彭暉+劉洋+付俊俊+蘇鵬+劉揚

摘 要：以嵌貼CFRP-混凝土黏結的凍融耐久性為研究對象，通過拔出試驗考察了凍融循環(huán)作用下嵌貼FRP與具有不同強度或抗凍性能混凝土的黏結性能，討論了凍融循環(huán)下嵌貼FRP-混凝土界面黏結的退化機理；分析了凍融循環(huán)作用下混凝土槽至試件邊緣距離、膠層厚度等因素對試件界面黏結性能的影響.試驗結果表明：凍融循環(huán)作用下普通C30混凝土力學性能退化顯著，添加引氣防凍劑和減水劑的C30混凝土強度下降顯著小于普通C30混凝土，C60混凝土強度反而有所提高；凍融循環(huán)導致了嵌貼CFRP-普通C30混凝土的黏結承載力下降和破壞模式轉變，但嵌貼CFRP與抗凍混凝土間的黏結承載力沒有顯著降低，表明混凝土凍融損傷是凍融循環(huán)下嵌貼FRP-混凝土黏結退化的主要原因；槽壁厚度較小時，加載端槽壁混凝土出現(xiàn)錐形斜裂縫；膠層厚度較薄時，凍融循環(huán)作用下試件黏結承載力的降低較膠層較厚的試件更為顯著.

關鍵詞：表層嵌貼；CFRP；黏結性能；凍融循環(huán)；混凝土

中圖分類號：TU378 文獻標志碼：A

文章編號：1674-2974（2017）05-0063-10

Abstract：The durability of the interface between NSM FRP and concrete under freeze-thawing cycles was examined. The pull-out tests were conducted to investigate the influence of freeze-thawing cycles on the bond performance between NSM FRP and concrete with normal strength， high strength， or additional frost resistance. The mechanism of the bond degradation between NSM FRP and concrete under the freeze-thawing cycles was also discussed. Moreover， the influences of the distance between concrete edge and groove （edge distance） and the thickness of epoxy adhesive on the bond durability of the NSM FRP were studied. The test results show that freeze-thawing cycling resulted in the strength deterioration of ordinary concrete， while the high strength concrete and the concrete with frost resistance showed no significant deterioration under freeze-thawing cycles. Freeze-thawing cycling also caused the transformation of failure mode and the relatively significant decrease in bond capacity for specimens using ordinary concrete. Nevertheless， it had no substantial impact on the bond performance of specimens made by concrete with high strength or frost resistance. This result indicates that the bond deterioration of NSM FRP under freeze-thawing cycles was caused by low strength of concrete. Moreover， the decrease of edge distance resulted in cone-shape cracks at the loading end. When the thickness of epoxy adhesive was reduced， the bond strength degradation induced by freeze-thawing cycles was more significant compared with that of specimens with thicker epoxy adhesive.

Key words：near-surface mounted； CFRP； bond performance； freeze-thawing cycles； concrete

纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer，F(xiàn)RP）具有輕質、高強和耐久性好等優(yōu)點，被廣泛應用于土木工程結構的加固[1].但目前應用的外貼（Externally bonded，EB） FRP方法加固混凝土結構尤其是受彎構件時，容易發(fā)生FRP與結構之間的剝離，導致加固效率降低和結構過早失效.近年來表層嵌貼（Near Surface Mounted，NSM） FRP技術逐漸得到發(fā)展，該技術將FRP 嵌入預先開出的混凝土槽中，通過FRP與混凝土的三面甚至四面黏結，大幅增大兩者間的黏結面積，顯著提高FRP-混凝土界面的黏結承載力，因此可更好地發(fā)揮FRP材料強度，并且FRP材料因嵌入混凝土保護層而擁有了更好的耐久性能，因此表層嵌貼FRP技術在未來的鋼筋混凝土結構加固領域具有顯著的潛力[2].

