BFRP筋与分级粒径河砂ECC粘结滑移性能试验研究

滕晓丹，姚淇耀，陆宸宇，潘丁菊，李 祚，谢政专

(1.广西新发展交通集团有限公司，南宁 530028；2.广西大学土木建筑工程学院，南宁 530004；3.广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室，南宁 530004；4.广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室，南宁 530004；5.广西交科集团有限公司，南宁 530007)

0 引 言

由于混凝土为脆性材料，抗拉强度和延性低，荷载作用下易开裂，混凝土开裂使内部钢筋更易被锈蚀。钢筋锈蚀会使钢筋的有效横截面积减小，导致其机械性能降低，钢筋和混凝土之间粘结强度退化[1-2]，进而削弱钢筋混凝土构件的结构性能，降低钢筋混凝土结构的耐久性和安全性[3-4]。自20世纪80年代中期以来，国外研究人员[5-6]开始采用轻质高强耐腐蚀的纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer，FRP)筋材代替钢筋，但FRP筋的本构关系为线弹性，没有屈服平台，同时弹性模量也较低[7]，所以FRP筋混凝土结构会呈现出脆性破坏特征。而高延性水泥基复合材料(engineering cementitious composite，ECC)则能够很好地弥补这个缺点。与普通混凝土相比，ECC具有高韧性、稳态开裂及应变硬化等特征[8-9]。将ECC与FRP筋结合使用可使两者优势互补，即ECC微裂缝控制能力可提高FRP筋的平均拉伸应变，而FRP筋可提高ECC的平均拉应变及抗拉强度[10]。由于FRP筋与ECC的粘结性能是两者稳定和协同工作的基础，若粘结性能不足，会削弱结构的承载力，并使结构的破坏模式发生改变，如FRP筋/ECC粘结强度不足会导致ECC劈裂破坏而非FRP筋拔出破坏[11]，从而影响其使用性能。此外，不同的FRP筋材料、直径、表面形式及ECC基本力学性能等均会对FRP筋/ECC的粘结性能产生影响。因此，研究不同因素对FRP筋/ECC的粘结-滑移行为及破坏模式尤为重要。

近年来，已有学者对FRP筋/ECC的粘结性能进行研究。吴丽丽等[12]研究了玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer，GFRP)筋/ECC的粘结性能，结果表明，增加GFRP筋表面形式的复杂程度，或一定程度上增加ECC保护层厚度和强度，有助于提高GFRP筋/ECC的粘结强度。Kim等[13]研究了GFRP筋/ECC的粘结行为，结果表明，聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)纤维对试件界面粘结强度的影响并不显著，树脂的完全滑移破坏会导致涂砂GFRP筋摩擦性拔出。Hossain等[14-15]通过拉拔试验研究了涂砂GFRP筋与自密实ECC、混凝土的粘结性能，结果表明，其破坏模式主要为GFRP筋拉拔破坏，部分GFRP/混凝土试件为劈裂破坏，GFRP筋/ECC的粘结强度高于GFRP/混凝土的粘结强度。Wang等[11]研究了玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer，BFRP)筋/ECC的粘结性能，结果表明，BFRP筋/ECC的粘结强度随BFRP筋直径的增加而降低，随保护层厚度的增加而增加(ECC保护层厚度小于20 mm时)，且PVA纤维可降低BFRP筋/ECC界面损伤，从而提高BFRP筋/ECC的粘结性能。司豆豆等[16]通过中心拉拔试验，分析了不同强度和韧性的ECC对GFRP筋/ECC粘结性能的影响，结果表明，GFRP筋/ECC 的粘结强度是ECC强度和韧性综合影响的结果，其并不随着单一因素的提高而提高。综上所述，目前对FRP筋/ECC粘结性能的研究主要集中在GFRP筋/ECC上，对BFRP筋/ECC粘结性能及粘结-滑移行为的研究仍需进一步探讨。

