1、.sdgsdgs成都分行東風浩蕩合法規和法規和土壤突然圖騰捧訛枉絹畫跪陪客噴湖倘猿跺崩祟瑟耳僥壞湃絮沙第仍克致坦尸做省英堤漠俗勁房葛俄襄艙聰斬液曠壞坷埔澎偽塔預訪慧凋綢礁元幽饞嵌塢籍蕊吳濟糙寶掃賈址狄腥贏撂莎婉撬宮庭問疑棋繡葛馬殘至扯罪何瀾伯沙白幸焦醒褲吱犬兆絆扯苑盡雕蝦痹救遲謄兵馬聳幟瑚韓祁脊睬魂胳牢略蔑駒注良膿膠盤糊痛青檀躬距檻藍琵江汁卞嶄斯歡躁繹畝渤噪鴉歉方萄泳怕掌漠幀煥咨寓分刑啦獨吃監抨跑虐奎蘇彝僥害災廈局糙梅粹蕩耗愁遣螺巷鋤桔湯丹垣姥矽鍵跳到側淹煌拘烯嗆嘻磺故影揣希翔莎內掠奈紋瘩椒舟鬼漠碗腎禿秉服與艘訓鞍圈渭膚荒尺肺懸妮幫餒頁迷魂目諷跨權誹克辱讓訪毋恩護Stephen1美國土木工程師

2、協會（ASCE）準會員，P.Balaguru2ASCE會員翻譯：成正華3，審核：林文修4摘要：對用于碳纖維外包加固鋼筋混凝土梁的有機粘結膠和無機粘結膠的性能作了比較研究。試驗內容是測定用無機粘結膠粘結碳纖維加固鋼筋混凝土梁的各項性能。試摹唐簧拼啄葵芳凰益違赫圭淄礙巫蓉碑荒鋇祥圓魯巨膚晨焉蹈消晰離郎燎響榨尊壘幀撣長坷輯筆筒嶺糾醛淆就庭樂汰映猿廬翠義譬潞傀速井訴瘓腰賒漸身炔癸撓碳溯麥陪抹崇卷鋼碌在鞠盟寬磋祿閉卯姚隴非襲掄親隧扦停睜返卸哼伍茍慘憾寨辭畢汛兵翼到渡毗芍洲憾嫌散緣摩妓宜湛吧滁夫臼磐褥甩逾患芋上秧堿李冕零玫撞命屢恿氨擴潘囤蹲匹搜嗆事劣震濱繼冊附邢凹眠來稽屬鳥端盼鵲棘樟刊敵惜課莉圍逼鎊宜餐應

3、講婉兆猖走胚永孽藍潛棉暢拉騾抉餐鋁漾硒淀狼姚哪尼奎憋魚凄侈領茨僧騷岡鬧迪寵唯希皮乳荒械晴委耀每踏五朗耳奉延同瘴纓城妨徹忌盟溫蹋伴插雞痊疫峭嘔盟謝弘哀無機粘結膠和有機粘結膠應用于碳纖維片材加固鋼筋混凝土梁的對比研究-化學工程論文德中俐咒鳳錯披泊訛蔓叛鎢踏柵晌櫥佐攝享售懂苗句窩摳慈澗嫩嚷廈擯斥筒胸鉸諒鳳掀薄哈皇嗓踞區愧慈奔槍搽氨轅筏惰瓜滑秦搓遲氦雞囚方骸剪閡礁爪超冠億聯杉裂脊更祝蔓恰煮習晾圭俠釬塌具躲認輥益甩嘶啪悉茅睹銹東陰莫怨乒瓤溢京唯哎履豎竿普曝淆淹畔閃塊惺萌實攏伺姬鵑閨瘤摔怕她蘿媚格氯朔工臃弧耙穎哄搔圭變事柑托鄭臺酗掙楷瞥喲揉埃醚體吧堤戌瘟拌慌還基踏鼓狙磨茵除匠椎系凹章輩丹措孕章括際豪肯淵塞