近年來國內外眾多學者對室溫環(huán)境下外貼和表層嵌貼FRP-混凝土界面的黏結性能開展了大量工作.許多學者針對黏結強度、破壞模式以及黏結長度、混凝土強度、開槽構造等因素的影響進行了較為系統(tǒng)的探索[3-8].這些工作取得了一些共識，如黏結強度隨混凝土強度提高而增大；嵌貼剝離界面存在殘余摩擦，因此黏結承載力隨著黏結長度的增大而提高[6-9]；但也還存在若干分歧，如De Lorenzis[3]試驗發(fā)現(xiàn)Hassan等[10]給出的變形FRP筋最小凈間距和槽邊距的建議值不足以消除NSM FRP和混凝土之間的相互作用，試件仍然出現(xiàn)了混凝土剝落破壞.但總體上，通過上述工作研究人員對嵌貼FRP的黏結性能已經(jīng)建立了一定程度的認識.

另一方面，F(xiàn)RP加固結構的耐久性也是研究者與工程人員關心的主要問題之一，國內外對侵蝕環(huán)境下外貼FRP加固混凝土結構的耐久性，尤其是凍融循環(huán)作用下EB FRP-混凝土黏結界面的耐久性開展了相當多的工作.Yun等[11]通過單剪試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷凍融循環(huán)作用后，外貼CFRP-混凝土的黏結承載能力出現(xiàn)了不同程度的降低，大部分試件的破壞模式均是混凝土表面剝離破壞.任慧韜等[12]提出，凍融環(huán)境作用對CFRP加固混凝土結構的影響主要表現(xiàn)為黏結面性能退化，CFRP-混凝土黏結強度的降低是因為混凝土剪切強度下降和界面黏結力下降共同作用的結果.Green等[13]通過試驗發(fā)現(xiàn)隨著凍融次數(shù)的增加，CFRP-混凝土界面的黏結承載力沒有降低，試件破壞模式逐漸由混凝土內聚破壞向黏結界面轉移，因而認為：破壞模式的轉變不是因為凍融導致混凝土強度降低引起的，而是黏結樹脂的剪切模量降低導致的.李杉[14]和Qiao等[15]均認為CFRP-混凝土黏結性能的降低是因為凍融侵蝕作用導致黏結界面損傷引起.由上述文獻可看出，關于凍融環(huán)境下外貼FRP-混凝土界面的損傷退化機理，研究人員間尚存在分歧.

與上述研究相對的是，關于凍融循環(huán)下表層嵌貼FRP-混凝土界面的黏結性能國內外的研究非常匱乏[16]，基于已有的研究結果難以深入認識凍融循環(huán)作用對表層嵌貼FRP-混凝土黏結性能的影響，而這對于在寒冷地區(qū)如我國北方應用該項技術具有重要的現(xiàn)實意義.鑒于此，本文對經(jīng)歷了不同凍融次數(shù)的嵌貼FRP-混凝土試件實施拔出試驗，研究凍融環(huán)境作用對嵌貼FRP-混凝土界面黏結性能的影響，分析界面性能的退化機理，考察混凝土性能、膠層厚度等因素所導致的黏結性能變化，以期把握凍融環(huán)境下嵌貼FRP-混凝土界面的黏結耐久性，為表層嵌貼FRP加固技術的應用提供理論依據(jù).

1 試驗方案

1.1 試件及參數(shù)設計

本文試件由混凝土棱柱體及嵌貼的CFRP板條組成，混凝土棱柱體采用150 mm×150 mm ×300 mm和150 mm×150 mm×500 mm兩種尺寸規(guī)格，其中500 mm長試件采用較長模具澆筑；混凝土開槽寬度和深度分別為10 mm和30 mm，試件制作時CFRP板條均埋置在槽中部.制作工藝包括：1）在試件表面標出黏結區(qū)域，用無水酒精清洗槽內并風干；2）按要求均勻拌合黏結樹脂，將樹脂注入槽內至一半槽深，并用灰刀插搗擠壓保證樹脂密實；3）將CFRP板條垂直、對中插入槽中，用帶卡槽的木條封堵黏結區(qū)域兩端并固定板條，以保證板條水平并且埋深準確；4）再注入黏結樹脂，用灰刀壓實、抹平，保證膠層表面平整，將試件放置于室溫環(huán)境下養(yǎng)護7 d.