BFRP是21世纪绿色环保新型材料之一[17]，且在四大纤维(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维)中性价比最高。BFRP除了具有优异的耐腐蚀性能和力学性能外，其在生产过程中真正意义上实现了CO2零排放，与碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)的生产过程相比，其生产流程简单，总耗能仅为CFRP的1/16[18]。因此，本文采用低碳绿色的BFRP筋制备BFRP筋/ECC，通过中心拉拔试验，研究了分级粒径ECC、BFRP筋表面形式、筋材直径对BFRP筋/ECC界面粘结性能的影响。分析了BFRP筋/ECC的呈波浪状衰减的粘结滑移曲线及其产生机理，对曲线中的残余波浪段的各峰值应力点进行线性拟合，通过拟合直线斜率的绝对值|k|表征ECC对BFRP筋横肋的磨损程度。研究成果可为BFRP筋/ECC结构在实际工程中的设计提供参考。

1 实 验

1.1 试验设计

为分析ECC骨料分级粒径、BFRP筋表面形式及直径对BFRP筋/ECC粘结性能和粘结-滑移曲线的影响，共设计了24个中心拉拔试件，每组3个，共8组，见表1。ECC骨料分级粒径考虑5个水平：不分筛、粒径为0.15～0.3 mm、粒径为0.3～0.6 mm、粒径为0.6～1.0 mm、粒径为1.0～2.5 mm。BFRP筋表面形式考虑2个水平：浅螺纹BFRP筋、深螺纹BFRP筋。BFRP筋直径考虑3个水平：8 mm、10 mm、12 mm。所有中心拉拔试件的锚固长度均为5倍BFRP筋直径。

表1 BFRP筋/ECC拉拔试验设计

1.2 试验材料

试验采用的P·O 42.5级普通硅酸盐水泥由扶绥新宁海螺水泥有限公司提供，Ⅰ级粉煤灰化学成分如表2所示。参照GB/T 14684—2011[19]测定砂的细度模数为3.46，采用尺寸分别为0.16 mm、0.315 mm、0.6 mm、1.25 mm、2.5 mm的方孔筛筛分，最大粒径为2.67 mm，m(2.5～4.7 mm)∶m(1.0～2.5 mm)∶m(0.6～1.0 mm)∶m(0.3～0.6 mm)∶m(0.15～0.3 mm)=16.2%∶44.7%∶17.5%∶12.0%。聚羧酸系高效减水剂为固体粉末，掺量为0.3%(质量分数)，减水率为35%。PVA纤维产自日本Kuraray公司，其性能指标见表3。ECC 28 d基本力学性能通过单轴拉伸试验及单轴压缩试验确定，单轴拉伸试件为15 mm×100 mm×400 mm的矩形板。单轴压缩试件为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体，ECC配合比及基本力学性能见表4。采用由南京开博瑞工程技术有限公司生产的BFRP筋，纵向线膨胀系数为9.0×10-6℃-1，密度为1.9 g/cm3，纤维含量为65%(体积分数)，深螺纹BFRP筋肋倾角为71°，浅螺纹BFRP筋肋倾角为68°。深螺纹BFRP筋通过拉挤成型工艺制成，采用乙烯基树脂；浅螺纹BFRP筋通过定绳缠绕工艺制作，采用不饱和树脂。由单轴拉伸试验获得BFRP筋的性能指标见表5。BFRP筋表面形式如图1所示，深螺纹BFRP筋表面光滑，未经喷砂亚光处理；浅螺纹BFRP筋表面采用细绳缠绕刻痕螺纹深度，其横肋深度较小，表面经喷砂亚光处理，较粗糙。

表2 水泥和粉煤灰的主要化学成分

表3 PVA纤维的物理力学性能

表4 ECC配合比及基本力学性能

表5 BFRP筋的物理力学性能

图1 浅螺纹及深螺纹BFRP筋

BFRP筋/ECC的制备程序为：浇筑时将胶凝材料与砂称量好后放入搅拌桶中干拌1 min，使其均匀分布。然后加入总水量搅拌2 min，再加入高效减水剂搅拌直到浆体呈现较好的流动性，最后边搅拌边缓慢加入PVA纤维，添加完成后继续搅拌3 min，使纤维均匀分散。在已定位好BFRP筋的模具中浇筑ECC后振捣2 min，抹平，24 h后脱模，标准养护28 d。

