HFRP與混凝土濕法黏結(jié)有效黏結(jié)長(zhǎng)度分析

張亞坤，侯黎黎

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004；2.小流域水利河南省高校工程技術(shù)研究中心，河南 開(kāi)封 475004）

HFRP與混凝土濕法黏結(jié)有效黏結(jié)長(zhǎng)度分析

張亞坤1，2，侯黎黎1，2

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004；2.小流域水利河南省高校工程技術(shù)研究中心，河南 開(kāi)封 475004）

通過(guò)開(kāi)展20組60個(gè)HFRP片材與混凝土試件的雙面剪切試驗(yàn)，研究了HFRP片材與混凝土濕法黏結(jié)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響因素，得出：HFRP片材的剛度是影響其黏結(jié)長(zhǎng)度的主要因素，有效黏結(jié)長(zhǎng)度與混凝土強(qiáng)度、纖維的摻入、黏結(jié)寬度關(guān)系不大。HFRP與混凝土濕法黏結(jié)的有效黏結(jié)長(zhǎng)度大約為113mm。

HFRP；F/C復(fù)合結(jié)構(gòu)；濕法黏結(jié)；有效黏結(jié)長(zhǎng)度；混凝土強(qiáng)度

0 引言

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Fiber Reinforced Polymer／Plastic，簡(jiǎn)稱(chēng)FRP）是由纖維材料與基體材料（樹(shù)脂）按一定的比例混合后形成的高性能材料。FRP自20世紀(jì)中期問(wèn)世以來(lái)，由于具有較高的強(qiáng)度、剛度、耐腐蝕性和較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域。目前，F(xiàn)RP在土木工程補(bǔ)強(qiáng)加固中也得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，美國(guó)學(xué)者霍爾和莫特蘭姆提出了FRP／混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱(chēng)F／C復(fù)合結(jié)構(gòu)），指出F／C復(fù)合結(jié)構(gòu)代表著未來(lái)復(fù)合結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向之一［1］。

混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 （Hybrid Fiber Reinforced Polymer／Plastic，簡(jiǎn)稱(chēng)HFRP）是由兩種或兩種以上纖維增強(qiáng)同一種樹(shù)脂基體的復(fù)合材料，其不僅綜合性能優(yōu)于單一纖維復(fù)合材料，也降低了成本，已經(jīng)成功應(yīng)用在航空、航天、船舶、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域。F／C復(fù)合結(jié)構(gòu)功能發(fā)揮的關(guān)鍵取決于HFRP與混凝土的黏結(jié)性能。HFRP片材與現(xiàn)澆混凝土間的黏結(jié)過(guò)程是有水參與的，這種黏結(jié)方式稱(chēng)為濕黏［2～3］。在混凝土加固中，HFRP與混凝土之間的有效黏結(jié)長(zhǎng)度是施工的重要依據(jù)。因此，研究濕黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度就具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。筆者通過(guò)20組60個(gè)HFRP片材與混凝土試件的雙面剪切試驗(yàn)，探討了濕法黏結(jié)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響因素。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試件設(shè)計(jì)

目前，由于國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有基于FRP-混凝土濕法黏結(jié)試件的制作標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)方法，本試驗(yàn)參照干法黏結(jié)試驗(yàn)方法，并參考相關(guān)研究資料中試件制作和試驗(yàn)方法進(jìn)行［4～9］。

試驗(yàn)水泥選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5的普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料選用級(jí)配良好的中沙，粗骨料選用直徑為5～20mm連續(xù)級(jí)配的碎石。按照試驗(yàn)配合比制作立方體抗壓強(qiáng)度試件，其形狀及尺寸如圖1所示。

圖1 試件形狀及尺寸設(shè)計(jì)示意圖Fig.1 Specimen shape and size design

2.4 HFRP片材混雜比及片材剛度對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響

假設(shè)2臺(tái)機(jī)組正在運(yùn)行，系統(tǒng)負(fù)荷變小時(shí)，冷凍供水泵將減小所供應(yīng)的水量，機(jī)組感應(yīng)到水量變小，即反映到機(jī)組的負(fù)荷相應(yīng)減小，當(dāng)2臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷達(dá)到或者小于1臺(tái)機(jī)組的總負(fù)荷時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)減機(jī)延時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后關(guān)掉其中一臺(tái)機(jī)組，使另一臺(tái)機(jī)組在高負(fù)荷狀況下能夠同時(shí)滿足系統(tǒng)負(fù)荷的要求。

由圖3可以看出，黏結(jié)寬度為50mm、75mm、100mm時(shí)，有效黏結(jié)長(zhǎng)度分別為122.19mm、111.45 mm、121.50mm，有效黏結(jié)長(zhǎng)度沒(méi)有隨黏結(jié)寬度變化而變化的趨勢(shì)。這說(shuō)明，黏結(jié)寬度的變化對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度沒(méi)有影響。