混凝土棱柱體分別采用C30，CA30（添加具有引氣、減水和防凍功能的早強防凍劑）、CW30（添加高效減水劑）以及C60等4種不同混凝土制作，各型號混凝土試件同時制作對應的標準立方體試件.試驗選用美國Aslan公司的500型CFRP板條，截面規(guī)格分別為16 mm×2.0 mm 和16 mm×4.5 mm兩種.試驗所用的黏結劑為瑞士Sika公司生產(chǎn)的Sikadur-30型樹脂.上述材料的力學性能指標如表1 所示，各試件的參數(shù)設計如表2所示.

1.2 凍融試驗方法

本次凍融循環(huán)試驗參照ASTM C 666/C 666M-03《混凝土抗速凍和速融的標準試驗方法》采用快速凍融法，在國產(chǎn)TDS-300型凍融試驗機（內徑尺寸1 175 mm×520 mm×500 mm）上進行，每次凍融循環(huán)為4 h，試驗中心溫度分別為（-18±2）℃和（4±2）℃.試驗凍融循環(huán)次數(shù)分別選擇為0次、150次和300次.

1.3 試驗加載與量測

本文試驗采用單剪拔出試驗方法，試驗裝置如圖1所示.

試驗采用荷載傳感器控制加載荷載的大小，以1 kN/min的加載速率進行加載，CFRP應變采用TDS-530靜態(tài)應變儀記錄.沿CFRP板條的黏結長度布置多個應變測試點，在加載端附近應變片適當加密，取30 mm間距連續(xù)布置3個電阻應變片，之后取間距40 mm直至自由端，應變片布置如圖2所示.另外，在CFRP板條加載端和自由端布置CDP位移傳感器以測量滑移值.

2 試驗結果及分析

2.1 凍融循環(huán)作用對混凝土性能的影響

如前所述，大量研究表明凍融循環(huán)作用對FRP與混凝土之間的黏結有顯著影響[11-15].但對于這一影響的作用機理現(xiàn)有研究仍存在明顯分歧：部分學者認為凍融循環(huán)是通過劣化混凝土力學性能降低了FRP-混凝土間黏結性能，另有研究人員提出凍融循環(huán)是削弱了FRP與黏結樹脂的結合能力.鑒于此，本文考察具有不同抗凍性能的混凝土，包括C30，C60，摻減水劑的CW30和防凍劑的CA30等，在凍融循環(huán)作用下與FRP黏結性能的變化規(guī)律，以揭示凍融循環(huán)對FRP-混凝土黏結的劣化機制.

本文試驗首先考察了凍融循環(huán)作用下，C30，C60兩種強度等級的混凝土，以及摻減水劑的C30混凝土（CW30）、摻防凍劑的C30混凝土（CA30）的力學性能變化規(guī)律.其中C30，C60混凝土的立方體試塊分別經(jīng)歷0次，150次，225次和300次凍融循環(huán)；CW30，CA30混凝土分別承受0次、150次和300次凍融循環(huán)，再通過荷載試驗測試其抗壓強度，結果如圖3所示.

由圖3可知C30混凝土受凍融循環(huán)作用后，強度降低相當明顯，凍融300次強度下降達26.6%，這說明凍融循環(huán)造成了C30混凝土的顯著損傷和性能下降.但C60混凝土反而出現(xiàn)強度增大現(xiàn)象，這可能是因為：一方面C60混凝土內部孔隙率較低，密實性較好，因此抗凍能力較強；另一方面C60混凝土的水灰比較低，隨著凍融循環(huán)有少量水分進入到混凝土內部，致使C60混凝土進一步水化，在凍融循環(huán)次數(shù)不過高時，水化對混凝土強度的提高效應大于凍融環(huán)境的退化效應，因此C60混凝土強度有所增長.

降低水灰比和摻防凍劑也是提高混凝土抗凍性能的有效手段，因此本文還考察了設計強度同樣為C30，但摻有減水劑（CW30）和引氣防凍劑（CA30）的混凝土在凍融循環(huán)下的力學性能變化規(guī)律.試驗結果表明，經(jīng)歷150次和300次凍融循環(huán)后，CA30的力學性能略有下降，立方體抗壓強度分別降低了3.6%和9.4%，遠較C30混凝土為??；CW30的力學性能出現(xiàn)了起伏，150次凍融循環(huán)后立方體抗壓強度下降了11.6%，但300次凍融循環(huán)后立方體抗壓強度卻提高了12.6%，這應該是由于混凝土強度的離散性所致.總體上，摻防凍劑和減水劑都有效改善了混凝土的抗凍性能，在此基礎上本文進一步比較了不同混凝土抗凍性能對凍融下嵌貼CFRP-混凝土黏結的影響.