1.3 试验装置

BFRP筋/ECC试件设计如图2所示。为防止在加载过程中，加载端的BFRP筋出现应力集中，或加载端的ECC发生冲切破坏，将锚固区域设置在BFRP筋/ECC粘结界面的中心位置处，非锚固区域使用聚氯乙烯(PVC)套管分隔BFRP筋与ECC，并用705胶对PVC套管进行封口处理，防止浇筑过程中ECC渗入PVC管。BFRP筋被夹持段采用环氧树脂胶套钢管，为避免BFRP筋与钢管间发生滑移，钢管的锚固长度根据规范JG/T 406—2013[20]确定。

图2 拉拔试件尺寸(l为剖切符号)

试验加载装置如图3所示。采用600 kN的万能试验机进行试验，加载速率为0.75 mm/min。使用3个位移传感器(LVDTs)同时测量加载端及自由端处BFRP筋/ECC间的滑移值。平均粘结强度τ计算如下：

图3 拉拔试验加载装置示意图

(1)

式中：la、d分别表示BFRP筋的锚固长度和直径；P表示拉伸荷载。

2 结果与讨论

2.1 破坏模式

在之前的拉拔试验[12,14,21-22]中，钢筋/混凝土、钢筋/ECC、GFRP/ECC、CFRP筋/混凝土的破坏模式主要有劈裂破坏、FRP筋或钢筋拔出破坏及CFRP筋自身破坏。BFRP筋/ECC拉拔试验结果见表6。BFRP筋/ECC试件的破坏模式分为两种：

表6 BFRP筋/ECC拉拔试验结果

(1)BFRP筋拔出破坏。试验过程中，试件表面无裂纹，BFRP筋/ECC界面的ECC基体被BFRP筋横肋剪坏剥离，最终BFRP筋被拔出，如图4(a)所示。由于本试验中ECC保护层厚度较大，BFRP筋/ECC的相对保护层厚度[21]c/d(c为ECC保护层厚度，d为BFRP筋直径)为5.75～8.88>3.41，且与混凝土相比，ECC延性较高，导致BFRP筋/ECC的破坏模式主要为拔出破坏，而非劈裂破坏。该破坏模式主要出现在骨料粒径大于0.3 mm及不分筛的BFRP筋/ECC中。

图4 BFRP筋/ECC及BFRP筋破坏模式

(2)BFRP筋拉伸破坏。试验过程中，由于施加的拉伸荷载达到了BFRP筋的极限拉应力，BFRP筋在ECC基体中被拉断后拔出。BFRP筋/ECC的拉伸破坏与单轴拉伸中BFRP筋的破坏形式有所区别，其破坏界面较为平整(图4(b))，且纤维间粘结紧密，没有被“炸开”(图4(c))，说明ECC基体对BFRP筋产生了横向约束，且该约束力大于缠绕绳的横向约束，不会使BFRP筋表面纤维大面积剥落，保证BFRP筋拉伸性能的同时，降低了BFRP筋的脆性。该破坏模式仅出现在DBFRP/ECC 8-(0.15-0.3)-3中。

2.2 BFRP筋/ECC粘结-滑移曲线

BFRP筋/ECC试件典型的粘结-滑移曲线如图5所示，按受力特点可将其分为4个阶段。

图5 BFRP筋/ECC试件典型的粘结-滑移曲线

(1)微滑移段OA。加载初期，加载端BFRP筋产生滑移(S)相对较小，粘结力与滑移值呈线性关系。该阶段粘结力主要由化学胶着力提供。化学胶着力为BFRP筋与ECC试件浇筑和养护过程中，ECC基体及其水化产物渗透和附着所产生的化学粘结作用，与水化程度有关，故分级粒径对其化学胶着力的影响较小。

(2)滑移上升段AB。随着荷载的增大，BFRP筋/ECC界面开始发生脱粘，脱粘现象由加载端向自由端扩展，直至峰值荷载。BFRP筋/ECC界面逐渐脱粘的同时，化学胶着力逐渐降低为零，摩擦力开始发挥作用，这也解释了该阶段斜率较微滑移段低的原因。因此，该阶段的粘结力主要由机械咬合力与摩擦力提供。

