CFRP-混凝土試塊界面粘結耐久性研究

羅涵欣 趙科學 于 碩

（河南大學土木建筑學院，河南開封475004）

近來來，沿海城市的跨海大橋、海底隧道等海洋建筑工程有了快速發(fā)展。但是，由于港口設施長期在海水作用下其耐久性逐漸降低，受腐蝕情況嚴重，因此，對在海洋環(huán)境下建筑物的加固措施已成為當代工程領域比較熱門的研究。

碳纖維增強塑性復合材料（Carbon Fiber Reinforced polymer，簡稱CFRP）是一種新型的、抗拉性能好、耐腐蝕的新型材料，適用于對海洋環(huán)境下建筑物的加固。隨著CFRP應用越來越廣泛，對其耐久性的研究也成為工程界研究的一個熱點。但是，隨著海水腐蝕時間的加長，其耐久性也會降低，特別是在CFRP與混凝土粘結處的界面處受到的影響更大。因此，本文通過CFRP片材與混凝土試塊粘結，并在人工海水中浸泡，為減少浸泡時間，通過文獻建議采用五倍海水濃度，將浸泡后的試件進行雙剪試驗，研究在海水腐蝕下CFRP片材與混凝土界面的破壞形式及破壞過程，并分析其界面粘結性能的耐久性的影響。

一、試驗內容

1、試驗目的

通過CFRP片材與混凝土試塊之間的單側固定雙剪試驗，深入研究在五倍海水濃度溶液中，不同齡期下CFRP片材與混凝土之間界面的粘結性能，分析剝離破壞機理。

2、試驗方法

單側固定雙剪試驗，對照試驗。

3、測定指標

極限承載力，應變片應變。

二、試驗操作

1、試驗器材及物品

液壓千斤頂、壓力傳感器、CFRP片材、應變片、應變儀、環(huán)氧樹脂、固化劑、五倍海水濃度溶液、級配良好的砂和石、普通硅酸鹽水泥、混凝土攪拌機、角磨機、刷子、卷尺。

2、試驗步驟

⑴試塊制作：采用C:W:S:G=1:0.6:1.71:3.33的配合比澆筑強度等級為C30混凝土試塊42塊，尺寸為100mm×100mm×100mm,在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28天后，取其中兩塊測定抗壓強度。

⑵表面找平：使用角磨機對需要粘貼CFRP片材的兩個側面打磨處理，直至露出骨料，后用刷子去除表面浮渣并進行找平。

⑶粘結CFRP片材：按照1:1比例調配環(huán)氧樹脂和固化劑，在試塊兩個側面均勻涂抹并粘結CFRP片材，粘結在試塊上的長度寬度都為8mm，且兩個試塊間的距離可放下液壓千斤頂，除去氣泡后再在CFRP片材表面涂抹。

⑷人工海水浸泡：粘貼完成的試件經養(yǎng)護一周后，對其進行編號并放入人工配置的五倍海水濃度溶液中，同時，對應每組設置正常情況下（不浸泡）對照試件，記錄浸泡時間，分別取時間為0d、30d、60d、90d、120d 試件各三組進行試驗。

表1 人工配置海水成分濃度

⑸粘貼應變片：將試件放置在涂抹一定量的潤滑油地面上，固定其中一個試塊上的CFRP片材，在另一個試塊兩端CFRP片材上粘貼應變片，間距控制為20mm,并把應變片連接到應變儀并測試。

⑹加載試驗：把千斤頂放在預設好的CFRP片材與混凝土試塊中間，調整千斤頂至剛接觸但無力的作用狀態(tài)下。緩慢壓動千斤頂，分級施加荷載，每級荷載設置為0.5KN，當CFRP片材與混凝土試塊之間出現(xiàn)裂縫位移，停止加載。

⑺收集應變片所測數據，測定壓力傳感器讀數。整理數據進行分析。

三、結論與展望

1、結論

⑴與對照試驗相比，浸泡組界面極限承載力均有所降低，說明海水會削弱CFRP與混凝土的界面粘結強度。

⑵當浸泡時間較短時，由于混凝土試塊強度有所提高和CFRP片材對海水的隔離作用，界面極限承載力較0d有所上升，但隨著浸泡時間的增加，界面承載力又有所降低。

⑶當荷載較小時，剪應力主要集中在加載端附近，隨著荷載不斷增加，剪應力開始向自由端逐漸傳遞。但始終集中在一定長度范圍內。證實了有效粘結強度的說法。

2、創(chuàng)新點

⑴采用了自主設計的單側固定雙剪試驗,兩個試塊通過CFRP片材連接成一個試件，固定其中一個試塊，觀察CFRP片材與另一試塊界面粘結性能。

⑵采用五倍海水濃度溶液，能加快界面腐蝕速率，縮短試驗周期。

⑶設置對照試驗直觀反映海水腐蝕對界面性能的影響，浸泡齡期設置三組試件，避免了試驗的偶然性。

3、展望

鑒于時間與試驗地點的限制，本文只是初步得到了海水腐蝕對CFRP片材與混凝土粘結性能的影響。CFRP片材與混凝土粘結性能的研究是比較復雜的，其粘結角度與粘結長度都有可能影響實驗結果。海洋工程在實際海水中浸泡，不定因素的影響相對實驗室內的環(huán)境更大。