2.2 凍融循環(huán)作用下混凝土性能對界面黏結的影響

在考察凍融循環(huán)對混凝土力學性能影響的基礎上，本文進一步研究了C30，CA30，CW30和C60等4種不同性能的混凝土與FRP黏結拔出試驗分別進行不同次數(shù)凍融侵蝕后的靜力試驗，試驗結果如表3及圖4所示.由表3中數(shù)據(jù)可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，普通C30混凝土試件的黏結荷載力逐漸降低，同時破壞模式也由CFRP板條的拉斷破壞轉變?yōu)轲そY界面的剝離（圖5）.黏結性能的退化和破壞模式的轉變應該是主要因為凍融循環(huán)對C30系列試件的混凝土力學性能產(chǎn)生了劣化作用.如前所述，凍融次數(shù)為300次時C30混凝土的立方體抗壓強度降低了26.6%，也可觀察到棱柱體試件表面混凝土呈現(xiàn)明顯的酥松狀，這導致了混凝土表面薄層與樹脂的結合力下降，從而出現(xiàn)黏結界面剝離，黏結承載力降低15%.

如前所述，CA30系列試件通過對混凝土摻防凍劑提高了混凝土的抗凍性能，經(jīng)歷300次凍融循環(huán)后混凝土立方體抗壓強度下降9.35%，遠遠低于C30混凝土.混凝土抗凍性能的變化導致了凍融循環(huán)作用下表層嵌貼的CFRP與混凝土間黏結性能沒有出現(xiàn)顯著退化，試件CA30-L300-0在62 kN時破壞于CFRP拉伸斷裂，而經(jīng)歷了凍融循環(huán)的試件CA30-L300-150和CA30-L300-300分別于60 kN和64 kN時破壞于黏結界面剝離（圖6）.經(jīng)歷300次凍融循環(huán)后CFRP與抗凍混凝土間的黏結承載力顯著高于CFRP與普通C30混凝土（試件C30-L300-150和C30-L300-300）；并且，雖然破壞模式不同，但試件CA30-L300-300破壞時的極限荷載甚至略高于CA30-L300-0.

混凝土立方體強度試驗表明，降低水灰比也有效控制了凍融循環(huán)對混凝土的劣化，CW30混凝土的強度經(jīng)歷過凍融后強度沒有被顯著削弱，CW30-300的強度反而有所增加.與之對應的是，摻減水劑的CW30系列試件破壞模式均為FRP拉伸斷裂.CW30-L300-0在54 kN時CFRP板條被拉斷，CW30-L300-150在46 kN時發(fā)生CFRP斷裂，這可能是因為錨具的安裝問題所致，而CW30-L300-300是在50 kN出現(xiàn)FRP斷裂，對比試件C30-L300-300在47 kN時的黏結剝離破壞模式，有理由認為摻減水劑引起的混凝土抗凍性能增強也提高了CFRP-混凝土界面黏結的抗凍融循環(huán)能力.

與CW30試件類似，C60系列試件的破壞模式也均為CFRP板條拉斷，其中試件C60-L300-300甚至在66 kN發(fā)生FRP斷裂而不是黏結剝離破壞，說明經(jīng)過300次凍融后，嵌貼CFRP-混凝土間的黏結承載力也超過了66 kN.與CA30-L300-300在64 kN發(fā)生黏結剝離破壞相比，C60-L300-300更高的界面黏結承載力應該是C60試件混凝土強度更高所致.從上述試件的試驗對比可得出結論，凍融循環(huán)作用所導致的表層嵌貼CFRP-混凝土黏結性能降低主要源自于凍融作用下混凝土的損傷和性能退化，當混凝土抗凍性能得到改善時，凍融循環(huán)對嵌貼CFRP與混凝土間黏結性能的退化效應也得到了顯著控制.

