HFRP与混凝土湿法黏结有效黏结长度分析

张亚坤，侯黎黎

（1.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004；2.小流域水利河南省高校工程技术研究中心，河南 开封 475004）

HFRP与混凝土湿法黏结有效黏结长度分析

张亚坤1，2，侯黎黎1，2

（1.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004；2.小流域水利河南省高校工程技术研究中心，河南 开封 475004）

通过开展20组60个HFRP片材与混凝土试件的双面剪切试验，研究了HFRP片材与混凝土湿法黏结有效黏结长度的影响因素，得出：HFRP片材的刚度是影响其黏结长度的主要因素，有效黏结长度与混凝土强度、纤维的掺入、黏结宽度关系不大。HFRP与混凝土湿法黏结的有效黏结长度大约为113mm。

HFRP；F/C复合结构；湿法黏结；有效黏结长度；混凝土强度

0 引言

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer／Plastic，简称FRP）是由纤维材料与基体材料（树脂）按一定的比例混合后形成的高性能材料。FRP自20世纪中期问世以来，由于具有较高的强度、刚度、耐腐蚀性和较强的可设计性等优点，被广泛应用在航空航天、汽车工业等领域。目前，FRP在土木工程补强加固中也得到了广泛的应用。20世纪90年代，美国学者霍尔和莫特兰姆提出了FRP／混凝土复合结构（简称F／C复合结构），指出F／C复合结构代表着未来复合结构的发展方向之一［1］。

混杂纤维增强复合材料 （Hybrid Fiber Reinforced Polymer／Plastic，简称HFRP）是由两种或两种以上纤维增强同一种树脂基体的复合材料，其不仅综合性能优于单一纤维复合材料，也降低了成本，已经成功应用在航空、航天、船舶、汽车工业等领域。F／C复合结构功能发挥的关键取决于HFRP与混凝土的黏结性能。HFRP片材与现浇混凝土间的黏结过程是有水参与的，这种黏结方式称为湿黏［2～3］。在混凝土加固中，HFRP与混凝土之间的有效黏结长度是施工的重要依据。因此，研究湿黏法的有效黏结长度就具有十分重要的理论和现实意义。笔者通过20组60个HFRP片材与混凝土试件的双面剪切试验，探讨了湿法黏结有效黏结长度的影响因素。

1 试验设计

1.1 试件设计

目前，由于国内尚没有基于FRP-混凝土湿法黏结试件的制作标准与试验方法，本试验参照干法黏结试验方法，并参考相关研究资料中试件制作和试验方法进行［4～9］。

试验水泥选用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，细骨料选用级配良好的中沙，粗骨料选用直径为5～20mm连续级配的碎石。按照试验配合比制作立方体抗压强度试件，其形状及尺寸如图1所示。

图1 试件形状及尺寸设计示意图Fig.1 Specimen shape and size design

2.4 HFRP片材混杂比及片材刚度对有效黏结长度的影响

假设2台机组正在运行，系统负荷变小时，冷冻供水泵将减小所供应的水量，机组感应到水量变小，即反映到机组的负荷相应减小，当2台机组的负荷达到或者小于1台机组的总负荷时，控制系统启动减机延时，延时一段时间后关掉其中一台机组，使另一台机组在高负荷状况下能够同时满足系统负荷的要求。

由图3可以看出，黏结宽度为50mm、75mm、100mm时，有效黏结长度分别为122.19mm、111.45 mm、121.50mm，有效黏结长度没有随黏结宽度变化而变化的趋势。这说明，黏结宽度的变化对有效黏结长度没有影响。

由表1可知，湿法黏结的有效黏结长度在93.45～122.69mm之间。C30试件湿法黏结的有效黏结长度平均值为113.3mm。

1.2 试验方法

2.3 高温高湿胁迫对青菜叶绿素含量的影响 高温高湿胁迫下，青菜的叶绿素含量变化总体呈降低趋势。由图1可知，处理前结球生菜、日本全能大叶菠菜和香港速生大叶菠菜、矮箕苏州青和东方18青梗菜在3种不同类别的青菜中绿色素含量较高。但热害湿害胁迫对美国四季油麦菜、日本全能大叶菠菜和香港速生大叶菠菜、东方18青梗菜的影响显著低于其他品种。

HFRP片材与混凝土间的黏结剪切试验是在300 kN万能试验机上进行双面拉剪试验。试验荷载通过剪强测试仪施加。为保证两侧HFRP片材受力均匀，夹具与试验机之间采用球铰连接。试验主要测试HFRP与混凝土黏结试件在拉伸荷载作用下的荷载、HFRP片材沿轴向的应力分布以及黏结破坏特征。

为了研究HFRP与混凝土间的黏结应力沿加载方向的分布情况，在HFRP片材表面沿轴向粘贴5～9个电阻应变片，其具体数量根据HFRP与混凝土的黏结长度大小而定。黏结长度为100 mm、150mm、200mm、250mm的混凝土试件，分别粘贴5、6、8、9个电阻应变片，各个应变片等距离分布。每组测试3个试件，取破坏荷载的平均值作为最终结果。

