UHPC加固既有砌体结构界面黏结性能试验研究*

牛功科，董建伟，刘 旭

(1.建研科技股份有限公司，北京 100013； 2.华北理工大学，河北 唐山 063210)

0 引言

对于砌体结构加固，常规方法包括钢筋网水泥砂浆面层加固法、钢筋混凝土面层加固法和钢绞线-聚合物砂浆面层加固法。超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，UHPC)具有强度高、韧性好、耐久性优异等特点，逐渐应用于结构加固领域。由于面层材料不同，良好的界面黏结性能是新增面层与砌体结构基体共同工作的前提。因此，需对界面黏结性能进行研究。本文选取砌筑砂浆强度等级、界面剂、界面粗糙度、界面植筋、基体湿润度、养护条件、墙面类型作为变量，通过双面剪切试验和钻芯拉拔试验，研究UHPC加固面层与砌体结构基体界面黏结剪切、抗拉强度。

1 试验概况

1.1 试件设计

砌体墙采用MU15页岩砖砌筑而成，加固面层所用UHPC抗压强度标准值为100MPa。双面剪切试验和钻芯拉拔试验试件如图1所示，试验分组与试件编号如表1，2所示。

表1 试验分组

图1 试件示意

1.2 加载装置

双面剪切试验采用100t电液伺服万能试验机，数据采集使用静态信号采集设备，如图2a所示。钻芯拉拔试验采用CABR/PI-2型拉脱仪，如图2b所示。

图2 加载装置

2 试验现象与试件破坏形态

2.1 双面剪切试验

由于UHPC加固面层强度较高，试件破坏形态主要包括界面破坏和砌体墙破坏，未出现加固面层破坏的情况，按破坏程度分为界面轻度、中度和重度破坏，破坏形态如图3所示。

图3 双面剪切试验试件破坏形态

表2 试件编号

2.2 钻芯拉拔试验

钻芯拉拔试验试件破坏形态与试验条件设置的关系较小，主要与取芯位置有关。当取芯位置大部分位于砖面时， 芯样未残留砂浆和砌体结构基体(见图4a)，部分芯样仅残留砌体结构基体(见图4b)。当取芯位置位于灰缝处时，芯样残留砂浆和砌体结构基体(见图4c，4d)。

图4 芯样破坏形态

3 试验结果分析

3.1 双面剪切试验

将相同试验条件下试件界面黏结剪切强度平均值作为最终结果，不同因素对试件界面黏结剪切强度的影响如图5～11所示。

图5 砌筑砂浆强度等级不同时界面黏结剪切强度

由图5可知，砌体结构基体砌筑砂浆强度等级越高，界面黏结剪切强度越大，与砌筑砂浆强度等级为M1.0的试件(JQ-04组)相比，砌筑砂浆强度等级为M2.5，M5.0的试件(JQ-10，JQ-11组)界面黏结剪切强度得到提高，最大提高幅度分别为40%，47%。

由图6可知，与未使用界面剂的试件(JQ-04组)相比，使用UHPC专用界面剂的试件(JQ-07组)和素水泥浆型界面剂的试件(JQ-09组)界面黏结剪切强度基本得到提高，最大提高幅度分别为9%，15%；而使用液体型界面剂的试件(JQ-08组)界面黏结剪切强度却呈降低趋势。

由图7可知，与未进行凿毛处理的试件(JQ-04组)相比，墙面凿毛后的试件(JQ-05组)界面黏结剪切强度得到提高，最大提高幅度>30%。

图7 界面粗糙度不同时界面黏结剪切强度

由图8可知，界面植筋可有效提高试件界面黏结剪切强度，最大提高幅度>80%，可知钢筋在UHPC加固砌体结构中起到了良好的协同作用。

图8 界面植筋不同时界面黏结剪切强度

由图9可知，基体湿润度对试件界面黏结剪切强度的影响较小，基体干燥时界面黏结剪切性能略低。

图9 基体湿润度不同时界面黏结剪切强度

由图10可知，与标准养护的试件(JQ-04组)相比，不浇水养护试件(JQ-01组)和养护龄期减半试件(JQ-02组)界面黏结剪切强度均有所降低，最大降低幅度>15%。