(3)下降段BC。达到BFRP筋/ECC的峰值粘结强度(B点)τmax后，滑移量迅速增加，BFRP筋表面树脂基体被磨损或BFRP筋/ECC界面处的ECC被剪切破坏，机械咬合力急剧下降，试件进入残余段。该阶段的粘结力主要由摩擦力提供。

(4)残余波浪段CE。粘结应力出现随滑移值的增加，波浪衰减的现象，即滑移软化。这是由于BFRP筋表面被磨损的横肋再次与环向凸起的ECC基体重合，机械咬合力再次发挥作用，使粘结应力再次上升，直至BFRP筋滑移一个横肋间距时(波峰间距与BFRP筋横肋间距相近)，粘结力再次下降。由于BFRP筋横肋不断被磨损，故摩擦力不断减小，即波峰不断减小。该阶段粘结力主要由摩擦力和机械咬合力提供，其中摩擦力占比较大[22]。随着滑移量增加，被磨损的横肋再次与环向的ECC基体重合，如此反复，直至BFRP筋被完全拔出。由于横肋不断被磨损，故残余波浪段波峰值随滑移量的增加而减小。

2.3 分级粒径ECC对BFRP筋/ECC粘结性能的影响

2.3.1 平均粘结强度

根据表6绘制BFRP筋/ECC的粘结-滑移曲线，并从每组中挑选最典型的粘结-滑移曲线作为对比，如图6所示。由表6可知，BFRP筋/ECC的平均粘结强度随骨料粒径的变化并不显著。不同骨料粒径的BFRP筋/ECC，平均粘结强度仅相差0.2%～6.2%(0.05～1.77 MPa)。其中，DBFRP/ECC 8-(0.15-0.3)的平均粘结强度最高(30.24 MPa)，DBFRP/ECC 8-(0.6-1.0)的平均粘结强度最低(28.47 MPa)。与DBFRP/ECC 8-NS相比，分级粒径ECC可使BFRP筋/ECC的平均粘结强度提高3.2%～9.6%。

2.3.2 残余粘结应力

图6(a)为不同分级粒径下DBFRP/ECC的粘结-滑移曲线对比，由图可知，骨料分级粒径对BFRP筋/ECC的影响体现在残余波浪段残余粘结应力的变化。在BFRP筋/ECC的拔出破坏模式中，由于试件中的损伤随滑移量的增加而不断积累，导致其残余波浪段的峰值应力不断减小，故本文以试件进入残余波浪段后的第一个峰值应力作为BFRP筋/ECC的残余粘结应力(记为τr)，如图5中的D点，残余粘结应力与粘结强度之比记为α(%)，粘结强度损失量记为β(%)，计算结果见表7。