1996年，为了加强五棵松学区教学管理工作，五棵松学区准备从基层选调一位干部。经过多方考虑，学区领导一致认为我是最佳人选。得知消息，我并没有像他人想象中的那般兴奋，甚至有点失落，因为我热爱自己现在的这份工作。所以，当时学区的王书记几次找我谈话，我都婉言谢绝，最后五棵松学区给太平路小学下了“死命令”，我才最终接受了组织的安排。

2 有效黏结长度的影响因素

由于没有公认的计算有效黏结长度的界定，本试验考虑在峰值荷载条件下，以最大黏结应力值的5%为黏结应力的有效传递。即，通过实际得到的HFRP轴向应变峰值和峰值应变的5%之间的距离。通过粘贴在HFRP片材上的一系列实测应变值，内插得到HFRP有效黏结长度，结果如表1所示。

将制作好的HFRP片材在室内环境下固化一周后，按要求裁剪。在试件混凝土浇筑之前，按照设计要求，将中心带圆孔的对中木板放于100mm×100 mm×400mm的钢制试模两端，再将两块木板放在试模两侧，以控制试件长度为300mm。最后，将加载用的钢筋内置于试模内。为了使荷载保持轴向拉伸状态，应尽量使钢筋位置做到物理对中。试件标准养护28 d后取出，用砂纸磨去两侧面的浮灰，并用丙酮擦拭干净，然后粘贴HFRP片材。制作完成并固化7 d后，再用丙酮擦拭HFRP片材上对应区域所贴应变片，然后进行相关试验。

2.1 混凝土强度对有效黏结长度的影响

黏结宽度不变，黏结长度为100mm、200mm，强度等级分别为22.9MPa、32.4MPa、39.9MPa、50.4 MPa的混凝土对有效黏结长度的影响如图2所示。

你好！老师很欣慰你是一个“明白”的孩子，你认识到了自己为何要与父母疏远，只要不是故意和家人作对，青春期的情绪变化父母一定可以理解。在这里老师想告诉你两个字：“感恩”，在认识到自己已经成长，也许不需要父母的提点和帮助时，学会让“感恩”相伴，你的敌对情绪就会弱化很多。实际上，也许你真的已经成熟很多，但在生活中，我们不只需要父母的提点，更需要父母的爱。等你的“敌对”情绪逐渐消退以后，你会发现来自父母内心深处的关怀，我想到那时，你才是真正地长大了！

在混凝土强度等级为C30，黏结长度为200mm时，不同黏结宽度对有效黏结长度的影响情况如图3所示。

图2 混凝土强度对有效粘结长度的影响Fig.2 Influence of concrete strength to effective bond length

2.2 黏结宽度对有效粘结长度的影响

从图2可以看出，HFRP与混凝土的黏结长度为100mm时，混凝土强度对有效黏结长度没有影响。HFRP与混凝土的黏结长度为200mm时，随着混凝土强度的增长，有效黏结长度有下降的趋势，但不明显。所以，湿法黏结的有效黏结长度与混凝土强度等级没有明显的相关性。这与文献［4］的干法黏结剪切试验结果较为一致。

图3 粘结宽度对有效黏结长度的影响Fig.3 Influence of bond width to effective bond length

目前翻译行业面临的难题是数量与日俱增,质量却难以保障,这就要求业内人士严格执行质量标准,提升翻译整体质量。通过对中美翻译质量要求和项目流程的相关标准文件进行解读分析,可以看出美国质量控制在发挥项目经理的有效沟通作用、充分利用各类质量控制工具、独立的翻译行业第三方审核机制方面值得中国借鉴。

2.3 纤维的加入对有效粘结长度的影响

所有患者术前均行多次胸部DR检查，再行胸部螺旋CT扫描，CT图像采用肺窗、纵隔窗、薄层骨窗、MPR重建和VR成像处理。

为了分析混凝土中掺加纤维对有效黏结长度的影响，设计试件混凝土强度等级为C30，纤维为聚丙烯纤维，掺量为900 g／m3，黏结面积为200mm×50 mm。试验结果如图4所示。由图4可以看出，素混凝土有效粘结长度为122.19mm，纤维混凝土有效黏结长度为115.08mm，减小5.8%。这表明，掺加纤维对HFRP与混凝土的有效黏结长度有一定影响，但影响幅度较小。

妇科手术鉴于盆腔与腹腔脏器的密切关系及麻醉时对患者的安全考虑，患者在手术前1～2 d常规要进行胃肠道准备。然而，在工作中发现，术前胃肠道准备的好坏在一定程度上会影响患者手术及术后的康复。如果肠道准备充分，可减少术中肠胀气，利于手术野的暴露，避免术中手术污染，在妇癌手术中，尤其是卵巢癌细胞减灭术中，胃肠道损伤明显增多［1］。因此，肠道准备的效果对手术的顺利进行和术后患者的恢复具有影响。为此，我们通过对术前3种不同方法的肠道准备进行临床对比研究，寻找出一种最佳的肠道准备方法，以指导临床工作。