圖7和圖8描繪了經(jīng)過300次凍融循環(huán)后，混凝土具有不同抗凍性能的試件在30 kN拉伸荷載作用下的CFRP應變和界面黏結應力分布.由圖7可看出，相同荷載作用下試件C30-L300-300的應力傳遞長度顯著大于其它混凝土具有一定抗凍性能的試件，這說明經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，混凝土的退化導致了CFRP與混凝土界面的黏結強度顯著下降，需要更大的應力傳遞長度以抵抗相同的拉拔荷載.圖8更加清晰地反映了這一點，在30 kN的拉伸荷載下試件C30-L300-300的界面黏結應力峰值已經(jīng)向自由端移動，而CW30-L300-300和C60-L300-300的黏結應力峰值仍在加載端.

經(jīng)過300次凍融循環(huán)后各試件的加載端荷載滑移曲線如圖9所示.由圖可以看出加載初期各試件的荷載滑移曲線較為接近，隨著荷載增大試件C30-L300-300的滑移增量顯著大于其它試件，這驗證了之前的分析：相比其他試件而言，普通C30混凝土試件受凍融侵蝕更加嚴重，凍融引起的普通C30混凝土性能退化導致了嵌貼CFRP-普通C30混凝土界面黏結強度下降.另外，圖10繪制了各試件的加載端黏結應力滑移曲線.可以看出，凍融試件C60-L300-300和CW30-L300-300和C30-L300-300的黏結滑移曲線應力峰值依次遞減，相同凍融次數(shù)下C30-L300-300的峰值應力較C60-L300-300降低了約26%，并且峰值應力對應的滑移值也有顯著增加，因此黏結滑移曲線上升段的割線斜率顯著減小，可見混凝土性能提高可以明顯地改善凍融循環(huán)作用下嵌貼 CFRP-混凝土試件的黏結性能.

2.3 凍融循環(huán)作用下槽壁厚度對界面黏結的影響

作者已有工作表明[9]，槽壁厚度（槽壁至試件邊緣距離）對嵌貼FRP-混凝土的黏結性能有顯著影響，過薄的槽壁混凝土難以抵抗由嵌貼CFRP傳遞來的剪應力和拉應力，因此槽壁厚度較小時可能發(fā)生槽壁混凝土的剪切破壞；另一方面較小的槽壁厚度也對應著較小的截面剛度，降低了對嵌貼FRP的約束.鑒于此，本文對凍融條件下槽壁厚度對嵌貼CFRP-混凝土黏結性能的影響進行了探索.

表4比較了不同槽壁厚度試件在經(jīng)過不同次數(shù)凍融循環(huán)后的黏結性能變化.從表中可看出，槽壁厚度由70 mm減小至40 mm后，試件黏結承載力有所降低，破壞模式由FRP拉斷變?yōu)榱损そY界面剝離，并且在加載端較薄槽壁側混凝土出現(xiàn)了斜裂縫.說明本文試驗中40 mm的槽壁厚度無法抵抗CFRP受拉所引起的混凝土內剪應力及拉應力，槽壁開裂后混凝土對CFRP板條的約束減小，導致界面發(fā)生黏結剝離破壞.

經(jīng)過150次凍融后，試件C30-G40-150的極限荷載較C30-L300-150略小，破壞模式也同樣為界面黏結剝離破壞，但因為槽壁厚度較薄，前者的黏結行為呈現(xiàn)出了較大的不同：20 kN時在較薄的槽壁一側20 mm處（約槽壁厚度一半）出現(xiàn)斜向FRP板發(fā)展的裂縫，荷載增加至34 kN時另一側槽壁同樣出現(xiàn)斜裂縫，兩側裂縫共同形成錐形的混凝土破壞面，如圖11所示；繼續(xù)增加荷載至40 kN時，沿CFRP板出現(xiàn)裂縫并隨著荷載的增加逐漸向自由端擴展，48 kN時發(fā)生界面黏結剝離，CFRP板條被拔出，加載端混凝土呈現(xiàn)較明顯的錐形破壞面.需要指出的是，槽壁厚度為70 mm的C30-L300-150沒有出現(xiàn)類似的裂縫形態(tài).出現(xiàn)錐形斜裂縫的原因應是凍融循環(huán)作用導致混凝土力學性能下降后，40 mm的槽壁厚度不足以抵抗荷載引起的拉應力.由此可看出，減小槽壁厚度導致嵌貼FRP的界面黏結性能進一步下降.試件C30-G40-300由于夾錨問題，在38 kN時發(fā)生FRP斷裂的非正常破壞.

