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．引言通過體外粘貼薄層材料的方法（以下簡稱“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更低。因此本文僅以玻璃纖維的粘貼為研究對象。粘貼法固然是通過粘貼界面?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剪切方式進行應(yīng)力傳遞，因此粘貼加固混凝土結(jié)構(gòu)的的關(guān)鍵問題是粘接界面的抗剪強度。從受彎構(gòu)件外貼纖維加固的大量文獻中可見，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度為宗旨，用不同的表面處理劑涂覆混凝土表面，研究對粘接界面抗剪強度的影響。二．實驗方法、內(nèi)容（一）．粘接界面抗剪強度的測試方法與裝置：實驗采用100×100×20mm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)。在兩切割面上對稱粘貼、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，且抗拉強度較低。測試夾頭直接夾持混凝土切片時，會直接將混凝土拉斷，無法測得膠接面抗剪強度。因此，實驗采用矩形鋼框作為傳力構(gòu)件，外套混凝土試件，荷載通過鋼框施加到混凝土試件上，如圖2．所示。粘貼界面抗剪強度測試在100KN萬能材料實驗機上進行。將FRP夾持端及鋼外框夾持端分別夾持在實驗機上下夾頭上，并使FRP薄片、混凝土切片、鋼外框沿拉伸方向平行對中，然后進行拉伸剪切，測定極限強度。（二）．實驗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號為型號不同的偶聯(lián)劑；9號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123456789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)氧底膠無劑量2％水溶液2％乙醇溶液水/灰=1/0.5水/灰=1/0.51％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度等級為C50配制，按標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護28天后，切割為20mm厚片材。玻璃纖維選用型號為E－450的10：1單向無堿布，沿拉伸方向鋪貼。環(huán)氧樹脂采用市售E44，環(huán)氧樹脂配方為：E44－100；活性稀釋劑－10；固化劑－20。三．實驗過程及現(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)氧樹脂粘貼玻璃纖維；在30－36℃室溫條件下，經(jīng)7天時間固化；將粘貼面玻璃纖維端頭超出40mm部分的毛邊切斷（參見圖4.），然后進行測試。由于受剪面為對稱的兩個粘貼面，測試過程中達到極限荷載的瞬間，絕大部分試件可觀察到混凝土切片的轉(zhuǎn)動，即兩個粘貼面并非同時破壞。因此，剪應(yīng)力應(yīng)以單面面積計算。同時，先剪壞的面總是較弱的一面，因而實驗結(jié)果趨于保守。另外，根據(jù)試驗結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差值的大小可以斷定沒有發(fā)生雙面同時剪切破壞現(xiàn)象。四．實驗結(jié)果及分析：（一）．實驗結(jié)果試件數(shù)量為每組3個，測試結(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度測試結(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圖4、圖5。（二）．結(jié)果分析由圖3可見，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，如圖5所示。1＃和2＃試樣均為酸性介質(zhì)，強度分別為最低值及次低值，說明酸性介質(zhì)對堿性的混凝土表面存在一定的腐蝕性，使界面粘接強度降低。