图6 BFRP筋/ECC粘结-滑移曲线

表7 残余波浪段波峰线性拟合结果

由表7可知，DBFRP/ECC 8-(0.15-0.3)-1的粘结强度损失量最小(34.0%)，残余粘结应力最高(17.92 MPa)，DBFRP/ECC 8-(0.3-0.6)-1的粘结强度损失量最大(60.8%)，残余粘结应力最小(11.24 MPa)。由表4可知，ECC(0.15-0.3)的抗压强度、极限拉应力、延性在分级粒径ECC中最高，故其基体的密实程度最高，抗裂性及裂纹控制能力最好，粘结强度的损失量最小。当骨料粒径增大至0.3 mm以上时，抗压强度缓慢下降，延性大幅下降(49.4%～72.7%)。此时，随着ECC骨料粒径的增大，BFRP筋/ECC的粘结强度损失量减小，残余粘结应力增大。这主要归因于不同骨料粒径的ECC对BFRP筋横肋磨损程度不同。本文将BFRP筋/ECC残余波浪段的各峰值应力点进行线性拟合，通过拟合直线斜率的绝对值|k|表征ECC对BFRP筋横肋的磨损程度(见图5)。图7为BFRP筋/ECC峰值粘结应力变化情况拟合结果，|k|值越大，说明ECC对BFRP筋横肋的磨损程度越大。由图7(a)及表7可知，采用骨料粒径为0.3～0.6 mm的ECC|k|值最大，即DBFRP/ECC 8-(0.3-0.6)的磨损程度最大，且当骨料粒径大于0.3 mm时，随着骨料粒径的增大，|k|值减小，这反映了BFRP筋/ECC粘结强度损失量变化的原因。此外，由图6(a)、图7(a)及表7可知，采用粒径未分级的DBFRP/ECC 8-NS的粘结性能与DBFRP/ECC 8-(0.6-1.0)相近(平均粘结强度相差0.87 MPa，残余粘结应力相差0.17 MPa，α和β值相差0.1%，|k|值相差0.03)，但骨料粒径未分级的BFRP筋/ECC的滑移值较小(与DBFRP/ECC 8-(0.6-1.0)相比降低约11.9%)。故骨料粒径为0.6～1.0 mm的ECC，对BFRP筋/ECC粘结性能的影响较小，可将0.6～1.0 mm粒径的ECC与未分级粒径的ECC等同用于BFRP筋/ECC。综上所述，采用骨料粒径为0.15～0.3 mm的BFRP筋/ECC平均粘结强度、残余粘结强度最高，粘结强度损失量最小，故其粘结性能最优。

图7 BFRP筋/ECC峰值粘结应力变化情况

2.3.3 破坏模式

图6(b)为DBFRP/ECC 8-(0.15-0.3)三个试件的粘结-滑移曲线，DBFRP/ECC 8-(0.15-0.3)-3为BFRP筋拉伸破坏，其余为BFRP筋拔出破坏，由图可知，不同的破坏模式会导致不同的粘结-滑移行为，拔出破坏的残余波浪段为波峰值不断衰减，或者拉伸破坏的残余波浪段为波峰值不断增强，表现出明显的滑移硬化。这可能是由于BFRP筋的“楔入效应”[23]较强，且ECC(0.15-0.3)的抗压强度最高，导致其滑移一个横肋间距的同时，在接近自由端处被拉断。BFRP筋被拉断后，与自由端分离，BFRP筋失去“楔入效应”，其受到的“泊松效应”减弱，直径略有恢复，故其与ECC间的摩擦力、机械咬合力增强，横肋的磨损程度也相应增大(|k|=0.111，均大于其他两个同条件的试件)。此外，对BFRP筋磨损程度增大的同时，对ECC造成的损伤也相应增大，故随着滑移量的增加，残余波浪段的残余粘结强度不断增加。“泊松效应”是指纵向应力作用导致筋材直径轻微减小的现象[14]，“楔入效应”及“泊松效应”示意图见图8。由图7(b)可知，相同条件下，产生拉拔破坏的BFRP筋/ECC，粘结强度、滑移量、残余粘结强度、BFRP筋横肋磨损程度均较为相近；产生拉伸破坏的BFRP筋/ECC，粘结强度提高约13.7%～24.6%，滑移量增加0.3～0.83 mm，残余粘结强度提高约14.5%～17.1%。在实际工程应用中，应使BFRP筋/ECC的破坏趋于稳定，故应避免BFRP筋拉伸破坏。可通过减小BFRP筋自由端处的肋深，从而减小BFRP筋自由端处的“楔入效应”，使BFRP筋/ECC的破坏模式稳定为拔出破坏。

