界面劑處理混凝土表面對粘接frp界面抗剪強度的影響

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1、界面劑處理混凝土表面對粘接FRP界面抗剪強度的影響　　通過體外粘貼薄層材料的方法（以下簡稱“粘貼法”）加固混凝土結構已有較普遍的工程應用，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應力，使外貼材料與原結構形成整體，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力傳遞，因此粘貼加固混凝土結構的的關鍵問題是粘接界面的抗剪強度。從受彎構件外貼纖維加固的大量文獻中可見，構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

2、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?！　≌迟N界面抗

3、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

4、　　所用混凝土按強度等級為C50配制，按標準條件養(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?！　…h(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?！　∮捎谑芗裘鏋閷ΨQ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

5、混凝土切片的轉(zhuǎn)動，即兩個粘貼面并非同時破壞。因此，剪應力應以單面面積計算。同時，先剪壞的面總是較弱的一面，因而實驗結果趨于保守。另外，根據(jù)試驗結果的標準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．實驗結果及分析：（一）．實驗結果　　試件數(shù)量為每組3個，測試結果的　　標準差除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果繪制成柱狀圖如圖3．所示?！　煞N典型的破壞斷口形貌分別見圖4、圖5。（二）．結果分析　　由圖3可見，以空白樣9＃為基準，除試件6＃(偶聯(lián)劑B)高出

6、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?！　?＃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，相應的強度更低。斷口如圖5，為黏附破壞?！　?＃、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

7、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。可以說明兩個問題，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，選擇不當反而會降低界面強度。5＃、6＃為均帶有能與環(huán)氧樹脂反應交聯(lián)的有機基團的同類偶聯(lián)劑，但參與化學反應的基團不同，6＃的反應活性強于5＃。而7＃樣