1＃草酸的酸性強于3＃硬脂酸，相應(yīng)的強度更低。斷口如圖5，為黏附破壞。3＃、4＃分別為硅酸鹽水泥漿和高鋁水泥漿，鋁水泥漿堿性相對較弱。由于環(huán)氧樹脂所用固化劑為改性胺類，屬堿性物質(zhì)，在堿性環(huán)境條件下具有較高的活性，使得環(huán)氧樹脂在與混凝土的接觸面上能較好地固化，這樣高堿性的硅酸鹽水泥漿處理后，界面強度更高，但略低于空白樣。根據(jù)斷口形貌分析，破壞面發(fā)生在水泥漿與混凝土的界面上，說明水泥水化物部分阻隔了環(huán)氧樹脂對混凝土地粘接，使界面強度弱化。5＃、6＃、7＃分別為用三種偶聯(lián)劑處理，而強度差異接近一倍，其中5＃、7＃均低于空白樣，而6＃試樣獲得本次實驗的最高強度�？梢哉f明兩個問題，一方面偶聯(lián)劑對于環(huán)氧樹脂與混凝土的界面處理非常有效；另一方面偶聯(lián)劑有很強的選擇性，選擇不當(dāng)反而會降低界面強度。5＃、6＃為均帶有能與環(huán)氧樹脂反應(yīng)交聯(lián)的有機基團的同類偶聯(lián)劑，但參與化學(xué)反應(yīng)的基團不同，6＃的反應(yīng)活性強于5＃。而7＃樣所用偶聯(lián)劑與環(huán)氧樹脂無可反應(yīng)基團，強度卻高于5＃，這可根據(jù)偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從物理相容性及分子鏈的纏結(jié)方面進行分析，在此不作詳述。從6＃樣的斷口形貌觀察，F(xiàn)RP薄片上均有混凝土殘留，可見破壞為混凝土的內(nèi)聚破壞。由于本實驗方法使混凝土破壞前始終受鋼外框上橫梁約束，當(dāng)粘接強度較高時，混凝土只能通過水平方向的橫向變形導(dǎo)致破壞，即混凝土被劈裂。因此可以認為6＃的粘接界面仍未被破壞，粘接效果比較理想。8＃試樣為環(huán)氧底膠處理，是現(xiàn)存粘貼加固混凝土通常采用的方法，所用底膠為加固專用膠，其強度略低于空白樣，可見效果并不理想。因此用粘貼法進行結(jié)構(gòu)加固是否一定采用底膠還值得進一步研究、商榷。五．結(jié)論本實驗針對體外粘貼法進行結(jié)構(gòu)加固的粘接界面處理得出如下結(jié)論：（一）．證實通過適當(dāng)?shù)慕缑鎰�對混凝土表面進行處理，可使加固的粘接界面抗剪強度大幅提高。（二）．用偶聯(lián)劑配制的界面劑涂覆混凝土表面效果為最佳；偶聯(lián)劑具有很強的選擇性，其選用可根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)定性地作出判斷。（三）．酸性介質(zhì)處理混凝土表面導(dǎo)致粘接強度下降；堿性介質(zhì)使粘接強度的下降相對較小。（四）．涂覆底膠作為界面劑并不一定能使粘接強度得到改善。以上結(jié)論僅從粘接界面的極限剪切強度測試得出。可以認為體外粘貼加固必須通過對混凝土表面的有效約束進行應(yīng)力傳遞，而這種約束是由粘接界面的剪切作用提供，因此，本實驗得出的結(jié)論對體外粘貼加固混凝土結(jié)構(gòu)具有普遍的指導(dǎo)意義。參考文獻：[1]姚諫等FRP復(fù)合材料與混凝土的粘結(jié)強度試驗研究建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報.2003,24(5).-10-17,23[2]馮肇杰等粘貼玻璃鋼板加固混凝土梁粘接剪應(yīng)力分析焦作大學(xué)學(xué)報.2002,16(3).-59-60[3]張小冬等CFRP加固修復(fù)混凝土技術(shù)用粘接材料研冶金工業(yè)部建筑研究總院院刊.2000(1).-25-28[4]張繼文等外部粘貼碳纖維或鋼板加固梁中粘結(jié)界面應(yīng)力分析工業(yè)建筑.2001,31(6).-1-4,33[5]張鵬碳纖維布加固混凝土梁的解析分析學(xué)與實踐.2004,26(1).-32-33[6]李果等FRP加固的鋼筋混凝土梁剝離破壞研究綜述混凝土.2003(8).-37-39,42[7]SAMAANM，MIRMIRANA，SHAHAWYM．ModeIofconcreteconfinedbyfibercomposites[J]．JournalofStructuralEngineering，1998，126(9)：1025—1031．