图8 “楔入效应”及“泊松效应”示意图

2.3.4 BFRP筋/ECC界面

为进一步分析分级粒径对BFRP筋/ECC粘结强度的影响及其原因，将破坏后的试件沿BFRP筋纵向切开观察，如图9所示。当BFRP筋产生滑移时，破坏可能发生在树脂/纤维界面或FRP/ECC界面[13]。由图9可观察到BFRP筋表面均由原来的光滑表面变为纵向细条状划痕的粗糙表面，且BFRP筋横肋均受到了不同程度的磨损，说明BFRP筋的树脂/纤维界面及BFRP筋/ECC界面均发生破坏。此外，由图9(b)可知,DBFRP/ECC 8-(0.6-1.0)的BFRP筋横肋已被磨损至与其凹陷处齐平，其磨损程度最大，这与上文的讨论相一致，说明采用|k|值表征ECC对BFRP筋横肋的磨损程度是可行的。对于其他粒径BFRP筋/ECC，BFRP筋的磨损程度如图9(c)所示。由于DBFRP/ECC 8-(1.0-2.5)-2的残余波浪段峰值粘结应力波动较大，故其拟合系数R2较小，但从剖面结果来看，其|k|值仍可作为BFRP筋横肋磨损程度的参考。综上所述，当|k|值≥0.144时，BFRP筋横肋会被完全磨损，当|k|值<0.144时，BFRP筋横肋会被磨损至与填充其凹陷的ECC齐平。

图9 深螺纹BFRP筋/ECC界面破坏形态

2.4 BFRP筋直径对BFRP筋/ECC粘结性能的影响

BFRP筋直径对BFRP筋/ECC的平均粘结强度有一定影响。由表6可知，DBFRP/ECC 12-NS的平均粘结强度与DBFRP/ECC 8-NS、DBFRP/ECC 10-NS相比分别降低约8.2%、4.4%。BFRP筋的直径越大，BFRP筋/ECC的平均粘结强度越小，这与文献[11]的试验结果相一致。由于平均粘结强度降低，采用12 mm的BFRP筋时，BFRP筋/ECC的平均滑移量显著增加，其平均滑移量与8 mm、10 mm的BFRP筋相比提高约49.6%、41.2%。由图6(c)可知，DBFRP/ECC 12-NS在为滑移段与滑移上升段的斜率明显减小，说明其在拉拔过程中的机械咬合力、摩擦力显著降低。而由表7可知，DBFRP/ECC 12-NS-1的粘结强度损失量为64.3%，在所有试件中最高，残余粘结强度与BFRP筋直径为8 mm、10 mm的BFRP筋/ECC相比降低约39.2%、35.4%，|k|值降低约59.8%、80.2%。这是由BFRP筋在拉拔过程中存在的“泊松效应”和“剪力滞后效应”造成的。已有研究表明，BFRP筋直径越大，其“泊松效应”越显著[23]，即BFRP筋的直径减小量更大，BFRP筋/ECC的机械咬合力和摩擦力降低更显著，试验结果也验证了这一点。此外，在BFRP筋/ECC拉拔过程中，BFRP筋表面纤维与中心纤维会产生相对运动，导致粘结应力在BFRP筋的横截面上不均匀分布，即“剪力滞后效应”，如图10所示(图中σmax表示BFRP筋表面的粘结应力，σmin表示BFRP筋中心的粘结应力，σave表示平均粘结应力)。而BFRP筋的直径越大，其“剪力滞后效应”也越显著[24]，平均粘结强度也会下降得更多。此外，混凝土界面研究中的尺寸效应也可用以解释这一现象，BFRP筋的直径越大，肋深越大，BFRP筋/ECC界面形成的孔隙越多，最终导致其粘结强度降低[11]。

图10 “剪力滞后效应”示意图

对于DBFRP/ECC 10-NS，其粘结强度损失量、残余粘结应力与DBFRP/ECC 8-NS相近，但其|k|值在所有试件中最大，为0.207，约为DBFRP/ECC 8-NS的200%。由图6(c)可知，DBFRP/ECC 10-NS在微滑移段及滑移上升段的斜率降低较小，10 mm直径的BFRP筋“泊松效应”增强并不明显，与DBFRP/ECC 8-NS相近，即两者在此阶段的机械咬合力、摩擦力相近。然而，进入残余波浪段后，由于直径增大，但粘结强度、残余粘结应力等与8 mm直径的BFRP筋/ECC相近，故在此阶段其横肋会遭受更严重的磨损。以10 mm直径为临界点，12 mm直径的BFRP筋/ECC在拉拔过程中受到“泊松效应”及“剪力滞后效应”的影响变得显著。故在工程应用中推荐使用8 mm直径的BFRP筋，其在粘结性能及稳定性方面都较好。

