界面劑處理混凝土表面對(duì)粘接FRP界面抗剪強(qiáng)度的影響

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摘要：在混凝土表面涂覆不同的界面劑，然后用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼玻璃纖維并成型FRP薄板。測(cè)試FRP與混凝土粘接界面的抗剪強(qiáng)度，結(jié)果以偶聯(lián)劑配制的界面劑最佳，但抗剪強(qiáng)度對(duì)偶聯(lián)劑具有選擇性。分析偶聯(lián)劑的增強(qiáng)機(jī)理，供體外粘貼混凝土結(jié)構(gòu)加固參考。
 

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)加固 粘接 FRP 玻璃纖維 界面劑 偶聯(lián)劑

一．引言

　　通過(guò)體外粘貼薄層材料的方法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“粘貼法”）加固混凝土結(jié)構(gòu)已有較普遍的工程應(yīng)用，包括粘鋼、碳纖維、玻璃纖維等。其中粘貼玻璃纖維及碳纖維具有較好的可操作性，又以粘貼玻璃纖維造價(jià)更低。因此本文僅以玻璃纖維的粘貼為研究對(duì)象。

　　粘貼法固然是通過(guò)粘貼界面?zhèn)鬟f應(yīng)力，使外貼材料與原結(jié)構(gòu)形成整體，有效承載。通常情況下粘貼界面主要是通過(guò)剪切方式進(jìn)行應(yīng)力傳遞，因此粘貼加固混凝土結(jié)構(gòu)的的關(guān)鍵問(wèn)題是粘接界面的抗剪強(qiáng)度。從受彎構(gòu)件外貼纖維加固的大量文獻(xiàn)中可見(jiàn)，構(gòu)件在極限荷載作用下幾乎均為界面受剪破壞。為此本文以如何提高界面的剪切強(qiáng)度為宗旨，用不同的表面處理劑涂覆混凝土表面，研究對(duì)粘接界面抗剪強(qiáng)度的影響。

二．實(shí)驗(yàn)方法、內(nèi)容   

（一）．粘接界面抗剪強(qiáng)度的測(cè)試方法與

　　裝置：

　　實(shí)驗(yàn)采用100×100×20 mm的正方形混凝土切片，模擬混凝土表面打磨（去除浮漿）至露出骨料的狀態(tài)。在兩切割面上對(duì)稱(chēng)粘貼、成型40mm寬玻璃纖維薄片，粘接面為40×40mm，纖維一端出頭作為夾持端，如圖1．所示。

　　由于混凝土屬脆性材料，且抗拉強(qiáng)度較低。測(cè)試夾頭直接夾持混凝土切片時(shí)，會(huì)直接將混凝土拉斷，無(wú)法測(cè)得膠接面抗剪強(qiáng)度。因此，實(shí)驗(yàn)采用矩形鋼框作為傳力構(gòu)件，外套混凝土試件，荷載通過(guò)鋼框施加到混凝土試件上，如圖2．所示。

　　粘貼界面抗剪強(qiáng)度測(cè)試在100KN萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。將FRP夾持端及鋼外框夾持端分別夾持在實(shí)驗(yàn)機(jī)上下夾頭上，并使FRP薄片、混凝土切片、鋼外框沿拉伸方向平行對(duì)中，然后進(jìn)行拉伸剪切，測(cè)定極限強(qiáng)度。

（二）．實(shí)驗(yàn)材料

　　界面劑選用的試劑及原料均為市售品，配制成的8種界面劑列入表1．。其中5、6、7號(hào)為型號(hào)不同的偶聯(lián)劑；9號(hào)為不作任何表面處理直接粘貼。

表1．混凝土表面處理劑及配方

編號(hào)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

界面劑

草酸

硬脂酸

普通水泥漿

高鋁水泥漿

偶聯(lián)劑A

偶聯(lián)劑B

偶聯(lián)劑C

環(huán)氧底膠

無(wú)

劑量

2％水溶液

2％乙醇溶液

水/灰=1/0.5

水/灰=1/0.5

1％乙醇溶液

1％乙醇溶液

1％乙醇溶液

A/B=10/4

空白

　　所用混凝土按強(qiáng)度等級(jí)為C50配制，按標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)28天后，切割為20mm厚片材。

　　玻璃纖維選用型號(hào)為E－450的10：1單向無(wú)堿布，沿拉伸方向鋪貼。

　　環(huán)氧樹(shù)脂采用市售E44，環(huán)氧樹(shù)脂配方為：E44－100； 活性稀釋劑－10； 固化劑－20。

三．實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象

　　將混凝土切割面清洗去灰后，分別用各界面劑涂覆表面；室溫（32℃）條件下徹底干燥后，用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼玻璃纖維；在30－36℃室溫條件下，經(jīng)7天時(shí)間固化；將粘貼面玻璃纖維端頭超出40mm部分的毛邊切斷（參見(jiàn)圖4.），然后進(jìn)行測(cè)試。

　　由于受剪面為對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)粘貼面，測(cè)試過(guò)程中達(dá)到極限荷載的瞬間，絕大部分試件可觀察到混凝土切片的轉(zhuǎn)動(dòng)，即兩個(gè)粘貼面并非同時(shí)破壞。因此，剪應(yīng)力應(yīng)以單面面積計(jì)算。同時(shí)，先剪壞的面總是較弱的一面，因而實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨于保守。另外，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差值的大小可以斷定沒(méi)有發(fā)生雙面同時(shí)剪切破壞現(xiàn)象。

四．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：

（一）．實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　試件數(shù)量為每組3個(gè)，測(cè)試結(jié)果的

　　標(biāo)準(zhǔn)差除3＃、9＃分別為1.4MPa和1.6MPa外，其余在0.11～0.88MPa之間，離散性不大。經(jīng)各種表面處理劑涂覆的粘接界面的極限抗剪強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果繪制成柱狀圖如圖3．所示。

　　兩種典型的破壞斷口形貌分別見(jiàn)圖4、圖5。

（二）．結(jié)果分析

　　由圖3可見(jiàn)，以空白樣9＃為基準(zhǔn)，除試件6＃(偶聯(lián)劑B)高出61％外，其余試件均低于空白樣，僅3＃（普通水泥漿）試樣接近空白樣。從斷口形貌來(lái)看也只有6＃樣出現(xiàn)圖4所示混凝土被劈裂的情況，其余試樣為界面黏附破壞或以黏附破壞為主，