圖12描繪了不同槽壁厚度試件在不同次數(shù)凍融后的黏結滑移曲線.從圖12可看到，與凍融150次后相比，凍融300次后C30-G40系列試件和C30-L300系列試件的黏結峰值應力都有顯著下降，其中C30-L300-300的峰值應力較C30-L300-150降低19.8%，C30-G40-300較C30-G40-150降低24.2%，反映出凍融循環(huán)削弱了FRP-混凝土界面的黏結能力，而槽壁較薄時其性能下降幅度更大；另一方面，試件C30-G40-150對應峰值黏結應力的滑移值略大于C30-L300-150，C30-G40-300也略大于C30-L300-300，從圖中也可看到C30-G40系列試件的黏結滑移曲線上升段的斜率更小，表現(xiàn)出了更明顯的黏結強度退化趨勢.

從上述分析可看出，減小槽壁厚度增大了混凝土內應力，加上凍融循環(huán)侵蝕下混凝土強度降低，可能導致槽壁混凝土開裂，嵌貼FRP受到的約束被削弱，界面黏結強度進一步降低，更容易發(fā)生剝離破壞.在凍融侵蝕環(huán)境下，為充分發(fā)揮CFRP板條的抗拉強度并避免槽壁混凝土開裂，需保證一定的槽壁厚度.

2.4 凍融循環(huán)作用下膠層厚度對界面黏結的影響

表層嵌貼FRP與混凝土之間的膠層厚度顯著大于外貼的FRP.在凍融循環(huán)條件下不同的膠層厚度能否導致不同的黏結性能，是研究人員關心的問題之一.本文試驗通過采用不同厚度的板條改變膠層厚度，考察了凍融循環(huán)作用下不同膠層厚度的影響，試驗結果如表5所示.表中T4.5-L450系列試件采用了厚度為4.5 mm厚的CFRP板條，黏結長度相應延長到了450 mm，所采用的混凝土棱柱體尺寸為150 mm×150 mm×500 mm，混凝土強度與C30-L300系列試件相同，槽寬也同樣為10 mm，則平均膠層厚度為2.7 mm.

經(jīng)歷150次凍融循環(huán)后，試件T4.5-L450-150在加載至66 kN時擋板處混凝土邊緣出現(xiàn)裂縫，這是由于加載端混凝土受壓不均勻所致，此時黏結界面完好，沒有出現(xiàn)裂紋.繼續(xù)增加荷載至72 kN時，加載端槽兩側的樹脂混凝土黏結界面出現(xiàn)裂紋（圖13），且隨著荷載進一步增加界面裂縫不斷擴展且聽到其發(fā)展聲音，繼續(xù)增加荷載至82 kN時黏結試件出現(xiàn)通長裂紋，自由端可見明顯裂縫，繼續(xù)加載至86 kN時荷載突然大幅下降至66 kN，繼續(xù)加載時荷載無法維持，加載至68 kN后荷載又下滑至50 kN，繼續(xù)補加荷載時荷載值掉至30 kN，保持穩(wěn)定.

試件T4.5-L450-300加載至30 kN時加載端槽兩邊的混凝土出現(xiàn)細小裂紋，但黏結界面保持完好，沒有出現(xiàn)開裂跡象，加載至70 kN時加載端黏結界面突然出現(xiàn)長度約為5 cm的裂縫，當荷載繼續(xù)增加時裂縫逐漸向自由端擴展（圖14），加載端滑移也出現(xiàn)突然的顯著增長.當荷載增加至84 kN時，F(xiàn)RP板條突然斷裂破壞.鑒于FRP板條斷裂荷載遠小于其抗拉承載力，并且斷裂時黏結界面已經(jīng)出現(xiàn)超過大半黏結長度且持續(xù)發(fā)展的明顯裂縫，因此判斷FRP斷裂是錨具安裝誤差所致，該試件破壞模式仍應為界面黏結破壞.

