盐冻对预应力CFRP—混凝土加固梁界面性能的影响

李贺 马超

摘 要：通过36个预应力CFRP加固梁的单剪试验，考察冻融循环次数对加固梁界面粘结性能的影响。试验结果表明：3.5%氯离子浓度、冻融次数200次对界面粘结性能的影响较为明显，在寒冷地区，道路覆盖除冰盐的地域，预应力CFRP-钢筋混凝土梁的初始预应力不宜过大，并加强端部锚固措施。

关键词：界面；初始预应力；混凝土梁

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。本文通过对预制36根80×80×190（mm3）矩形截面PRC梁，考察冻融循环次数对受腐蚀后的PRC梁界面粘结应力的影响。

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。混凝土配合比和CFRP物理性能见表1-3。

1.2 环境条件设置

本实验考察的是混凝土在冻融循环（盐冻循环）下界面的损伤程度及外贴CFRP加固效果对界面性能的影响。因此以下实验分两步走，其一是冻融循环，其二则是CFRP-混凝土单剪试验。

1.2.1盐冻循环

混凝土的冻融循环试验按照GBJ 82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中抗冻性能试验的“快冻法”进行。提前4d将试件浸泡在温度为15-20℃，NaCl质量分数为3.5%的盐水中，试验前测试其动弹性模量和质量。每次冻融循环应在2-4h内完成，其中用于融化的时间不得少于整个冻融时间的1/4，一般每隔25次循环作1次动弹性模量测试。在冻结和融化终了时，试件中心温度应分别控制在（-17±2）℃和（8±2）℃。

本试验由于整个项目系统性试验的工作量很大，而冻融循环试验箱容积有限，所以研究中均采用了尺寸为80mm× 80mm×190mm的试件。测定混凝土的相对动弹性模量和质量损失时，考虑到多种因素组合作用下混凝土的损伤可能加剧，及界面损伤的程度，考虑盐冻25个循环且为了精确记录混凝土的性能变化过程，将测试间隔定为8次。

1.2.2单剪试验

通过1000kN拉力试验机开展混凝土单剪试验，试验中以0.1mm/min位移进行控制，应变片以10mm为间距均匀贴到纤维布表面，连接数据采集仪进行应变采集。随着拉力的增加，当纤维布从混凝土表面剥离时，停止加载，观察破坏形态，极限荷载、极限位移及各阶段纤维布表面读数。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

经过Nacl溶液腐蚀后，CFRP片材表面发白，触感细腻，同时有一层盐附着在混凝土的表面。CFRP和混凝土的表面经擦拭后，颜色依旧比对比件发白，说明有一部分盐已经侵入混凝土内部，且CFRP和胶层均受到侵蚀影响。单剪破坏后，共计有两种破坏形态：试件没有经过海水腐蚀（对比试件），这种破坏形式以混凝土加载端拉下一块三角体混凝土居多。

2.2 结果分析

可以看到：随着冻融循环次数的提高，界面粘结性能呈现逐渐下降的趋势，尤其到了200次冻融循环，界面能下降较快。说明氯离子和冻融循环带来的冻胀作用会加剧破坏界面粘结性能，这种复合荷载作用下的影响，要强于单一因素影响。试验中用质量分数3.5%的氯化钠溶液，也是基于这种浓度的冻融循环产生的作用最明显，因此该浓度具有代表作用。

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）3.5%氯离子浓度、冻融次数200次对界面粘结性能的影响较为明显。

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.環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.