由表1可知，濕法黏結(jié)的有效黏結(jié)長(zhǎng)度在93.45～122.69mm之間。C30試件濕法黏結(jié)的有效黏結(jié)長(zhǎng)度平均值為113.3mm。

1.2 試驗(yàn)方法

2.3 高溫高濕脅迫對(duì)青菜葉綠素含量的影響 高溫高濕脅迫下，青菜的葉綠素含量變化總體呈降低趨勢(shì)。由圖1可知，處理前結(jié)球生菜、日本全能大葉菠菜和香港速生大葉菠菜、矮箕蘇州青和東方18青梗菜在3種不同類(lèi)別的青菜中綠色素含量較高。但熱害濕害脅迫對(duì)美國(guó)四季油麥菜、日本全能大葉菠菜和香港速生大葉菠菜、東方18青梗菜的影響顯著低于其他品種。

HFRP片材與混凝土間的黏結(jié)剪切試驗(yàn)是在300 kN萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行雙面拉剪試驗(yàn)。試驗(yàn)荷載通過(guò)剪強(qiáng)測(cè)試儀施加。為保證兩側(cè)HFRP片材受力均勻，夾具與試驗(yàn)機(jī)之間采用球鉸連接。試驗(yàn)主要測(cè)試HFRP與混凝土黏結(jié)試件在拉伸荷載作用下的荷載、HFRP片材沿軸向的應(yīng)力分布以及黏結(jié)破壞特征。

為了研究HFRP與混凝土間的黏結(jié)應(yīng)力沿加載方向的分布情況，在HFRP片材表面沿軸向粘貼5～9個(gè)電阻應(yīng)變片，其具體數(shù)量根據(jù)HFRP與混凝土的黏結(jié)長(zhǎng)度大小而定。黏結(jié)長(zhǎng)度為100 mm、150mm、200mm、250mm的混凝土試件，分別粘貼5、6、8、9個(gè)電阻應(yīng)變片，各個(gè)應(yīng)變片等距離分布。每組測(cè)試3個(gè)試件，取破壞荷載的平均值作為最終結(jié)果。

1996年，為了加強(qiáng)五棵松學(xué)區(qū)教學(xué)管理工作，五棵松學(xué)區(qū)準(zhǔn)備從基層選調(diào)一位干部。經(jīng)過(guò)多方考慮，學(xué)區(qū)領(lǐng)導(dǎo)一致認(rèn)為我是最佳人選。得知消息，我并沒(méi)有像他人想象中的那般興奮，甚至有點(diǎn)失落，因?yàn)槲覠釔?ài)自己現(xiàn)在的這份工作。所以，當(dāng)時(shí)學(xué)區(qū)的王書(shū)記幾次找我談話，我都婉言謝絕，最后五棵松學(xué)區(qū)給太平路小學(xué)下了“死命令”，我才最終接受了組織的安排。

2 有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響因素

由于沒(méi)有公認(rèn)的計(jì)算有效黏結(jié)長(zhǎng)度的界定，本試驗(yàn)考慮在峰值荷載條件下，以最大黏結(jié)應(yīng)力值的5%為黏結(jié)應(yīng)力的有效傳遞。即，通過(guò)實(shí)際得到的HFRP軸向應(yīng)變峰值和峰值應(yīng)變的5%之間的距離。通過(guò)粘貼在HFRP片材上的一系列實(shí)測(cè)應(yīng)變值，內(nèi)插得到HFRP有效黏結(jié)長(zhǎng)度，結(jié)果如表1所示。

將制作好的HFRP片材在室內(nèi)環(huán)境下固化一周后，按要求裁剪。在試件混凝土澆筑之前，按照設(shè)計(jì)要求，將中心帶圓孔的對(duì)中木板放于100mm×100 mm×400mm的鋼制試模兩端，再將兩塊木板放在試模兩側(cè)，以控制試件長(zhǎng)度為300mm。最后，將加載用的鋼筋內(nèi)置于試模內(nèi)。為了使荷載保持軸向拉伸狀態(tài)，應(yīng)盡量使鋼筋位置做到物理對(duì)中。試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后取出，用砂紙磨去兩側(cè)面的浮灰，并用丙酮擦拭干凈，然后粘貼HFRP片材。制作完成并固化7 d后，再用丙酮擦拭HFRP片材上對(duì)應(yīng)區(qū)域所貼應(yīng)變片，然后進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

2.1 混凝土強(qiáng)度對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響

黏結(jié)寬度不變，黏結(jié)長(zhǎng)度為100mm、200mm，強(qiáng)度等級(jí)分別為22.9MPa、32.4MPa、39.9MPa、50.4 MPa的混凝土對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響如圖2所示。

