界面处理对恶劣环境下CFRP-加固混凝土梁性能研究

第１８卷第６期　辽宁省交通高等专科学校学报　２　０　１　６年１　２月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＡＯＮＩＮＧ　ＰＲＯＶＩＮＣＩＡＬ　ＣＯＬＬＥＧＥ　ＯＦ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　ＶＯ１．１８　ＮＯ．６　

Ｄｅｃ．　２　０　１　６　

文章编号：１００８—３８１２（２０１６）０６—００４—０４　

界面处理对恶劣环境下ＣＦＲＰ一加固混凝土粱陛能研究　王先伟　（辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳　１　１０１２２）　

摘要　以钢筋混凝土梁强度等级、界面处理方式、侵蚀环境为参数，利用６组实验梁进行三　点弯曲试验来研究恶劣环境下界面处理对粘结性能的影响。实验结果表明：凿毛梁的抗弯承载力较　砂轮打磨粱的承载力大，经过环境劣化后的混凝土梁，极限弯矩都有大幅折减，Ｃ５０较Ｃ３０减小幅　度小ｌ２％，以Ｃ５０钢筋混凝土梁为例，在氯盐环境中浸泡７ｄ、１４ｄ、２１ｄ、２８ｄ，极限抗弯分别降低　４％、６％、７．５％、１２％。凿毛后的ＣＦＲＰ加固梁，虽然粘结性能增强。但是由于ＣＦＲＰ受拉过程中会　产生应力集中，导致ＣＦＲＰ过早被拉断，工程中建议增加黏结面粗糙度，以提高梁的极限弯矩。　关键词钢筋混凝土梁；ＣＦＲＰ；界面；极限弯矩；凿毛　中图分类号：ＴＵ３７５．１　文献标识码：Ａ　

碳纤维增强复合材料简称ＣＦＲＰ，成本低廉，　加固效果好，不影响净空，加固效果美观，尤其　加固技术成熟，易于掌握。ＣＦＲＰ由于其优越加　固性能，近年已经成为加固土木工程结构体首选　材料。对于交通土建桥梁工程来说，加固的关键　工序在于外贴ＣＦＲＰ布与主梁粘结性能的好坏，　这是直接影响着待加固混凝土梁的抗弯性能的关　键因素之一　一些学者对ＣＦＲＰ抗弯加固进行了深入的研　究。尤其界面处理中，作为一个重要环节进行对　比试验，其中界面处理包括以下四种方法：①角　磨机打磨处理凸起点，这种方法认为对改善界面　粘结强度作用不大，且由于打磨过程，会对混凝　土表面留下微小裂缝，这种裂缝的存在，是粘结　失效的根源。②机械喷砂处理方法．这种方法认　为对界面粘结有效。③高压水枪喷射法。这种方　法认为界面处理程度要好于角磨机打磨法，也有　人提出疑问，水枪喷射的压力处理，是一个关键　的因素。④手工凿毛处理方法．这种方法多用于　多层ＣＦＲＰ复合锚固技术中，效果良好。目前，　对于多层ＣＦＲＰ加固混凝土梁．手工凿毛处理。　根据工程师施工经验主观量刻界面粗糙度．有效　提高界面粘结能力。进而能显著提高加固梁抗弯　承载力的方法。对于恶劣环境中已经裂化的主　梁，学者研究较少，罕为见到冻融环境下、海洋　环境并存下的ＣＦＲＰ抗弯加固研究。因此本文通　过设计一组抗弯加固实验梁，来反映上述复合环　境下ＣＦＲＰ对界面粘结性能的影响。　１实验设计　设计６组Ｃ３０、Ｃ４０、Ｃ５０对比实验梁，　梁的尺寸为１５０×１５０ｘ２０００ｍｍ　．混凝土配比　见表１　表１混凝土强度配合比（Ｋｇ／ｍ３）　

１．１界面处理方法　（１）角磨机打磨。将要外贴的ＣＦＲＰ布粘贴　到角磨机处理的界面上，用环氧树脂浸润粘结，　界面处理成露出些许粗骨料为止。　（２）凿毛。用刚刷在脱模ｌｄ后的混凝土试　件表面刷出３ｍｍ～１０ｍｍ不等的粗糙面．而后放　人标准养护环境２８ｄ后，外贴ＣＦＲＰ布进行后续　试验　

收稿日期：２０１６—０８—２６　作者简介：王先伟（１９７６一），男，吉林榆树人，高级工程师、讲师。研究方向：道路桥梁及隧道检测。　

・４・　第６期　王先伟：界面处理对恶劣环境下ＣＦＲＰ一加固混凝土梁性能研究　１．２环境设计　（１）冻融环境。将９条Ｃ３０、Ｃ４０、Ｃ５０试　验梁放到风动冻融箱中混凝土的冻融循环试验按　照ＧＢ／Ｔ　５００８２—２００９《普通混凝土长期性能和耐　久性能试验方法标准》中抗冻性能试验的　陕冻　法”进行。盐冻溶液取用３％ＮａＣ１溶液，每次冻　融循环控制为４ｈ，一般每隔２５次循环作１次动　弹性模量测试，根据质量下降为原质量９５％终止　冻融循环。　（２）海洋环境。将９条Ｃ３０、Ｃ４０、Ｃ５０试　验梁放人人工水槽中，根据实验室环境，人工配　置溶液浓度为１０．０９％的饱和ＮａＣ１水溶液．试验　龄期为１个月，每隔１周填入适量ＮａＣ１晶体，　使得试件一直处于饱和溶液中。　本试验先经历氯盐浸泡，而后进行冻融实　验。　１－３实验描述　混凝土的设计强度等级为Ｃ３０、Ｃ４０、Ｃ５０，　实测混凝土立方体抗压强度为４１．３ＭＰａ．　５２．７ＭＰａ，６６．３ＭＰａ，纵向受力钢筋为ＨＲＢ３３５．　屈服强度为３６０ＭＰａ，箍筋为ＨＰＢ２３５，间距为　１５０ｍｍ，ＣＦＲＰ布为南京海拓有限公司生产的纤　维布，实测抗拉强度为３３５３ＭＰａ，弹性模量为　２２６ＧＰａ，计算厚度为０．１６９ｍｍ．实验梁采用三点　弯曲加载方式，在５００ｔ伺服式压力机上进行加　载．实验装置如图１所示，试验梁加固参数如表　２所示　表２梁加固参数　

