CFRP-混凝土试块界面粘结耐久性研究

罗涵欣 赵科学 于 硕

（河南大学土木建筑学院，河南开封475004）

近来来，沿海城市的跨海大桥、海底隧道等海洋建筑工程有了快速发展。但是，由于港口设施长期在海水作用下其耐久性逐渐降低，受腐蚀情况严重，因此，对在海洋环境下建筑物的加固措施已成为当代工程领域比较热门的研究。

碳纤维增强塑性复合材料（Carbon Fiber Reinforced polymer，简称CFRP）是一种新型的、抗拉性能好、耐腐蚀的新型材料，适用于对海洋环境下建筑物的加固。随着CFRP应用越来越广泛，对其耐久性的研究也成为工程界研究的一个热点。但是，随着海水腐蚀时间的加长，其耐久性也会降低，特别是在CFRP与混凝土粘结处的界面处受到的影响更大。因此，本文通过CFRP片材与混凝土试块粘结，并在人工海水中浸泡，为减少浸泡时间，通过文献建议采用五倍海水浓度，将浸泡后的试件进行双剪试验，研究在海水腐蚀下CFRP片材与混凝土界面的破坏形式及破坏过程，并分析其界面粘结性能的耐久性的影响。

一、试验内容

1、试验目的

通过CFRP片材与混凝土试块之间的单侧固定双剪试验，深入研究在五倍海水浓度溶液中，不同龄期下CFRP片材与混凝土之间界面的粘结性能，分析剥离破坏机理。

2、试验方法

单侧固定双剪试验，对照试验。

3、测定指标

极限承载力，应变片应变。

二、试验操作

1、试验器材及物品

液压千斤顶、压力传感器、CFRP片材、应变片、应变仪、环氧树脂、固化剂、五倍海水浓度溶液、级配良好的砂和石、普通硅酸盐水泥、混凝土搅拌机、角磨机、刷子、卷尺。

2、试验步骤

⑴试块制作：采用C:W:S:G=1:0.6:1.71:3.33的配合比浇筑强度等级为C30混凝土试块42块，尺寸为100mm×100mm×100mm,在标准养护条件下养护28天后，取其中两块测定抗压强度。

⑵表面找平：使用角磨机对需要粘贴CFRP片材的两个侧面打磨处理，直至露出骨料，后用刷子去除表面浮渣并进行找平。

⑶粘结CFRP片材：按照1:1比例调配环氧树脂和固化剂，在试块两个侧面均匀涂抹并粘结CFRP片材，粘结在试块上的长度宽度都为8mm，且两个试块间的距离可放下液压千斤顶，除去气泡后再在CFRP片材表面涂抹。

⑷人工海水浸泡：粘贴完成的试件经养护一周后，对其进行编号并放入人工配置的五倍海水浓度溶液中，同时，对应每组设置正常情况下（不浸泡）对照试件，记录浸泡时间，分别取时间为0d、30d、60d、90d、120d 试件各三组进行试验。

表1 人工配置海水成分浓度

⑸粘贴应变片：将试件放置在涂抹一定量的润滑油地面上，固定其中一个试块上的CFRP片材，在另一个试块两端CFRP片材上粘贴应变片，间距控制为20mm,并把应变片连接到应变仪并测试。

⑹加载试验：把千斤顶放在预设好的CFRP片材与混凝土试块中间，调整千斤顶至刚接触但无力的作用状态下。缓慢压动千斤顶，分级施加荷载，每级荷载设置为0.5KN，当CFRP片材与混凝土试块之间出现裂缝位移，停止加载。

⑺收集应变片所测数据，测定压力传感器读数。整理数据进行分析。

三、结论与展望

1、结论

⑴与对照试验相比，浸泡组界面极限承载力均有所降低，说明海水会削弱CFRP与混凝土的界面粘结强度。

⑵当浸泡时间较短时，由于混凝土试块强度有所提高和CFRP片材对海水的隔离作用，界面极限承载力较0d有所上升，但随着浸泡时间的增加，界面承载力又有所降低。

⑶当荷载较小时，剪应力主要集中在加载端附近，随着荷载不断增加，剪应力开始向自由端逐渐传递。但始终集中在一定长度范围内。证实了有效粘结强度的说法。

2、创新点

⑴采用了自主设计的单侧固定双剪试验,两个试块通过CFRP片材连接成一个试件，固定其中一个试块，观察CFRP片材与另一试块界面粘结性能。

⑵采用五倍海水浓度溶液，能加快界面腐蚀速率，缩短试验周期。

⑶设置对照试验直观反映海水腐蚀对界面性能的影响，浸泡龄期设置三组试件，避免了试验的偶然性。

3、展望

鉴于时间与试验地点的限制，本文只是初步得到了海水腐蚀对CFRP片材与混凝土粘结性能的影响。CFRP片材与混凝土粘结性能的研究是比较复杂的，其粘结角度与粘结长度都有可能影响实验结果。海洋工程在实际海水中浸泡，不定因素的影响相对实验室内的环境更大。