UHPC-NC界面斜剪力学特性试验研究*

2021-10-23宋恒祥江星宏吴尚东

工程技术研究 2021年15期

宋恒祥，李科，江星宏，吴尚东

1.重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074

2.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067

超高性能混凝土（UHPC）因具有超高强度、超高韧性、高耐久性及微裂缝强愈合能力等优良特性，被广泛应用于混凝土修复领域。与传统混凝土加固相比，UHPC特性使其在加固应用中可采用薄层进行加固，不仅可以显著提高结构的承载能力，还可以有效解决传统混凝土易开裂、延性小等问题，迎合了经济社会发展带来的交通量增长的需求。

复合结构由于存在界面效应而在结构承载时会成为薄弱区域，故保障UHPC与既有衬砌结构之间的良好黏合性对于应用UHPC具有至关重要的作用。为提高超高性能混凝土（UHPC）与普通混凝土（NC）的黏结强度，一些学者在黏结面处理方面做了不少研究工作，得到了许多提高黏结强度的处理方式，但现有研究多集中于界面粗糙度、界面黏结剂及基底混凝土强度等方面，对于界面角度对黏结强度的影响的理论研究还较少。文章通过黏结斜剪试验，研究不同界面角度对复合试件界面黏结强度的影响，为采用超高性能混凝土（UHPC）加固隧道衬砌结构的工程应用提供理论依据。

1 试验概况

1.1 试验材料及配合比

超高性能混凝土（UHPC）主要由预混料、钢纤维、外加剂及水组成，配合比如表1所示。普通混凝土（NC）采用工程常规材料，配合比如表2所示。

表1 超高性能混凝土（UHPC）配合比单位：g

表2 普通混凝土（NC）配合比单位：g

1.2 试件设计

开展斜剪试验研究不同界面角度对UHPC-NC试件的黏结性能。界面倾斜角度分为0°、15°、30°和45°，分别用“0”“15”“30”“45”表示；同组试件用序号“1”“2”“3”进行编号，试验设计方案及试件编号如表3所示。

表3 斜剪试验方案设计及试件编号

1.3 试件制备

试件制作依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2016）规定进行，试件尺寸取规格为100mm×100mm×300mm的棱柱体试件。先浇筑普通混凝土，标准养护28d，后浇筑超高性能混凝土（UHPC），标准养护28d。界面处理采用凿毛处理与环氧树脂界面剂结合的方式，复合试件凿毛处理实物图如图1所示。

图1 复合试件凿毛处理实物图

1.4 材性试验

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2016）对同批次混凝土进行材性试验，试件尺寸均为100mm×100mm×100mm，标准养护28d。计算得出UHPC与NC立方体抗压强度分别为136.4MPa、65.16MPa。

2 试验方案

2.1 加载方案

压力机采用微机控制电液伺服试验机加载，加载过程应连续均匀，直至试件破坏。试验加荷速度采用0.5MPa/s。沿界面长度布置两个位移计，以监测界面滑移状况；在超高性能混凝土（UHPC）和普通混凝土（NC）侧边分别黏贴应变片，以观测材料各自力学性能。试件加载现场图如图2所示。

图2 试件加载现场图

2.2 黏结强度计算方法

采用名义黏结强度衡量UHPC-NC试件压坏的斜剪强度，计算公式如下：

式中：fn为斜剪强度，MPa；P为破坏荷载，N；A为黏结面积，mm2。

3 试验结果分析

3.1 黏结强度结果分析

不同界面下的复合试件极限斜剪强度汇总表如表4所示。C类失效模式为普通混凝土达到极限抗压强度而被压坏所致，随着荷载的增加，普通混凝土逐渐出现小掉块飞溅或角部脱落，当达到极限荷载时，普通混凝土侧出现大部分脱落，直至黏结界面，超高性能混凝土（UHPC）侧边未出现掉块、飞溅等现象。S类失效模式为复合试件达到极限剪切强度，而沿着黏结界面滑移破坏，超高性能混凝土（UHPC）与普通混凝土（NC）均未出现掉块、飞溅及混凝土层剥落现象，当黏结界面达到极限剪切强度时，复合试件沿着界面角度发生剪切滑移破坏，属于脆性破坏。失效模式图如图3所示。

表4 不同界面下的复合试件极限斜剪强度汇总表

图3 失效模式图

3.2 应变特性分析

不同界面角度下的极限压应变汇总表如表5所示。由表5可知，NU-0组试件的普通混凝土压应变达到了其极限压应变，但UHPC侧的极限压应变仅为普通混凝土侧的62.85%，NU-15组试件UHPC侧与NC侧峰值压应变约为普通混凝土试件的60%，NU-30组与NU-45组试件峰值压应变变化更小，不足普通混凝土试件的30%，混凝土还未充分发挥其形变性能。