温度效应对预应力CFRP—混凝土加固梁界面性能的影响

马超 田静

摘 要：通过36个预应力CFRP加固梁的单剪试验，考察温度效应对加固梁界面粘结性能的影响。试验结果发现：5℃、15℃、25℃、35℃对界面粘结应力的影响为先增大后降低，分界点在25℃。表明界面粘结树脂受温度影响敏感，在5℃-25℃范围内，粘结树脂固化，界面粘结应力增大，温度高于25℃时，粘结树脂内部分子形态破坏，粘结性能降低，进而影响界面粘结性能。

关键词：界面；混凝土梁；温度

自从上个世纪90年代，FRP技术作为土木工程结构加固新型外贴材料后，我国及各国学者对其加固性能进行了广泛而深入的研究，不仅完成了大量的工业建筑、民用建筑和桥梁混凝土结构的加固工程，而且还编制了《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》及国家建设部颁发的《结构加固修复用碳纤维片材》[ 1-3 ]。20年后过去了，FRP技术似乎到了一个瓶颈，那就是加固效果很好，但是FRP加固性能没有得到很好体现，以FRP加固钢筋混凝土梁为例，具体表现在FRP往往只达到极限性能的20%左右，FRP便从加固梁上剥离，因此预应力FRP加固钢筋混凝土梁（以下简称PRC梁）便是非预应力技术受限后的一个革新技术，很多学者对其进行广泛的研究。美国“9.11”事件爆发后，多国学者便致力于温度效应对CFRP-混凝土梁界面性能影响的研究，因此，本文给定温度梯度，考察温度效应对PRC梁界面性能的影响。

1 试验过程

1.1 试验材料

由于PRC梁具有初始预应力，因此对于加固梁来说，较高的混凝土强度等级，在FRC受力过程中，界面具有较好的稳定性，不易剥离。因此本实验选择混凝土的强度等级为C60，混凝土配合比见表1，纤维布、粘结树脂的物理指标见表2-3。

1.2 参数设置

采用自拌混凝土浇筑试件，浇水养护7d，通过预应力张拉设备将纤维布粘贴到混凝土表面，接着放到养护室养护28d后进行升温试验，初始温度定5摄氏度，温度每升高10℃后保持恒温30min。

1.3 试件设计

预制36根80×80×190（mm3）矩形截面梁，标准养护28d后，磨去粘贴面浮浆，将纤维布裁剪成60×60×170（mm3）的窄带，按照CECS-146（2007）《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》将纤维布按照初始预应力粘贴到打磨面上，形成单剪试件。纤维布布置原则：第1、2个应变片距加载端5mm，后每隔10mm粘贴一个应变片，同时在距离加载端50mm处（悬空段）粘贴一个应变片，用于测量非粘结段CFRP布的应变。

1.4 试验方法

采用1000kN的電液伺服材料试验机，以0.1mm/min的位移控制加载，数据采集主要有3种形式：

1）通过50kN的荷载传感器进行荷载测量；

2）通过夹式引伸仪测量混凝土与CFRP相对滑移；

3）通过粘贴在CFRP片上的应变片对纤维布进行测量。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

温度从5℃到35℃的提升中，PRC梁表观无任何变化，将试件放置到加载机上进行加载，发现随着荷载的提高，温度效应凸显，具体表现为温度对界面粘结应力的影响为先增大后降低，分界点在25℃。到达极限荷载后，PRC梁发出几声砰砰的巨大响声，而后纤维布从加固梁上剥离下来，25℃、35℃下混凝土界面的破坏特征较5℃-25℃明显，表现为粘结树脂厚度较大，带下的混凝土层较薄。

2.2 结果分析

随着温度的升高，界面粘结性能呈现先升高后降低的趋势，分界点在25℃。这是因为粘结树脂受温度影响较为敏感，25℃以下，树脂固结迅速，胶结CFRP和混凝土層，整体刚度形成，而温度高于25℃以后，粘结树脂分子链破坏，抗剪性能降低，在荷载作用下，纤维布和混凝土表层链接性能不好，随着荷载的增加，进而发生纤维布剥离。

3 结论

1）PRC加固技术中，界面的粘结性能是一项关键技术，要保证粘结实现，适当可以采用端部加强锚固措施。

2）界面粘结树脂受温度影响敏感，在5℃-25℃范围内，粘结树脂固化，界面粘结应力增大，温度高于25℃时，粘结树脂内部分子形态破坏，粘结性能降低，进而影响界面粘结性能。

参考文献：

[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.环境与荷载共同作用下FRP加固混凝土耐久性[D].大连.大连理工大学，2009.

[3] 王苏岩，李璐希，洪雷.荷载与冻融循环对CFRP-高强混凝土黏结性能影响[J].建筑材料学报，2016（06）：479-484.