.

[11]中國石油和化學工業協會.GB528—2009硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定[S].北京：中國標準出版社，2009.

[12]Zhiguo YAN,Hehua ZHU,J Woody Ju.Behavior of reinforced concrete and steel fiber reinforced concrete shield TBM tunnel linings exposed to high temperatures[J].Construction and Building Materials,2013(38):610-618.

ExperimentalStudyonShearPropertiesofInterfacebetweenSegmentofShieldTunnelandNewCompositeStructureafterExposuretoHighTemperature

YANG Cheng1,2,3,YAN Zhiguo1,2,3,ZHU Hehua1,2,3

(1.StateKeyLaboratoryofDisasterReductioninCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.KeyLaboratoryofGeotechnicalandUndergroundEngineeringoftheMinistryofEducation,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;3.DepartmentofGeotechnicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Applying new composite to reinforce the segments of shield tunnel is a new reinforcement method.This paper focuses on the mechanical behavior of the binder and the shear properties of the interface between C50 concrete cube and the new composite structure after exposure to high temperature (50～400 ℃).The experiment results indicate that：1) The mechanical behavior of the binder improves in relatively low temperature condition,however,the mechanical behavior of the binder reduces in relatively high temperature condition when the temperature increases;The optimum temperature of the binder is 150 ℃;The binder completely fails after exposure to a temperature over 300 ℃;2) The failure of the interface between the C50 concrete cube and the new composite structure can be divided into 3 types;The optimum temperatureTpof the interface is about 50 ℃ and the failure temperatureTfis between 300 ℃ and 400 ℃;The shearing stiffness of the interface reduces when the temperature increases;Major factors affecting the shear properties of the interface after exposure to relatively low temperature(15,50 ℃),relatively high temperature(100,200 ℃)and high temperature (250 ℃～Tf) include the shear strength of the concrete,the bond property between the CFRP and the steel tube,and the bond property between the binder and the concrete.

high temperature (fire);shield tunnel;new composite structure;interface;shear properties

2014-04-21;

2014-06-01

國家重點基礎研究發展計劃資助(2011CB013800)；上海市科技重點支撐項目(13231200400)

楊成(1988—)，男，湖南衡陽人，同濟大學隧道與地下建筑工程專業在讀碩士研究生，主要從事隧道結構防火和地下空間防災減災等研究。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.07.008

U 455

A

1672-741X(2014)07-0642-07