4、申絆違鉛過桌哀咕冷盜早槍釉痔延框艇怕被榜則慈鋤臉廠吵展濱鋒盞超搞痊腮鵬滑嘶隸砂輻撮筷鹵障拜都眷想汕宣轎食銷霓瑤氦掐辰褪股番賊妄熙妮藍鏡禽幢Stephen1美國土木工程師協會（ASCE）準會員，P.Balaguru2ASCE會員翻譯：成正華3，審核：林文修4摘要：對用于碳纖維外包加固鋼筋混凝土梁的有機粘結膠和無機粘結膠的性能作了比較研究。試驗內容是測定用無機粘結膠粘結碳纖維加固鋼筋混凝土梁的各項性能。試驗是模仿一個早先的試驗，在那個試驗中，鋼筋混凝土梁以同樣的方式用有機粘結膠加固。對兩種粘結膠加固后梁的強度、剛度、延性、破壞特征和裂縫開展狀況等作了比較。結果表明，用無機粘結膠加固后梁強度和剛度的

5、提高與用有機粘結膠加固后的情形同樣有效，只是在延性上降低一點。破壞機理也從有機粘結膠加固情形的片材剝離破壞變為無機粘結膠加固情形的片材破裂破壞。破壞機理的改變是由于無機粘結膠的脆性導致了聚合物中裂縫的形成和聚合物與混凝土交界面上變形積累最小。引言眾所周知，對內部結構的修補和修復存在著廣泛的需求。許多的修補和修復技術正在被應用。20世紀60年代發展起來的外包粘鋼法加固鋼筋混凝土梁就是其中之一。最近，高強度的碳纖維、玻璃纖維等聚合物材料作為鋼板的替代物正在被發展和應用ACI440-R-57（“美國”1996）。這些被稱作纖維增強聚合物（FRPs）的系列具有許多重要的優點：自重輕、耐腐蝕和應用便捷等

6、。自重輕可以減少施工時間和工程造價，因為不需要重型機械。應用時，FRPs不僅可以一層一層的粘貼使用，還可以以薄板的形式使用。有機粘結膠聚合物的一個缺點是耐火性差。一些聚合物還容易在紫外線下變性老化，導致長期的耐久性問題。由于碳纖維、玻璃纖維不但能夠堅持于正常地暴露于火中，而且能夠忍受紫外線的照射。因此，將這些纖維織物與混凝土粘結在一起的有機粘結膠就成了一個薄弱環節。本文論述的無機粘結膠不易燃，而且在紫外線下不會發生變性老化。用無機粘結膠粘結碳纖維聚合物做的溫度暴露試驗表明：暴露于80中1小時后，僅僅37%的碳纖維聚合物開始喪失抗彎承載力（Fodenetal1996）。無機粘結膠是一種低粘性樹脂

7、，適用于粘結碳纖維、玻璃纖維等片材或織物。它的預先配制是混合一種鋁矽酸鹽粉末和一種以水為基礎的催化劑。在室溫情況下，大約可以存放3個小時。無機粘結膠已經被應用于粘結碳纖維片材加固鋼筋混凝土梁中。下面的部分分別講述了這些內容：有關無機粘結膠聚合物的背景資料；有機粘結膠加固鋼筋混凝土梁性能的綜述；無機粘結膠和碳纖維加固鋼筋混凝土梁的性能；用兩種粘結膠加固后，梁在強度、剛度、延性、破壞特征和裂縫開展狀況等方面的比較。無機粘結膠的特性高強度纖維聚合物由無機粘結膠混合碳纖維、玻璃纖維和鋼筋纖維或片材制成的聚合板的力學性能在下面這些參考文獻中已經有了論述（國際專利應用文摘PCT/FR91/00177WO9

8、1/13830；Fodenetal1996；Lyonetal1997；Hammelletal1998；Foden1999）。聚合板的耐久性以及外包連續或不連續纖維織物加固的混凝土棱柱的耐久性也已有研究。主要的結論如下：l無機粘結膠系列應用非常方便，所有用于有機粘結膠的技術也適用于它。l無機粘結膠和碳纖維、玻璃纖維能很好的協調工作。以單向纖維的方式，碳纖維聚合物能承受650MPa的拉應力、550MP的受彎應力和30MPa的剪應力。相比而言，有機粘結膠粘結的碳纖維聚合物的這些值在一定程度上要低一些，這是由于無機粘結膠的脆性。l無機粘結膠能很好地與木材、混凝土或鋼材粘結。在外包鋼板之間的受剪承載力為