你好！老師很欣慰你是一個(gè)“明白”的孩子，你認(rèn)識(shí)到了自己為何要與父母疏遠(yuǎn)，只要不是故意和家人作對(duì)，青春期的情緒變化父母一定可以理解。在這里老師想告訴你兩個(gè)字：“感恩”，在認(rèn)識(shí)到自己已經(jīng)成長(zhǎng)，也許不需要父母的提點(diǎn)和幫助時(shí)，學(xué)會(huì)讓“感恩”相伴，你的敵對(duì)情緒就會(huì)弱化很多。實(shí)際上，也許你真的已經(jīng)成熟很多，但在生活中，我們不只需要父母的提點(diǎn)，更需要父母的愛(ài)。等你的“敵對(duì)”情緒逐漸消退以后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)來(lái)自父母內(nèi)心深處的關(guān)懷，我想到那時(shí)，你才是真正地長(zhǎng)大了！

在混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，黏結(jié)長(zhǎng)度為200mm時(shí)，不同黏結(jié)寬度對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響情況如圖3所示。

圖2 混凝土強(qiáng)度對(duì)有效粘結(jié)長(zhǎng)度的影響Fig.2 Influence of concrete strength to effective bond length

2.2 黏結(jié)寬度對(duì)有效粘結(jié)長(zhǎng)度的影響

從圖2可以看出，HFRP與混凝土的黏結(jié)長(zhǎng)度為100mm時(shí)，混凝土強(qiáng)度對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度沒(méi)有影響。HFRP與混凝土的黏結(jié)長(zhǎng)度為200mm時(shí)，隨著混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)，有效黏結(jié)長(zhǎng)度有下降的趨勢(shì)，但不明顯。所以，濕法黏結(jié)的有效黏結(jié)長(zhǎng)度與混凝土強(qiáng)度等級(jí)沒(méi)有明顯的相關(guān)性。這與文獻(xiàn)［4］的干法黏結(jié)剪切試驗(yàn)結(jié)果較為一致。

圖3 粘結(jié)寬度對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響Fig.3 Influence of bond width to effective bond length

目前翻譯行業(yè)面臨的難題是數(shù)量與日俱增,質(zhì)量卻難以保障,這就要求業(yè)內(nèi)人士嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),提升翻譯整體質(zhì)量。通過(guò)對(duì)中美翻譯質(zhì)量要求和項(xiàng)目流程的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件進(jìn)行解讀分析,可以看出美國(guó)質(zhì)量控制在發(fā)揮項(xiàng)目經(jīng)理的有效溝通作用、充分利用各類(lèi)質(zhì)量控制工具、獨(dú)立的翻譯行業(yè)第三方審核機(jī)制方面值得中國(guó)借鑒。

2.3 纖維的加入對(duì)有效粘結(jié)長(zhǎng)度的影響

所有患者術(shù)前均行多次胸部DR檢查，再行胸部螺旋CT掃描，CT圖像采用肺窗、縱隔窗、薄層骨窗、MPR重建和VR成像處理。

為了分析混凝土中摻加纖維對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響，設(shè)計(jì)試件混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，纖維為聚丙烯纖維，摻量為900 g／m3，黏結(jié)面積為200mm×50 mm。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，素混凝土有效粘結(jié)長(zhǎng)度為122.19mm，纖維混凝土有效黏結(jié)長(zhǎng)度為115.08mm，減小5.8%。這表明，摻加纖維對(duì)HFRP與混凝土的有效黏結(jié)長(zhǎng)度有一定影響，但影響幅度較小。

婦科手術(shù)鑒于盆腔與腹腔臟器的密切關(guān)系及麻醉時(shí)對(duì)患者的安全考慮，患者在手術(shù)前1～2 d常規(guī)要進(jìn)行胃腸道準(zhǔn)備。然而，在工作中發(fā)現(xiàn)，術(shù)前胃腸道準(zhǔn)備的好壞在一定程度上會(huì)影響患者手術(shù)及術(shù)后的康復(fù)。如果腸道準(zhǔn)備充分，可減少術(shù)中腸脹氣，利于手術(shù)野的暴露，避免術(shù)中手術(shù)污染，在婦癌手術(shù)中，尤其是卵巢癌細(xì)胞減滅術(shù)中，胃腸道損傷明顯增多［1］。因此，腸道準(zhǔn)備的效果對(duì)手術(shù)的順利進(jìn)行和術(shù)后患者的恢復(fù)具有影響。為此，我們通過(guò)對(duì)術(shù)前3種不同方法的腸道準(zhǔn)備進(jìn)行臨床對(duì)比研究，尋找出一種最佳的腸道準(zhǔn)備方法，以指導(dǎo)臨床工作。

