目前，越來越多的工程結(jié)構(gòu)由于適用年限的延長(zhǎng)、荷載增加、適用功能變更、環(huán)境腐蝕等原因，導(dǎo)致承載力不足和安全度降低。因此需要維修或加固。與傳統(tǒng)的混凝土材料和鋼材相比，F(xiàn)RP材料具有質(zhì)輕高強(qiáng)、便于施工、對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響較小等優(yōu)點(diǎn)，近年來已廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)的加固、補(bǔ)強(qiáng)等方面。其中以CFRP應(yīng)用最多，但隨著碳纖維需求量的增大，CFRP原材料的缺少，致使采用CFRP加固造價(jià)越來越高，因而作為與CFRP具有相似性能、價(jià)格便宜的BFRP增強(qiáng)纖維材料成為新的研究焦點(diǎn)^[1]。采用BFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的復(fù)雜環(huán)境下的耐久性能需要我們?nèi)パ芯俊?br /> 國內(nèi)在FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究方面起步比較晚，研究成果還十分缺乏。研究方法有快速老化試驗(yàn)和自然老化試驗(yàn)等^[2]。根據(jù)BFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，加固結(jié)構(gòu)的耐久性應(yīng)與加固結(jié)構(gòu)各部分組成材料的耐久性、粘結(jié)界面的耐久性以及被加固結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件耐久性有關(guān)^[5]。本文僅對(duì)BFRP與不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土界面在快速凍融環(huán)境下的正拉粘結(jié)性能進(jìn)行了研究。
1 試驗(yàn)方案
1.1 試件設(shè)計(jì)與制作
    按照《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS146:2003）關(guān)于碳纖維片材配套樹脂類粘結(jié)材料與混凝土的正拉粘結(jié)測(cè)試方法，在垂直于粘結(jié)截面上施加拉力，主要考察凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)正拉粘結(jié)強(qiáng)度的影響。
澆筑邊長(zhǎng)為100mm的立方體試塊（混凝土試塊在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)攪拌），在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天后進(jìn)行后續(xù)工作。將碳纖維布剪成邊長(zhǎng)為40mm的方塊，在預(yù)留好的混凝土試塊的位置上，用砂紙打磨光滑、平整，去除表面的浮灰，用丙酮擦拭干凈，按要求的施工工藝施工，涂刷粘結(jié)劑粘貼玄武巖纖維布，玄武巖纖維布與混凝土試塊的正拉粘結(jié)示意圖如圖1a、圖1b所示。在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7天后，分批放入標(biāo)準(zhǔn)的凍融箱進(jìn)行25次、50次，75次凍融循環(huán)測(cè)試。試驗(yàn)試件的設(shè)計(jì)如表1所示。
     
表1 試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)

玄武巖纖維	粘結(jié)樹脂	環(huán)境種類	玄武巖布層數(shù)	試件尺寸	試件的總數(shù)量
國產(chǎn)玄武巖	小西樹脂	4	1	100×100×100	60

1.2材料的力學(xué)性能
本文采用的玄武巖材料為國產(chǎn)的玄武巖纖維，基本力學(xué)性能如表2所示，樹脂為小西樹脂（日本產(chǎn)），其基本力學(xué)性能如表3所示。混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值如表4所示。
表2玄武巖纖維布基本力學(xué)性能指標(biāo)

材料種類	厚度(mm)	抗拉強(qiáng)度(Mpa)	彈性模量(Gpa)	極限拉應(yīng)變(%)
國產(chǎn)玄武巖纖維	0.111	2232	92.12	2.42

表3樹脂的性能指標(biāo)