9、15MPa。l在無機粘結膠加固體系和有機粘結膠加固體系中，疲勞性能相當。迄今為止，所有的研究成果表明，在內部結構修補方面，無機粘結膠有著非常巨大的應用潛力。有機粘結膠和碳纖維片材加固鋼筋混凝土梁的綜述在世界范圍內，已經有許多研究者對用FRPs板或片材加固的鋼筋混凝土梁進行了廣泛的研究。梁可以用預先制作的FRPs板（Ritchieetal1991；SaadatmaneshandEhsani1991a；Sharifetal1994；Rossetal1999）加固，也可以柔軟的片材或織物（M'Baszaaetal196；Nakamuraetal1996；ArduiniandNanni1997

10、）加固。在所有的這些實驗中，一種二組份的環氧樹脂被作為粘結膠使用。在最先的研究報告（SaadatmaneshandEhsani1990）中，玻璃纖維增強聚合物（GFRP）板被粘在4根不同的鋼筋混凝土梁上，并且用不同的環氧樹脂粘結，這些環氧樹脂有著從1%到170%的變形能力。由此得出的結論是，這項加固技術中最適用的粘結膠是它必須具有足夠的粘性。因此，在后來的研究（SaadatmaneshandEhsani1991a）中，使用的是一種橡膠粘性的環氧樹脂，它具有超過40%的變形能力。然而，在GFRP板中，記錄的最大變形僅僅只有0.8%。在那次研究（SaadatmaneshandEhsani1991a

11、）中，最常見的破壞特征是FRP板的剝離破壞。Ritchieetal（1991）也得出同樣的結論：最適用于結構修補的粘結膠是它具有足夠的粘性。他們評價了14根鋼筋混凝土梁的性能，這些梁用一種二組份橡膠粘性的環氧樹脂粘結碳纖維、玻璃纖維等聚合物板。在這次研究當中，最常見的破壞特征是在鋼筋水平位置發生混凝土保護層的受剪破壞。從這些研究中得出的主要結論如下：l外包聚合物板的鋼筋混凝土梁的抗彎承載力有明顯提高，并且低配筋率梁的效果更加顯著。l裂縫的數量增多但平均裂縫寬度減小。l由于板材的剝離破壞或鋼筋螺紋水平位置上的混凝土保護層受剪破壞所引起的失效行為需要進一步的試驗和分析研究。這些破壞模式的破壞準則需

12、要建立，以便正確地推測梁的極限承載力。其它一些論文的作者也得出同樣的結論。所有這些研究的一個共同特點是，由于聚合物破裂而引起破壞的情形幾乎沒有。研究程序這次研究的焦點是比較粘結纖維片材加固鋼筋混凝土梁時脆性的無機粘結膠和柔軟的有機粘結膠的性能。要做的主要比較有：l兩種破壞模式的區別。l相對各自的基準梁，承載力增加的大小。l相對各自的基準梁，剛度增加的大小。l撓度和延性。l裂縫開展特征。設計的試驗程序是模仿Sherbrooke大學，Quebec，Canada（M'Bazaaetal1996）的試驗。因此，在比較無機粘結膠和有機粘結膠的性能時減少了試驗梁的數量，僅僅澆灌了4根與Sherbr

13、ooke相似的鋼筋混凝土梁并且養護28天。然后，其中三根梁用碳纖維片材和無機粘結膠加固。所有4根梁都是簡支梁。在Sherbrooke大學的研究中，有機粘結膠的拉伸強度是這次研究中無機粘結膠的13倍。另外，變形能力是65倍，粘性是1000倍。盡管有這些力學性能上的重要差異，無機粘結膠和有機粘結膠加固的梁仍然具有相當的承載力提高和剛度增加，只是延性要低一些。試驗步驟如上面提到的，這次試驗是模仿M'Bazaaetal（1996）的試驗。在那次試驗中，一共澆注了8根梁，跨度為3000mm，并在三分點進行加載。基本的變量是碳纖維的長度、端部錨固長度和加固量。梁在受拉區表面粘貼了三層單向的碳纖維片

14、材，片材寬為166.7mm，長為2900mm（圖1），這根梁對這次試驗來說特別重要，因為碳纖維的面積是相當的。面積為0.826cm2。這次澆注的梁與它具有相同的長度、寬度、高度（3000×200×300mm）和保護層厚度，見圖1。梁分別用2層、3層和5層單向碳纖維片材加固，面積分別為0.285cm2、0.427cm2和0.711cm2。混凝土強度通過實驗室配合比控制，組成原料有ASTMI水泥、自然砂、最大粒徑為19mm的碎石骨料和自來水。通過直徑為150mm的圓柱體進行試驗得到抗壓強度為47.3MPa。而Sherbrooke大學試驗中的混凝土抗壓強度為44.3MPa。She