图10 养护条件不同时界面黏结剪切强度

由图11可知，墙面勾缝处理后试件界面黏结剪切强度得到提高，提高幅度为3%～22.5%。

图11 墙面类型不同时界面黏结剪切强度

3.2 钻芯拉拔试验

将钻芯拉拔试验得到的拉拔力换算为界面黏结抗拉强度，每组试件设置10个芯样，试件界面黏结抗拉强度如图12～18所示。

图12 砌筑砂浆强度等级不同时界面黏结抗拉强度

由图12可知，与采用M1.0砂浆砌筑的试件(LB-04组)相比，采用M2.5，M5.0砂浆砌筑的试件(LB-10，LB-11组)界面黏结抗拉强度均有所提高，最大提高幅度分别为9%，17%。

由图13可知，与未使用界面剂的试件(LB-04组)相比，使用液体型界面剂的试件(LB-08组)界面黏结抗拉强度降低，降低幅度>50%；使用UHPC专用界面剂的试件(LB-07组)和素水泥浆型界面剂的试件(LB-09组)界面黏结抗拉强度均有所提高，最大提高幅度分别为8%，12%。

图13 界面剂不同时界面黏结抗拉强度

由图14可知，墙面凿毛后的试件(LB-05，LB-05G组)表面粗糙度增大，界面黏结抗拉强度有所提高，提高幅度约为15%。

图14 界面粗糙度不同时界面黏结抗拉强度

由图15可知，界面植筋对试件界面黏结抗拉强度的影响较大。当钢筋位于灰缝处时(LB-06，LB-06G组芯样1～5)，试件界面黏结抗拉强度较小；当钢筋位于砖内时(LB-06，LB-06G组芯样6～10)，试件界面黏结抗拉强度较大。

图15 界面植筋不同时界面黏结抗拉强度

由图16可知，基体干燥的试件(LB-03，LB-03G组)，界面黏结抗拉强度有所降低，最大降低幅度约为8%。

图16 基体湿润度不同时界面黏结抗拉强度

由图17可知，对于不浇水养护的试件(LB-01组)，界面黏结抗拉强度离散性较大；对于养护龄期减半的试件(LB-02组)，界面黏结抗拉强度超过标准养护试件(LB-04组)的85%。

图17 养护条件不同时界面黏结抗拉强度

由图18可知，墙面类型对试件界面黏结抗拉强度的影响较小。

图18 墙面类型不同时界面黏结抗拉强度

4 结语

通过开展双面剪切试验和钻芯拉拔试验，研究UHPC加固既有砌体结构界面黏结剪切、抗拉强度，探讨砌筑砂浆强度等级、界面剂、界面粗糙度等级、界面植筋、基体湿润度、养护条件、墙面类型的影响，得出以下结论。

1)双面剪切试验试件破坏形态主要包括界面破坏和砌体墙破坏，未出现加固面层破坏的情况，按破坏程度分为界面轻度、中度和重度破坏。

2)钻芯拉拔试验试件破坏形态主要与取芯位置有关，主要破坏形态包括芯样未残留砂浆和砌体结构基体、芯样仅残留砌体结构基体、芯样残留砂浆和砌体结构基体。

3)界面植筋对试件界面黏结剪切强度的影响最大，可使界面黏结剪切强度提高幅度>80%；砌筑砂浆强度等级的影响次之；基体湿润度的影响最小。

4)砌筑砂浆强度等级和界面粗糙度对试件界面黏结抗拉强度的影响较大，墙面凿毛后的试件界面黏结抗拉强度约提高15%；界面剂的影响次之；墙面类型的影响最小。界面植筋和养护条件对试件界面黏结抗拉强度的影响离散性较大。