FRP布加固混凝土粘结性能研究范文

1试件概况

1.1试件设计试件的选取由《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECS146:2003(2007版)、《混凝土结构试验方法标准》[10]为依据，图1为试件尺寸、粘贴工艺示意，表1为碳纤维胶的物理性能.试验共有5组试件分组，自然状态下与干湿交替处理的试件分别为一组和四组，表3为混凝土试件的分组情况.混凝土试块干湿交替处理地点为辽宁省建筑材料监督检验院，处理天数分别为30次、60次、90次、120次.

1.2试验准备及加载装置采用高强FRP布并按生产厂家要求的步骤进行粘贴到标养后的混凝土试块上并固化一周，之后将粘贴的FRP试块置于室内自然晾干，其中混凝土试块尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm，粘贴FRP布尺寸为60mm×60mm.在混凝土试块晾干以后将粘贴的FRP布和钢块（40mm×40mm×15mm）粘贴一面用丙酮擦洗并按照生产厂家提供的特定胶工艺配制粘贴环氧树脂搅拌均匀后用漆刷均匀涂抹在FRP布表面及要粘贴的钢块上，之后立即粘贴上钢块，特别注意的是钢块与试件的表面中心要对中.试验加载装置采用沈阳建筑大学力学实验室内50kN液压万能试验机，由其提供竖向轴心力，得到试验力变形曲线，图3为试验加载装置示意.

2试验结果

2.1试验现象试验采用《混凝土结构试验方法标准》[10]和《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECS146:2003（2007版）附录A中的模具，并进行正拉试验，同时观察加载过程中试验力的变化情况（在试验中要注意选择适当的量程以及加荷速度不能太快），见图4.试块在开始施加轴向拉力时，其位移变化比较缓慢；但是随着轴向拉力的逐渐增大混凝土被拉断破坏.其破坏类型有：（1）混凝土被拉断的破坏；（2）混凝土浅层的拉断破坏；（3）混凝土在粗细骨料的界面破坏.其中少数是钢块和FRP布接触面破坏.2.2试验结果及数据分析干湿循环和室温下CFRP和GFRP片材的作用时间、粘结力、粘结强度和粘结强度的平均值情况见表4.

2.3干湿循环次数对粘结强度的影响在干湿交替循环作用下，作用时间分别为30次其混凝土粘结强度是自然条件下的89.9%，作用时间为60次是69.0%，作用时间为90次是59.5%，作用时间为120次是51.6%，见表4和图5.就混凝土试件的正拉粘结强度来说，干湿交替作用30次、60次、90次、120次的混凝土粘结强度均超过《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[11]所规定的C30混凝土抗拉强度设计值1.43MPa.说明干湿交替对混凝土试件的粘结强度有一定影响，同时干湿循环作用后的试件，它的破坏形态是由混凝土破坏变为FRP纤维布与混凝土之间复合涂层界面破坏或两种情况同时存在.由表4中平均粘结强度可知，从干湿交替30次到干湿交替60次混凝土布加固的粘结性强度由3.4MPa减少到2.61MPa，减少量为0.79MPa，再由干湿交替60次粘结强度为2.61MPa减少干湿交替90次粘结强度为2.25MPa，减少量为0.36，由干湿交替90次粘结强度为2.25MPa减少干湿交替120次粘结强度为1.95MPa，减少量为0.3MPa.说明随着干湿交替处理次数的增加，正拉粘结强度呈下降趋势，但粘结强度不会一直减少，当达到一定程度后下降过程变的很慢继而趋于稳定，采用最小二乘法对试验数据进行分析表明正拉粘结强度的衰减规律基本符合指数函数的规律。式中，n为侵蚀次数；Ru为正拉粘结强度.将计算结果与试验结果进行对比分析，公式理论计算值与试验值比值平均值为1.059，标准差为0.010，变异系数为1.044%，由此说明，由试验数据得到的FRP加固混凝土粘结强度的衰减函数与现实情况基本吻合。

2.4混凝土强度等级对粘结强度的影响图6为不同混凝土等级试件正拉粘结强度对比.不相同的混凝土等级但是干湿交替都为120次的情况下，从表4和图6中可以看出混凝土等级为C20、C30、C40平均粘结强度分别是自然条件下的43.9%、51.6%、110.1%.就混凝土试件的粘结强度来说，每一个试件都符合文献[11]所规定的C20、C30及C40混凝土抗拉强度设计值1.10MPa、1.43MPa和1.71MPa.由上述数据分析干湿交替对C20的影响较大，也就是说在干湿交替的作用下对混凝土等级低的结构影响较大.说明C40具有很高的抗拉性能更适宜干湿交替环境，很适宜中国沿海城市建筑广泛使用.2.5CFRP和GFRP对粘结强度的影响GFRP和CFRP在作用时间为120次的干湿交替环境下，从表4中可知不同纤维布其破坏转变为树脂与混凝土间复合图层界面或两种情况并存，由于玻璃纤维布的强度与抗裂强度较低所以比碳纤维布界面破坏的程度要严重，以表面粘贴少量的混凝土为体现.玻璃纤维布的粘结强度是1.82MPa，碳纤维布的粘结强度是1.95MPa，两者分别占自然条件下的48.1%、58.6%.也就是说在相同的腐蚀作用下碳纤维布的粘结强度远远大于玻璃纤维布的粘结强度，同时也说明玻璃纤维布不适宜作加固材料.而碳纤维布是绿色环保材料、适用于各种结构类型和各种结构部位的加固修补，并且碳纤维布加固技术是利用碳纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，具有强度高、重量轻、耐腐性强、不增加结构断面尺寸等特点.所以碳纤维布更适宜作加固材料，并且FRP加固技术应该在实际应用中加以推广.

3结论

通过24个FRP与混凝土正拉试件在室温、干湿交替作用的正拉粘结强度试验研究了腐蚀环境对CFRP和GFRP与混凝土试件破坏形态以及正拉粘结强度的影响，主要结论如下：（1）相同混凝土等级情况下，干湿交替早期对粘结强度的影响较大，后期影响不明显，采用最小二乘法对试验数据进行分析表明粘结强度的衰减规律基本符合指数函数.（2）干湿交替对较低混凝土等级影响较大，对较高混凝土等级影响较低.（3）CFRP的正拉粘结强度大于GFRP的粘结强度。

作者：张延年 常萍 顾亚洁 郑怡 单位：沈阳建筑大学 土木工程学院 南宁学院 土木与建筑工程学院 辽宁省建筑材料监督检验院