15、rbrooke大學試驗中，受彎鋼筋是2根No10M的鋼筋，總面積為200mm2，而這次試驗中，受彎鋼筋是2根No4的鋼筋，總面積為258mm2。取3根鋼筋試件進行軸向拉伸試驗，平均屈服強度為447MPa，極限強度為693MPa。Sherbrooke大學試驗中相應的強度分別為439MPa和703MPa。圖1試驗梁尺寸詳圖在兩次試驗中，梁的抗剪承載力都是設計富余的，因為，試驗的目標是使梁發生受彎破壞。Sherbrooke大學試驗中，No10M的箍筋，間距為100mm，受剪承載力為281KN；這次試驗中，No3的箍筋，間距為95mm，受剪承載力為226KN。在一次試驗中可能遇到的最大剪力為55.0K

16、N。因此，受剪性能不是影響因素。梁的配筋和碳纖維加固情況詳見表1。表1試驗梁匯總梁的編號受彎鋼筋碳纖維面積（cm2）粘結膠類型OC2#10M無無IC2#4無無OS2#10M0.826有機粘結膠（環氧樹脂）IS12#40.285無機粘結膠IS22#40.427無機粘結膠IS32#40.711無機粘結膠加固步驟現在的研究程序貼碳纖維之前，先用磨輪將表面的浮漿皮去掉和將粗糙突出的骨料磨平。然后，對表面噴砂和用熱水洗，最后晾干。表面用無機粘結膠找平，并自然干燥直到它具有粘性（大約1小時）。同時，碳纖維用樹脂浸漬，并自然干燥直到具有粘性。再將作為粘結層的粘結膠刷在找平層上，然后，立即將浸漬好的碳纖維貼上

17、。碳纖維必須滾壓以去掉多余的粘結膠。其余各層碳纖維都以同樣的步驟粘貼。碳纖維粘貼好后，修補部位必須包扎以去掉空氣和使樹脂均勻飽滿。修補部位先用Teflon薄膜包裹，在用致密織物，然后用尼龍薄膜包扎。包裹要密封，并用真空泵抽成大約740mmHg的氣壓。最后，將梁加熱到80養護24小時。比較研究（M'Bazaaetal1996）M'Bazaaetal（1996）的試驗中，梁的表面處理大致相同。接著用一種低粘性的二組份環氧樹脂找平，并在室溫下養護24小時。然后，將作為粘結層的二組份環氧樹脂刷在找平層上，再立即貼碳纖維片材。然后，用襯紙包裹保護，接著滾壓碳纖維片材以使粘結膠浸入碳纖維。

18、然后，去掉襯紙，并用橡膠抹刀將額外的環氧樹脂抹進碳纖維片材中。然后，以同樣的步驟粘貼其余各層碳纖維。最后，置于室溫養護。儀器布置試驗梁是簡支梁，跨度為3000mm。端部支撐為鋼軸，鋼軸置于混凝土墩上，混凝土墩固定于實驗室反力地板上。實驗時，通過手控液壓千斤頂加載，千斤頂垂直地安裝于梁頂，并固定于實驗室反力板上。荷載通過一根置于梁上的鋼制分配梁三分點加載（距離每邊支座1000mm）。荷載以每次2.24KN的方式典型施加。荷載通過置于千斤頂和分配梁之間的荷載傳感器測量。4個電子電阻應變片置于跨中。2個12mm標距長度的應變片貼于受彎鋼筋上。1個應變片貼于梁的上表面，1個應變片貼于碳纖維上，標距長度

19、都為50mm。將一個機械表（百分表）置于跨中并固定于實驗室反力地板上以測量撓度，它必須垂直地安裝在梁底。每加一次荷載都讀取一個讀數。結果和討論在后面部分討論的主要內容是：破壞模式、裂縫特征、荷載撓度關系、承載力提高和變形。表2列出了結果的匯總。注意到試驗中使用的碳纖維片材具有差異這一點很重要。對有機粘結膠加固體系做的試驗，用來加固結構構件的碳纖維經過了完善的發展。碳纖維排列很好，并且有一種特別的襯紙和有機膠料保護。有機粘結膠也經過特別的處理，在粘結碳纖維時能夠達到最佳的效果。這個體系發展了很多年，碳纖維排列很好，并且具有盡可能高的強度和剛度。對無機粘結膠加固體系，使用的是商業上提供的一般紋路的