注：Ａ一３＿Ｊ，表示Ａ组（Ｃ３０）实验梁３根，并且　截面处理是角磨机处理，Ａ一３一ｚ，表示Ａ组（Ｃ３０）实　验梁３根，并且截面处理是人工凿毛处理：其他梁编号以　此类推。　

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图１加同梁配筋图　２实验结果与分析　２．１　实验结果　Ａ、Ｂ、ｃ三组梁都是在跨中ＣＦＲＰ拉断后钢　筋混凝土梁才逐渐开始破坏。随着荷载的增加，　会听到胶体砰砰的开裂声，但是由于ＣＦＲＰ的约　束作用，梁体整体开裂不明显，只是跨中有微小　裂缝缓慢开展。当荷载继续增加至裸梁极限荷载　的１４０％，跨中挠度急速增加，ＣＦＲＰ绷断，混凝　土开裂加速，最后弯曲破坏。经过环境劣化的试　件，胶体开裂的较早．胶体和ＣＦＲＰ中间出现空　洞，随着荷载的增加，空洞越来越大，到荷载增　加至裸梁极限荷载的８ｏ％Ｈ￣，ＣＦＲＰ绷断．混凝　土开裂。　２．２结果分析　（１）界面处理方式对极限弯矩的影响。　凿毛处理后的钢筋混凝土梁极限弯矩比角磨　机处理的梁体大．从本试验来看，增加约１５％左　右。且凿毛后梁体破坏持续的试件长，这是因为　界面粗糙处理后，粘结应力增加，极限弯矩增　加。　（２）混凝土强度等级对极限弯矩的影响。　从９根加同对比梁可以看到。随着钢筋混凝　土梁等级提高，Ｃ５０、Ｃ４０界面破坏时间较Ｃ３０　梁分别延长２００％、３７５％，极限弯矩分别增加　３３％，１７％。　（３）环境情况对极限弯矩的影响。　经过环境劣化的梁体，极限弯矩照比对比梁　都有较大程度的降低，以３００次冻融循环龄期和　１个月氯盐浸泡的加同梁为例，梁体极限弯矩分　别下降７８％和６％，说明冻融循环对界面的损伤　要远大于氯盐浸泡．反映ＣＦＲＰ在寒冷地区加同　有其不利性，在沿海地带加固则效果较好。　３结论　（１）凿毛梁的抗弯承载力较砂轮打磨梁的承　

．５・　

豆　《　辽宁省交通高等专科学校学报　２０１６正　载力大。　（２）经过环境裂化后的混凝土梁，在抗弯加　固中，极限弯矩都有大幅折减。Ｃ５０较Ｃ３０减小　幅度小１２％，以Ｃ５０钢筋混凝土梁为例，在氯盐　环境中浸泡７ｄ、１４ｄ、２１ｄ、２８ｄ，极限抗弯分别　降低４％、６％、７．５％、１２％。　（３）凿毛后的ＣＦＲＰ加固梁，虽然粘结性能　增强．但是由于ＣＦＲＰ受拉过程中会产生应力集　中，导致ＣＦＲＰ过早被拉断。　（４）界面粗糙度的处理对界面性能影响很　大，建议ＣＦＲＰ一加固混凝土工程中．对界面凿毛　处理，加强锚固段的施工质量．对粘结效果会有　大幅度提升　

参考文献　『１１李伟文，严志良，曹征良，等．混凝土粗糙度对ＣＦＲＰ与混　凝土粘结性的影响［Ｊ］．深圳大学学报（理工版），２００７　（０１）：１３－１７．　『２］董海，何化南，吴志敏，等．界面处理对ＦＲＰ加固钢筋混凝　土梁承载力的影响［Ｊ］．建筑科学与工程学报，２０１１（０２）：　７５－７８．　［３］邓军，黄培彦．ＣＦＲＰ板与钢梁粘结剥离破坏的试验研究　［Ｊ］．建筑结构学报，２００７（０５）：１２４—１２９．　［４］张爱晖，李贵炳，金伟良．预载水平及剪／弯承载力比对剥离　破坏的影响［Ｊ］．建筑结构学报，２００７（Ｓ１）：２１３—２１８．　『５］卢亦焱，周婷．碳纤维布与钢板复合加固梁剥离破坏研究　［Ｊ］．应用力学学报，２００６（０２）：２８４—２８８．　『６］彭东平，胡克旭．ＦＲＰ加固ＲＣ梁中部裂缝剥离破坏抗弯承　载力简化计算方法［Ｊ］．结构工程师，２０１ｌ（０２）：１４５—　１４９　

Ｔｈｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｗｉｔｈ　ＣＦＲＰ・Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｂｅａｍｓ　ｕｎｄｅｒ　Ｂａｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　

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