圖4 纖維混凝土對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響Fig.4 Influence of fiber reinforced concrete to effective bond length

試件設(shè)計(jì)中，CFRP／GFRP的混雜比例為1∶3，HFRP片材的黏結(jié)長(zhǎng)度分別為100 mm、150 mm、200 mm、250mm，HFRP片材設(shè)計(jì)黏結(jié)寬度分別為50mm、75mm、100mm。

本試驗(yàn)試件所用混凝土為聚丙烯纖維混凝土，強(qiáng)度為50.5MPa，纖維摻量為900g／m3，黏結(jié)面積為200mm×50mm。HFRP片材混雜比C200／G430分別為1∶2、1∶3、1∶4時(shí)，8個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)得HFRP片材各種物理性能如表2所示。

表2 HFRP片材截面剛度實(shí)測(cè)值Tab.2 HFRP sheet cross-section stiffness measurement results

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，繪制出HFRP片材剛度變化對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響關(guān)系圖，如圖5所示。

2.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不科學(xué)。在根部加工的過(guò)程中由于切削量過(guò)大，導(dǎo)致氣缸套的根部受到較大的剪切力而出現(xiàn)裂紋。如果清根不徹底，尺寸誤差較大，余量過(guò)大，導(dǎo)致氣缸套無(wú)法安裝到底。

圖5 剛度變化應(yīng)變對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響Fig.5 Influence of stiffness change strain to effective bond length

從圖5可以看出，CFRP用量一定（1層）時(shí)，隨著GFRP用量的逐漸增多 （分別由CF30L200W 50-12試件的2層、CF30L200W 50-13試件的3層增至CF30L200W50-14的4層）和截面剛度的逐漸增大（由37.65×10-3N·m2、84.35×10-3N·m2增至174.48× 10-3N·m2），有效黏結(jié)長(zhǎng)度逐漸提高（由104.14mm、115.08mm增至115.97mm），增長(zhǎng)11.4%。這表明，HFRP片材剛度可提高濕黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度。

2.5 干／濕法方法對(duì)有效黏結(jié)長(zhǎng)度的影響

公認(rèn)的干法黏結(jié)有效黏結(jié)長(zhǎng)度約為100mm［4］。本試驗(yàn)在平行于黏結(jié)界面方向上施加拉（剪）力，主要考察有效黏結(jié)長(zhǎng)度及其與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系。4種強(qiáng)度（22.9MPa、32.4MPa、39.9MPa、50.4MPa）試件的黏結(jié)面積均為200mm×50mm。將干黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度相關(guān)數(shù)據(jù)與濕黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，繪制相同混凝土強(qiáng)度等級(jí)下干黏法與濕黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度對(duì)比關(guān)系圖，如圖6所示［4］。

圖6 干黏剪切試件粘結(jié)應(yīng)變沿粘結(jié)長(zhǎng)度分布Fig.6 Dry adhesive shear specimen bond strain of bond length distribution

由圖6可以看出，4種強(qiáng)度試件的有效黏結(jié)長(zhǎng)度在98.63～111.21mm之間，平均值為106.68mm。干黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度隨混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)略有變化，增長(zhǎng)不明顯。這表明，濕黏法、干黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度與混凝土強(qiáng)度沒(méi)有明顯相關(guān)性［5］。濕黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度為113.3mm，比濕黏法、干黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度略長(zhǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析不同因素對(duì)HFRP與混凝土濕法黏結(jié)有效長(zhǎng)度的影響，得到如下結(jié)論：（1）濕黏法的黏結(jié)長(zhǎng)度與混凝土強(qiáng)度等級(jí)沒(méi)有明顯的相關(guān)性。（2）濕黏法黏結(jié)寬度的變化不影響有效黏結(jié)長(zhǎng)度。（3）混凝土中摻加纖維對(duì)濕黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度有一定影響，但影響幅度較小。（4）在CFRP用量一定的情況下，隨著GFRP用量的逐漸增多和截面剛度的逐漸增大，有效黏結(jié)長(zhǎng)度逐漸提高。這表明，HFRP片材剛度可提高濕黏的有效黏結(jié)長(zhǎng)度。（5）濕黏法的有效黏結(jié)長(zhǎng)度約為113.3mm，比干黏法有效黏結(jié)長(zhǎng)度略長(zhǎng)。

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[責(zé)任編輯 楊明慶]

TU375

B

10.13681／j.cnki.cn41-1282／tv.2016.04.007

2016-06-16

張亞坤（1983-），男，河南寶豐人，講師，碩士，主要從事水工新材料及其結(jié)構(gòu)性能方面的教學(xué)與研究工作。