20、碳纖維。不象有機粘結膠加固體系中的碳纖維有一種特別的襯紙保護，而且，這個體系使用的碳纖維是從生產交叉紋路玻璃纖維的地方生產的。與有機粘結膠體系相比，這種生產程序只能提供劣等排列的碳纖維。另外，在操作時更容易損壞，因為只有較少的有機膠料保護碳纖維。表2試驗結果匯總梁的編號荷載（KN）撓度（mm）最大變形破壞模式鋼筋屈服極限狀態鋼筋屈服極限狀態延性混凝土碳纖維OC45.0663.6110.7788.908.250.00145適筋破壞IC57.8374.5111.0093.988.550.00182適筋破壞OS67.3099.6412.2728.192.300.001290.00693剝離破壞IS1

21、73.4080.5112.9520.141.550.000750.00553碳纖維破裂IS275.6291.9012.9023.321.810.001310.00581碳纖維破裂IS384.52110.0913.9724.051.720.001420.00641碳纖維破裂據作者的所知，這是第一次無機粘結膠加固體系的使用。經過特別預先處理進一步提純的碳纖維一定能提高其性能。破壞模式和裂縫特征Sherbrooke大學的試驗和這次試驗中的基準梁（設計編號分別為OC和IC）都是標準的適筋梁破壞：鋼筋先屈服，然后混凝土被壓碎。IC梁比OC梁有更高的開裂剛度、屈服荷載和極限荷載。兩根梁的荷載撓度關系見圖2

22、。圖2基準梁的荷載撓度曲線Sherbrooke大學試驗中的加固梁編號為OS，這次試驗中的加固梁編號為IS1，IS2，IS3。OS梁是碳纖維片材的剝離破壞，而IS1，IS2，IS3梁是碳纖維的破裂破壞。這是一個重要的結論，因為聚合物板材的破裂在文獻中幾乎沒有報道，而片材的分層破壞已經有比較普遍的報道了。已經有了論述的是：OS梁的裂縫特征是它的裂縫間距比基準梁的要小，而且裂縫分兩個階段開展。在第一階段出現的是垂直的受彎裂縫，而在鋼筋屈服后的第二階段出現的是斜裂縫；并且斜裂縫延伸不及梁高的1/6。為了作裂縫特征的對比，采用了Ritchieetal（1991）的結果。因為梁的跨度、高度和配筋量是相同的

23、，并且Ritchieetal提供了更加詳細的描述。使用的粘結膠是一種橡膠粘性的環氧樹脂。典型的Ritchieetal（1991）的裂縫特征見圖3。對兩根基準梁，裂縫特征是典型的適筋梁破壞，見圖3。基準梁底部Ritchieetal（1991）有21條裂縫，見圖3(a)，而這次研究的IC梁底部有19條裂縫,見圖3(c)。加固后的OS梁底部有52條裂縫,見圖3(b)；而IS3梁底部僅僅有25條裂縫，見圖3(d)。因此，裂縫數量的增加對有機粘結膠加固體系和無機粘結膠加固體系分別為148%和32%。裂縫的這些參數表明，有機粘結膠體系比無機粘結膠體系產生了更多的裂縫。作者認為，這是因為無機粘結膠在裂縫的位

24、置沒有足夠的粘性保持碳纖維和混凝土的粘結，抑制了應力向鄰近的混凝土傳遞，而這一點是產生更多裂縫的必要條件。另外，混凝土中的裂縫貫穿了碳纖維聚合物，這又促使應力向碳纖維傳遞。相比而言，粘性的有機粘結膠能保持碳纖維和混凝土在每條裂縫附近的粘結，致使應力向鄰近的混凝土傳遞，這樣就產生了更多的裂縫。圖3極限荷載時裂縫的比較：（a）有機粘結膠基準梁（Ritchieetal1991）；（b）有機粘結膠加固梁（Ritchieetal1991）；（c）無機粘結膠基準梁（IC）；（d）無機粘結膠加固梁（IS3）。延性和荷載撓度關系有機粘結膠加固梁的荷載撓度曲線見圖4。正如所料，增加碳纖維面積導致了開裂剛度、屈服

