溫度效應對預應力CFRP—混凝土加固梁界面性能的影響

馬超 田靜

摘 要：通過36個預應力CFRP加固梁的單剪試驗，考察溫度效應對加固梁界面粘結性能的影響。試驗結果發現：5℃、15℃、25℃、35℃對界面粘結應力的影響為先增大后降低，分界點在25℃。表明界面粘結樹脂受溫度影響敏感，在5℃-25℃范圍內，粘結樹脂固化，界面粘結應力增大，溫度高于25℃時，粘結樹脂內部分子形態破壞，粘結性能降低，進而影響界面粘結性能。

關鍵詞：界面；混凝土梁；溫度

自從上個世紀90年代，FRP技術作為土木工程結構加固新型外貼材料后，我國及各國學者對其加固性能進行了廣泛而深入的研究，不僅完成了大量的工業建筑、民用建筑和橋梁混凝土結構的加固工程，而且還編制了《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》及國家建設部頒發的《結構加固修復用碳纖維片材》[ 1-3 ]。20年后過去了，FRP技術似乎到了一個瓶頸，那就是加固效果很好，但是FRP加固性能沒有得到很好體現，以FRP加固鋼筋混凝土梁為例，具體表現在FRP往往只達到極限性能的20%左右，FRP便從加固梁上剝離，因此預應力FRP加固鋼筋混凝土梁（以下簡稱PRC梁）便是非預應力技術受限后的一個革新技術，很多學者對其進行廣泛的研究。美國“9.11”事件爆發后，多國學者便致力于溫度效應對CFRP-混凝土梁界面性能影響的研究，因此，本文給定溫度梯度，考察溫度效應對PRC梁界面性能的影響。

1 試驗過程

1.1 試驗材料

由于PRC梁具有初始預應力，因此對于加固梁來說，較高的混凝土強度等級，在FRC受力過程中，界面具有較好的穩定性，不易剝離。因此本實驗選擇混凝土的強度等級為C60，混凝土配合比見表1，纖維布、粘結樹脂的物理指標見表2-3。

1.2 參數設置

采用自拌混凝土澆筑試件，澆水養護7d，通過預應力張拉設備將纖維布粘貼到混凝土表面，接著放到養護室養護28d后進行升溫試驗，初始溫度定5攝氏度，溫度每升高10℃后保持恒溫30min。

1.3 試件設計

預制36根80×80×190（mm3）矩形截面梁，標準養護28d后，磨去粘貼面浮漿，將纖維布裁剪成60×60×170（mm3）的窄帶，按照CECS-146（2007）《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》將纖維布按照初始預應力粘貼到打磨面上，形成單剪試件。纖維布布置原則：第1、2個應變片距加載端5mm，后每隔10mm粘貼一個應變片，同時在距離加載端50mm處（懸空段）粘貼一個應變片，用于測量非粘結段CFRP布的應變。

1.4 試驗方法

采用1000kN的電液伺服材料試驗機，以0.1mm/min的位移控制加載，數據采集主要有3種形式：

1）通過50kN的荷載傳感器進行荷載測量；

2）通過夾式引伸儀測量混凝土與CFRP相對滑移；

3）通過粘貼在CFRP片上的應變片對纖維布進行測量。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗結果

溫度從5℃到35℃的提升中，PRC梁表觀無任何變化，將試件放置到加載機上進行加載，發現隨著荷載的提高，溫度效應凸顯，具體表現為溫度對界面粘結應力的影響為先增大后降低，分界點在25℃。到達極限荷載后，PRC梁發出幾聲砰砰的巨大響聲，而后纖維布從加固梁上剝離下來，25℃、35℃下混凝土界面的破壞特征較5℃-25℃明顯，表現為粘結樹脂厚度較大，帶下的混凝土層較薄。

2.2 結果分析

隨著溫度的升高，界面粘結性能呈現先升高后降低的趨勢，分界點在25℃。這是因為粘結樹脂受溫度影響較為敏感，25℃以下，樹脂固結迅速，膠結CFRP和混凝土層，整體剛度形成，而溫度高于25℃以后，粘結樹脂分子鏈破壞，抗剪性能降低，在荷載作用下，纖維布和混凝土表層鏈接性能不好，隨著荷載的增加，進而發生纖維布剝離。

3 結論

1）PRC加固技術中，界面的粘結性能是一項關鍵技術，要保證粘結實現，適當可以采用端部加強錨固措施。

2）界面粘結樹脂受溫度影響敏感，在5℃-25℃范圍內，粘結樹脂固化，界面粘結應力增大，溫度高于25℃時，粘結樹脂內部分子形態破壞，粘結性能降低，進而影響界面粘結性能。

參考文獻：

[1] ALI-AHMAD M， SUBRAMANIAM K， GHOSN M. Experimental investigation and fracture analysis of debonding between concrete and FRP sheets[J]. J EngG Mech， 2006， 132：914-923.

[2] 李杉.環境與荷載共同作用下FRP加固混凝土耐久性[D].大連.大連理工大學，2009.

[3] 王蘇巖，李璐希，洪雷.荷載與凍融循環對CFRP-高強混凝土黏結性能影響[J].建筑材料學報，2016（06）：479-484.