材料種類	抗拉強(qiáng)度(Mpa)	彈性模量(Gpa)	伸長(zhǎng)率(%)
日本小西樹脂	43.964	2.843	1.5

表4 混凝土立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（單位：N/mm2）

強(qiáng)度等級(jí)	C15	C20	C30
實(shí)際抗壓強(qiáng)度	19.8	24.3	38.1

1.3 試驗(yàn)環(huán)境
 本試驗(yàn)凍融循環(huán)試驗(yàn)在青島理工大學(xué)建材實(shí)驗(yàn)室凍融箱中進(jìn)行，凍融箱如圖2所示，凍融循環(huán)試驗(yàn)參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》(GBJ82-85)^[7]中抗凍性能試驗(yàn)的快凍法進(jìn)行，每次循環(huán)時(shí)間是3小時(shí)，控制中心溫度分別在：-17±2℃和8±2℃。
1.4試驗(yàn)裝置
    本實(shí)驗(yàn)采用SHJ-40型飾面磚及混凝土強(qiáng)度檢測(cè)儀（北京中美煤礦工程有限公司專利產(chǎn)品），量程40kN，精度0.002kN，通過手動(dòng)加載，配帶的YM-1型數(shù)值壓力表顯示加載數(shù)字，加載示意圖如圖3所示。


1.5正拉粘結(jié)性能試驗(yàn)
所有的試件的制作、存放、除凍融循環(huán)次數(shù)、混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同外其它試驗(yàn)條件基本一致。
1.5.1試驗(yàn)方法
試驗(yàn)開始前用小型混凝土切割機(jī)沿正方形玄武巖纖維布的四條邊的外側(cè)切四條縫（保證混凝土正拉區(qū)的尺寸），縫的深度在2~3mm之間（如圖1b所示）。然后把正拉粘結(jié)試件放在平整實(shí)驗(yàn)桌上，按檢測(cè)儀使用說明書將實(shí)驗(yàn)裝置裝配好，調(diào)整好測(cè)試儀器的量程。加載初始階段，標(biāo)準(zhǔn)塊受力很慢，手柄轉(zhuǎn)動(dòng)速度要快，等到標(biāo)準(zhǔn)塊受力后，速度減慢，這時(shí)荷載迅速增加，繼續(xù)加載，聽到“嘭”一聲，試件破壞，記錄破壞形式和破壞荷載。
1.5.2 破壞形式的確定和粘結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算
不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)的試件在經(jīng)歷不同的凍融循環(huán)次數(shù)（0次、25次、50次、75次）作用下，典型的正拉粘結(jié)破壞形態(tài)可以分為兩類：一種是混凝土受拉破壞，表現(xiàn)為試件破壞后，拉掉的BFRP片材上粘有大量的混凝土，混凝土試件破壞處粗骨料外露，其中部分粗骨料被拉斷，定義為Af型破壞；另一種是層間破壞，表現(xiàn)為混凝土與粘結(jié)劑復(fù)合涂層界面破壞，破壞后BFRP片材上只粘有少量的混凝土，定義為Bf型破壞。參照技術(shù)規(guī)程^[2]，兩類粘結(jié)破壞類型均滿足粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)要求。
試驗(yàn)過程中數(shù)字壓力表顯示荷載的變化并保留峰值。記錄其破壞荷載，粘結(jié)強(qiáng)度按下式進(jìn)行計(jì)算。
             
式中：f－為正拉粘結(jié)強(qiáng)度，MPa；P－為試驗(yàn)時(shí)的破壞荷載值，N；A－為鋼標(biāo)準(zhǔn)塊的粘結(jié)面積，mm²。
2試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 試驗(yàn)結(jié)果
經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。
表5 正拉粘結(jié)試驗(yàn)破壞結(jié)果總表

凍融次數(shù)	試件編號(hào)	/MPa	破壞形態(tài)		相對(duì)值比較
0次	C15D0	2.631	5Af	0.591	0%
	C20D0	3.352	4Af+Bf	0.680	0%
	C30D0	3.877	5Af	0.628	0%
25次	C15D25	2.255	5Af	0.507	-14.3%
	C20D25	2.613	5Af	0.530	-22.0%
	C30D25	3.815	3Af+2Bf	0.618	-1.6%
50次	C15D50	1.935	4Af+Bf	0.435	-26.5%
	C20D50	2.062	5Af	0.418	-38.5%
	C30D50	3.489	4Af+Bf	0.565	-10.0%
75次	C15D75	1.150	5Af	0.258	-56.3%
	C20D75	1.295	4Af+Bf	0.263	-61.4%
	C30D75	3.033	3Af+2Bf	0.491	-21.8%