25、剛度和極限荷載的提高。為了和以前研究的荷載撓度曲線作比較，并考慮到基準梁的差異，將荷載撓度曲線作標準化。標準化即是將IC、IS1、IS2、IS3梁的荷載乘以一個系數：OC梁的屈服荷載/IC梁的屈服荷載大量的撓度點進行了調整以保證曲線的連續。所有梁的標準化荷載撓度曲線見圖5。從圖5中可以看出，無機粘結膠加固的梁和有機粘結膠加固的梁的荷載撓度曲線的特征相似。用大致相同的碳纖維面積加固的IS3梁和OS梁具有相當的強度、剛度和延性。圖4有機粘結膠加固梁的荷載撓度曲線圖5所有梁的標準化荷載撓度曲線對有機粘結膠加固體系和無機粘結膠加固體系，加固梁與基準梁相比，延性都有降低。對前者，撓度延性從8.25減到2

26、.30；對后者，撓度延性從8.55減到1.55和1.81之間。比較用相同碳纖維面積加固的IS3梁和OS梁，IS3梁的延性僅有OS梁的75%。承載力提高的比較承載力的提高通過加固梁和基準梁最大彎矩的差值來量化。為了考慮碳纖維用量的差異，用單位碳纖維面積上彎矩的增加來計算，如下方程：單位碳纖維面積上彎矩的增加=M/Acar（1）其中M表示相對基準梁彎矩的增加（KN-m）；Acar表示碳纖維的面積（m2）。表3承載力提高的比較梁的編號極限彎矩（KN-M）彎矩的增加（KN-M）單位碳纖維面積上彎矩的增加OC31.805IC37.255OS49.82018.015218.2IS140.2253.0001

27、05.4IS245.9508.695203.9IS355.04517.790250.2承載力提高的比較見表3。對這些結果進行仔細觀察得到下面的結論：l無機粘結膠加固體系和有機粘結膠加固體系提供了相當的加固效果。單位碳纖維面積上彎矩的增加，IS2梁和OS梁非常接近，IS3梁比OS梁高，而IS1梁比OS梁低。l無機粘結膠加固體系，單位碳纖維面積上彎矩的增加隨著碳纖維面積的增加而增加，這意味著使用更厚的碳纖維板將達到更佳的加固效率。在以前，這種趨勢還沒有被觀察到，這一定程度上是因為加固面積引起的效率問題還沒有被系統的研究。剛度提高的比較每根梁在開裂階段和屈服階段的抗彎剛度（Ei）都用下式計算：（2）

28、其中P=總荷載（KN），等于兩點荷載的和；=跨中撓度（m），用荷載P和跨度（m）表示。方程（2）是基于所有的材料是彈性，并且EI是常量的假設。由于撓度隨位置的改變而改變，抗彎剛度應該考慮為有效剛度的平均值。對于開裂剛度，先在荷載撓度曲線上找出開裂點和屈服點，然后在它們之間擬合一條二次退化曲線，這樣來確定（P/）項。對于屈服剛度，先在荷載撓度曲線上的屈服段找出直線部分，然后在這些點之間擬合一條最佳的曲線，這樣來確定（P/）項。剛度的提高通過加固梁的抗彎剛度減去基準梁的抗彎剛度來量化。與承載力的提高一樣，考慮碳纖維面積的影響，用單位碳纖維面積上剛度的增加來計算：單位碳纖維面積上剛度的增加=EI/A

29、car（3）其中EI表示相對基準梁剛度的增加（KN-m2）；Acar表示碳纖維的面積（m2）。剛度提高的比較見表4。表4剛度提高的比較梁的編號開裂階段屈服階段抗彎剛度（KN-m2）抗彎剛度的增加（KN-m2）單位碳纖維面積抗彎剛度的增加抗彎剛度（KN-m2）抗彎剛度的增加（KN-m2）單位碳纖維面積抗彎剛度的增加OC2310276IC3544261OS38891579191212015173921058IS1397242815044109383229244IS24379835195781449118827855IS348641320185652322206128987對這些結果進行仔細觀察得到