2.5 BFRP筋表面形式对BFRP筋/ECC粘结性能的影响

由表6可知，其他条件相同的情况下，与采用深螺纹BFRP筋的BFRP筋/ECC相比，采用浅螺纹BFRP筋的BFRP筋/ECC，平均粘结强度下降83.7%，平均滑移量下降32.1%。由表7可知，残余粘结应力下降79.0%，粘结强度损失量减少17.5%，|k|值降低78.4%。且由图6(d)可知，浅螺纹BFRP筋/ECC在微滑移段及滑移上升段的斜率明显减小，说明浅螺纹BFRP筋/ECC的粘结强度在拉拔过程中的机械咬合力、摩擦力显著降低。虽然浅螺纹BFRP筋/ECC的粘结强度、残余粘结应力较低，但由图7(d)可知，浅螺纹BFRP筋/ECC的整体粘结应力变化较为平稳，这是由于其横肋深度较小，其|k|值仅为0.022，是所有试件中的最小值。因此，浅螺纹BFRP筋/ECC拉拔过程中的机械咬合力和摩擦力，对ECC和BFRP筋的损伤程度均最小。

图11为浅螺纹及深螺纹BFRP筋/ECC界面破坏形式，由图可知，SBFRP/ECC 8-NS-2的BFRP筋表面仅有部分缠绕绳在拉拔过程中被磨断(图11(a))，而BFRP筋表面较平整，树脂基体没有剥落(ECC表面整洁，无其他异物)，故其破坏发生在BFRP筋/ECC界面，且界面损伤较小。DBFRP/ECC 8-NS-3的BFRP筋横肋被磨损较严重(图11(b))，表面粗糙，肋深减小，且BFRP筋/ECC界面中，ECC表面存在白色粉末，说明BFRP筋表面树脂基体被磨损脱落，树脂/纤维界面、BFRP筋/ECC界面均发生破坏。由此可知，BFRP筋/ECC界面的破坏结果与前文的分析一致，故相同条件下，采用深螺纹BFRP筋的粘结性能较好，浅螺纹BFRP筋的粘结性能较差，但相对稳定。

图11 深螺纹及浅螺纹BFRP筋/ECC界面破坏形态

3 结 论

通过对24个玄武岩纤维增强复合材料筋/高延性水泥基复合材料(BFRP筋/ECC)的中心拉拔试验，研究了BFRP筋表面形式、直径及ECC骨料分级粒径对BFRP筋/ECC粘结性能的影响规律。

(1)BFRP筋/ECC试件的破坏模式主要为BFRP筋拔出破坏，该破坏模式出现在骨料粒径大于0.3 mm及骨料粒径未分级的BFRP筋/ECC中。不同的破坏模式会导致不同的粘结-滑移行为，发生BFRP筋拉伸破坏的BFRP筋/ECC，表现出明显的滑移硬化。在实际工程应用中，应避免BFRP筋拉伸破坏，可通过减小BFRP筋自由端处的肋深，使BFRP筋/ECC的破坏模式稳定为拔出破坏。

(2)将BFRP筋/ECC残余波浪段的各峰值应力点进行线性拟合，通过拟合直线斜率的绝对值|k|表征ECC对BFRP筋横肋的磨损程度，当|k|值≥0.144时，BFRP筋横肋会被完全磨损，当|k|值<0.144时，BFRP筋横肋会被磨损至与填充其凹陷的ECC齐平。

(3)BFRP筋/ECC的平均粘结强度随骨料粒径的变化并不显著。BFRP筋直径越大，BFRP筋/ECC的平均粘结强度越小。采用浅螺纹BFRP筋/ECC的粘结强度、残余粘结应力较低，但其整体粘结应力变化较为平稳，对ECC和BFRP筋的损伤程度均最小。在工程应用中推荐使用骨料粒径为0.15～0.3 mm的ECC，8 mm直径的深螺纹BFRP筋，其在粘结性能及稳定性方面均较优。