由上述描述可知，經(jīng)歷凍融循環(huán)后，膠層厚度減小的試件發(fā)生了顯著的黏結承載力退化，并且破壞模式由CFRP拉斷轉變?yōu)樵跇渲炷两缑姘l(fā)生的黏結破壞，清晰表明凍融循環(huán)作用引起的混凝土性能退化導致了嵌貼FRP-混凝土黏結性能的下降.值得注意的是，膠層厚度較小的T4.5-L450試件其黏結承載力的降低幅度顯著大于C30-L300試件（前者經(jīng)歷150，300次凍融循環(huán)后承載力分別降低33.8%，35.4%；后者分別降低7.2%，14.5%），這應當是膠層厚度減小和黏結長度增加所共同導致.

由于黏結破壞面位于樹脂混凝土界面，膠層厚度較小時，對應著較小的黏結面積（圖15），因此凍融循環(huán)作用下破壞模式由FRP拉斷轉變?yōu)榻缑骛そY破壞時，除了界面黏結性能下降之外，膠層厚度對應的較小的黏結面積也導致黏結承載力進一步減小.另外，與外貼FRP不同，嵌貼FRP與混凝土之間發(fā)生黏結剝離之后在界面上仍存在殘余摩擦力，沿黏結長度的黏結應力和殘余摩擦應力分布如圖16所示.經(jīng)歷凍融循環(huán)后，剝離界面的殘余摩擦應力由于混凝土性能的退化而降低，由于T4.5-L450系列試件黏結長度（450 mm）大于C30-L300系列試件（300 mm），更大的黏結長度對應更顯著的凍融所致殘余摩擦力損失，因此T4.5-L450系列試件的黏結承載力退化顯著大于C30-L300系列試件.

3 結 論

本文通過24個混凝土立方體試件的凍融抗壓試驗和21個嵌貼CFRP-混凝土棱柱體試件的拔出試驗，研究了凍融循環(huán)作用對混凝土強度的影響，分析了凍融循環(huán)對嵌貼FRP黏結的退化機理，討論了凍融循環(huán)作用下混凝土強度、槽壁厚度及膠層厚度等因素對嵌貼CFRP-混凝土試件界面黏結性能的影響，得出以下結論：

1）普通C30混凝土凍融300次后強度降低26.6%；但高強混凝土如C60因二次養(yǎng)護效應，其在300次凍融作用后的強度反而稍有提高；凍融循環(huán)對摻入減水劑和防凍劑的混凝土CW30和CA30均沒有顯著影響.拔出試驗表明，凍融引起的混凝土性能退化導致了嵌貼FRP-混凝土黏結承載力降低及破壞模式轉變，但對于具有防凍能力其性能未出現(xiàn)顯著下降的混凝土CW30，CA30和C60，其與嵌貼FRP之間的黏結性能沒有明顯降低.這一結果表明，凍融循環(huán)作用引起的嵌貼FRP-混凝土黏結性能下降主要源于混凝土性能的退化.

2）凍融循環(huán)作用下減小槽壁厚度可能導致破壞模式轉變及更顯著的黏結性能退化.槽壁厚度由70 mm減小至40 mm時，未經(jīng)歷凍融循環(huán)的試件破壞模式變?yōu)榻缑骛そY破壞，表明較薄槽壁對嵌貼FRP的約束較??；經(jīng)歷150次凍融循環(huán)后，由于混凝土強度降低和槽壁厚度減小導致拉應力增大，試件先在40 mm厚槽壁側出現(xiàn)斜向裂縫，繼而在另一側也出現(xiàn)相同裂縫，共同構成混凝土錐形破壞面.另外槽壁厚度從70 mm減小至40 mm時，凍融循環(huán)150次后界面黏結峰值應力的降低幅度由19.8%增大至24.2%，峰值應力對應的滑移也略有增加.

3）本文試驗中，膠層厚度減小為2.7 mm，黏結長度為450 mm的試件在經(jīng)歷150，300次凍融循環(huán)后，黏結承載力分別下降33.8%和35.4%，破壞模式轉變?yōu)闃渲炷两缑骛そY破壞.這應是因為較小的膠層厚度減小了黏結破壞面的面積；同時凍融循環(huán)作用引起的混凝土性能退化導致了黏結界面的強度和剝離界面的殘余摩擦力都有所降低；兩者疊加效應導致了破壞模式的轉變和黏結承載力顯著減小.

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