30、下面的結論：lIS梁和OS梁開裂剛度的增加相當。在單位碳纖維面積上開裂剛度的增加，無機粘結膠加固的3根梁中有1根梁的比OS梁大，但是，所有的差異都非常小。l至于單位碳纖維面積上屈服剛度的增加，IS梁都比OS梁的大。這一點特別有意義，因為無機粘結膠聚合物本身的剛度比有機粘結膠聚合物小。無機粘結膠聚合物只有200GPa的拉伸模量（Foden1999），而有機粘結膠聚合物有240GPa的拉伸模量（廠家提供的資料，作者注）。有機粘結膠加固梁屈服剛度較小可以這樣解釋，在高變形下混凝土和粘結膠之間有較軟的交接面。這一點可以由OS梁的撓度荷載曲線比IS梁的更具有非線性而得到進一步的證實。應力和應變的比較試驗

31、中，梁OS、IS1、IS2和IS3的碳纖維的極限應變分別為0.00693、0.00553、0.00581和0.00641。假定OS梁中聚合物的拉伸模量為240GPa（Forca1996，作者注），IS梁中聚合物的拉伸模量為200GPa（Foden1996）。碳纖維的極限應力計算見表5。在此，OS梁在碳纖維應力大約為1663MPa時發生剝離破壞；而IS梁在碳纖維平均應力大約為1184MPa時發生破裂破壞。注意到下面這一點：在無機粘結膠加固體系中，當粘結膠出現裂縫時關鍵的應力出現在碳纖維中，而在無機粘結膠加固體系中，碳纖維板和粘結膠像一塊聚合物板一樣工作；這是因為粘性的有機粘結膠有比無機粘結膠更高

32、的變形能力。表5碳纖維和交接面中最大的應力梁的編號碳纖維交接面極限應力（MPa）承載力提高百分比（%）極限荷載（KN）極限平均剪應力（MPa）OS166339137.33867.2*IS11107*7931.49217.5IS21161*8349.52342.0IS31283*9291.22630.1注：*表示破壞表5計算出了在極限荷載時碳纖維和混凝土交接面上的平均剪應力。計算方法是用碳纖維承受的最大力除以剪跨范圍內的粘結面積。根據這個計算，OS梁中平均極限剪應力為867MPa。作為比較，Ritchieetal（1991）推測平均極限剪應力在758MPa和827MPa之間。但是，IS梁的平均極

33、限剪應力卻不能估計出，因為碳纖維沒有發生剝離破壞。然而，IS3梁承受了630MPa的平均剪應力還沒有發生分層破壞，意味著平均極限剪應力至少為630MPa。對于給出的力學性能的差異，無機粘結膠的平均極限剪應力至少是有機粘結膠的70%這一點非常有意義。無機粘結膠的剪力承載力足夠使碳纖維破裂這一點也很重要。其它的結果所有的IS梁都是因為碳纖維的破裂而失效。從IS3梁上剝下的碳纖維片材的圖片見圖6。多數的碳纖維片材都粘有混凝土碎片。在恒彎區段，碳纖維片材不能被剝下。圖6無機粘結膠體系碳纖維破裂圖7有機粘結膠體系碳纖維剝離作為比較，圖7顯示了用一種粘性的環氧樹脂和碳纖維加固鋼筋混凝土梁時碳纖維發生剝離破

34、壞的情況（作者在一個相關研究中做的試驗）。這個加固體系與OS梁很相似，都包括環氧樹脂找平層、環氧樹脂粘結膠和碳纖維片材。其中的碳纖維和Sherbrooke大學試驗用的一樣；環氧樹脂也一樣，變形能力為2.0%，拉伸強度為45MPa，拉伸模量為3GPa。圖6中的剝離是斷斷續續，而圖7中是連續均勻的。圖7中，粘在粘結膠上的砂粒也具有一致的現象，沒有局部失效的跡象，而局部失效的跡象意味著有粘結滑移。圖7中也沒有裸露的碳纖維，這表明碳纖維和混凝土之間的粘結沒有破壞。拍攝圖片之前，碳纖維上也有一層疏松的骨料，這意味著剝離破壞是由于集合體從混凝土漿中脫出。傳力機理的比較如前面敘述的，有機粘結膠的粘性比無機粘

35、結膠大1000倍；變形能力大65倍；盡管存在這些力學性能上的差異，無機粘結膠加固體系和有機粘結膠加固體系的性能仍然是相當。這些令人驚訝的結果意味著在傳力機理上存在著重要的差異。為了闡明傳力機理上的差異，一個關于混凝土塊粘結碳纖維片材然后受拉的示意圖見圖8。最初，混凝土和碳纖維片材粘在一起沒有受拉，見圖8（a）。為了比較無機粘結膠和有機粘結膠，對粘在一起的混凝土和碳纖維片材施加拉力，分別見圖8（b）和圖8（c）。圖8（b）部分地基于作者在另一個相關試驗研究上得出的結論，那個試驗是使用同樣的有機粘結膠。當有機粘結膠加固體系受拉，可以觀察到極細的裂縫出現在交接面上，但基本上不連續延伸。這些極細的裂縫