图4 纤维混凝土对有效黏结长度的影响Fig.4 Influence of fiber reinforced concrete to effective bond length

试件设计中，CFRP／GFRP的混杂比例为1∶3，HFRP片材的黏结长度分别为100 mm、150 mm、200 mm、250mm，HFRP片材设计黏结宽度分别为50mm、75mm、100mm。

本试验试件所用混凝土为聚丙烯纤维混凝土，强度为50.5MPa，纤维掺量为900g／m3，黏结面积为200mm×50mm。HFRP片材混杂比C200／G430分别为1∶2、1∶3、1∶4时，8个测点测得HFRP片材各种物理性能如表2所示。

表2 HFRP片材截面刚度实测值Tab.2 HFRP sheet cross-section stiffness measurement results

根据表2数据，绘制出HFRP片材刚度变化对有效黏结长度的影响关系图，如图5所示。

2.2.2 结构设计不科学。在根部加工的过程中由于切削量过大，导致气缸套的根部受到较大的剪切力而出现裂纹。如果清根不彻底，尺寸误差较大，余量过大，导致气缸套无法安装到底。

图5 刚度变化应变对有效黏结长度的影响Fig.5 Influence of stiffness change strain to effective bond length

从图5可以看出，CFRP用量一定（1层）时，随着GFRP用量的逐渐增多 （分别由CF30L200W 50-12试件的2层、CF30L200W 50-13试件的3层增至CF30L200W50-14的4层）和截面刚度的逐渐增大（由37.65×10-3N·m2、84.35×10-3N·m2增至174.48× 10-3N·m2），有效黏结长度逐渐提高（由104.14mm、115.08mm增至115.97mm），增长11.4%。这表明，HFRP片材刚度可提高湿黏法的有效黏结长度。

2.5 干／湿法方法对有效黏结长度的影响

公认的干法黏结有效黏结长度约为100mm［4］。本试验在平行于黏结界面方向上施加拉（剪）力，主要考察有效黏结长度及其与混凝土强度的关系。4种强度（22.9MPa、32.4MPa、39.9MPa、50.4MPa）试件的黏结面积均为200mm×50mm。将干黏法的有效黏结长度相关数据与湿黏法的有效黏结长度数据进行比较，绘制相同混凝土强度等级下干黏法与湿黏法的有效黏结长度对比关系图，如图6所示［4］。

图6 干黏剪切试件粘结应变沿粘结长度分布Fig.6 Dry adhesive shear specimen bond strain of bond length distribution

由图6可以看出，4种强度试件的有效黏结长度在98.63～111.21mm之间，平均值为106.68mm。干黏法的有效黏结长度随混凝土强度增长略有变化，增长不明显。这表明，湿黏法、干黏法的有效黏结长度与混凝土强度没有明显相关性［5］。湿黏法的有效黏结长度为113.3mm，比湿黏法、干黏法的有效黏结长度略长。

3 结语

通过分析不同因素对HFRP与混凝土湿法黏结有效长度的影响，得到如下结论：（1）湿黏法的黏结长度与混凝土强度等级没有明显的相关性。（2）湿黏法黏结宽度的变化不影响有效黏结长度。（3）混凝土中掺加纤维对湿黏法的有效黏结长度有一定影响，但影响幅度较小。（4）在CFRP用量一定的情况下，随着GFRP用量的逐渐增多和截面刚度的逐渐增大，有效黏结长度逐渐提高。这表明，HFRP片材刚度可提高湿黏的有效黏结长度。（5）湿黏法的有效黏结长度约为113.3mm，比干黏法有效黏结长度略长。

［1］Hall，J.E.and Mottram，J.T.（1998）.Combined GFRP Reinforcement and Permanent Formwork for Concrete members”，J.of Composites for Construction，2（2）.

［2］Yixin Shao，Zhishen Wu and Haidong Zhu.“FRPCONCRETE Composite beams using Wet-bond Technology”.2005.

［3］朱海堂，高丹盈，田小岩，等.HFRP与现浇混凝土黏结应力分布试验研究［J］.工业建筑，2007（增刊）：311-314.

［4］杨勇新，岳清瑞，胡云昌.碳纤维布与混凝土黏结性能的试验研究［J］.建筑结构学报，2001，22（3）：36-42.

［5］袁晓露，周明凯，李北星.FRP复合材料与混凝土界面黏结耐久性能研究［J］.人民长江，2008，39（14）：77-79.

［6］肖建庄，于海生.纤维布与混凝土间的黏结耐久性试验研究［J］.同济大学学报：自然科学版，2005，33（3）：291-296.

［7］郭樟根，孙伟民，阂珍.FRP与混凝土界面黏结性能的试验研究［J］.南京工业大学学报，2006，28（6）：37-42.

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［9］田小岩.HFRP及其与现浇混凝土黏结力学性能研究［D］.郑州：郑州大学，2006.

[责任编辑 杨明庆]

TU375

B

10.13681／j.cnki.cn41-1282／tv.2016.04.007

2016-06-16

张亚坤（1983-），男，河南宝丰人，讲师，硕士，主要从事水工新材料及其结构性能方面的教学与研究工作。