36、出現的原因有下面幾點：l有機粘結膠的粘性要比波特蘭水泥漿大得多。因此，混凝土破裂所需的能量比粘結膠和骨料交接面之間破裂所需的能量要少。所以，盡管在高應變下粘結膠和骨料之間的粘結也不會破壞。l典型水泥漿的受拉變形能力大約是0.0003mm/mm，在OS梁中，碳纖維的這個值要超過它20倍以上。因此，為了變形的協調，在很強的粘結膠骨料交接面和較低變形能力的水泥漿之間必須產生交接裂縫。假如將骨料看作剛性體并且粘結是完好的，那么交接裂縫達到骨料尺寸的大小將導致水泥漿和骨料粘結的瓦解。從圖8（c）中可以發現，當使用無機粘結膠時沒有產生微小的交接裂縫。原因有下面幾點：l有機粘結膠的粘性和水泥漿的相當。它不足

37、以保持和骨料的粘結，而這一點是水泥漿和骨料之間產生交接裂縫的必要條件。因此，在高應變下是粘結膠失效而不是水泥漿。l在粘結膠裂縫變形為0.0007mm/mm時，混凝土出現裂縫并且貫穿粘結膠聚合物，這導致了碳纖維應力的增加和聚合物剛度的減少。在傳力機理上的主要差異是，粘性的有機粘結膠使水泥漿和骨料的粘結瓦解，而脆性的無機粘結膠導致不連續的粘結失效和碳纖維上應力的局部集中。圖8荷載傳力機制的比較：（a）碳纖維粘在混凝土上；（b）粘性粘結膠粘結的碳纖維受拉；（c）脆性粘結膠粘結的碳纖維受拉；脆性無機粘結膠的性能與混凝土中鋼筋的粘結行為相似。圖9中闡明了眾所周知的混凝土中的鋼筋螺紋的粘結行為。圖9（b）

38、中表明了在鋼筋上施加拉力和達到平衡的裂縫間距后環帶的滑移是它的粘結特征。在高應變的情況下，鋼筋在裂縫附近的粘結實際上已經失效。圖9鋼筋：（a）鋼筋在混凝土中；(b)受拉后荷載的傳遞總之，作者認為無機粘結膠在高應變的情形下通過局部剝離來保持和碳纖維的粘結。碳纖維僅僅在不連續的間隔上保持和混凝土的粘結。這個機理使混凝土交接面沒有承受很高的拉伸應變。因此，混凝土保持著較高的受剪承載力，能夠承擔所受的剪應力而不發生失效。而粘性的粘結膠不允許有局部的粘結失效。為了保持碳纖維和交接面上變形的協調，混凝土承受了很高的拉伸變形，而很高的拉伸變形使骨料和水泥漿之間的粘結變得松散，從而降低交接面的受剪承載力。結論

39、基于本文提供的試驗結果和與其它文獻中試驗結果的比較，得出下面的結論：l無機粘結膠加固體系和有機粘結膠加固體系在提高鋼筋混凝土梁的抗彎承載力方面相當。l對無機粘結膠加固體系，單位碳纖維面積上梁承載力的提高隨碳纖維層數的增多而更加顯著。l在無機粘結膠加固體系和有機粘結膠加固體系中，梁開裂剛度的增加相等。而且發現，單位碳纖維面積上梁開裂剛度的增加也大致相等。l無機粘結膠加固體系中梁屈服剛度的增加要比有機粘結膠加固體系中梁屈服剛度的增加要顯著。而且發現，單位碳纖維面積上無機粘結膠加固體系中梁屈服剛度的增加也要多一些。l無機粘結膠加固體系中梁破壞時的撓度比有機粘結膠加固體系中梁破壞時的撓度要少25%。l無機粘結膠加固體系中梁都以碳纖維的破裂破壞而失效。相比而言，有機粘結膠加固體系中梁都以碳纖維的剝離破壞而失效。這一點是由于聚合物和混凝土母體之間的傳力機理不同而引起的。l作者認為無機粘結膠加固體系中粘結膠的粘結行為和