UHPC-NSC 界面黏結(jié)性能的評(píng)價(jià)方法

馮 碩， 石新波， 王 威， 徐 凡， 肖會(huì)剛

（1.山東大學(xué) 土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150090； 3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程災(zāi)變與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150090； 4.黑龍江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

普通混凝土（NSC）作為基礎(chǔ)設(shè)施建造的主要材料，服役環(huán)境通常比較惡劣，比如江海橋墩受到海水的沖刷，山區(qū)高架橋橋墩受到洪水與泥石流的沖撞和磨蝕，易于發(fā)生損壞，威脅到混凝土基礎(chǔ)設(shè)施的服役安全[1-2］.為了保障混凝土結(jié)構(gòu)的正常服役，通常需要進(jìn)行修復(fù).傳統(tǒng)修復(fù)材料的修復(fù)界面由于邊壁效應(yīng)，富集氫氧化鈣形成了擇優(yōu)取向，致使結(jié)構(gòu)比較疏松[3-4］.因此，修復(fù)界面屬于薄弱區(qū)且容易發(fā)生脫黏.傳統(tǒng)修復(fù)材料自身的耐久性能有限，且界面易脫黏，特別是在嚴(yán)酷環(huán)境作用下發(fā)揮的延壽效能比較有限[5-6］.

超高性能混凝土（UHPC）具有高強(qiáng)、高韌和高耐久的優(yōu)點(diǎn)[7-8］，可以成為理想的修復(fù)材料，能夠解決“反復(fù)”修復(fù)的難題.但是，UHPC 與NSC 的彈性模量和線膨脹系數(shù)等存在較大的差異[9-10］.UHPC-NSC 能否獲得良好的界面黏結(jié)性能并克服兩者物理參數(shù)差異帶來的不利影響，是UHPC-NSC 能否在嚴(yán)酷環(huán)境下長(zhǎng)期協(xié)同服役的關(guān)鍵所在.Zhang 等[11］研究發(fā)現(xiàn)，粗糙度對(duì)UHPC-NSC 界面黏結(jié)性能的影響顯著，多出現(xiàn)基體的完全破壞.龍杰等[12］研究發(fā)現(xiàn)，粗糙度對(duì)UHPC-NSC 界面劈拉性能有顯著的影響，出現(xiàn)了基體失效模式.Farzad 等[13］發(fā)現(xiàn)UHPC-NSC 界面的黏結(jié)性能較高，失效模式多為基體失效.UHPC-NSC 由于界面性能良好，失效位置發(fā)生在基體，采用破壞荷載來評(píng)價(jià)UHPC-NSC 界面的黏結(jié)性能將偏于保守.

本文采用基體約束加強(qiáng)的方法將UHPC-NSC的失效位置控制在界面處，解決傳統(tǒng)測(cè)試方法失效位置發(fā)生在基體的問題，進(jìn)而提出了UHPC-NSC 界面黏結(jié)性能的評(píng)價(jià)方法，研究混凝土基體表面粗糙度、基體強(qiáng)度以及測(cè)試方法對(duì)UHPC-NSC 界面黏結(jié)性能的影響，并通過微觀表征手段揭示其機(jī)理.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

混凝土基體采用3 種強(qiáng)度等級(jí)（S1、S2、S3），配合比見表1.修復(fù)材料采用NSC 和UHPC：NSC 的配合比見表1，UHPC 的28 d 抗壓強(qiáng)度為 135 MPa，配合比包括42.5 普通硅酸鹽水泥 833.3 kg/m3、硅灰208.3 kg/m3、河砂1 041.6 kg/m3、水193.7 kg/m3、鋼纖維體積分?jǐn)?shù)2% 以及聚羧酸減水劑31.3 kg/m3.NSC 所用河砂最大粒徑4.75 mm，UHPC 所用河砂最大粒徑2.36 mm. 所用直型鋼纖維直徑0.2 mm，長(zhǎng)度13 mm，抗拉強(qiáng)度2 850 MPa.

表1 混凝土的配合比Table 1 Mix proportions of concretes

1.2 試件設(shè)計(jì)與制備

1.2.1 試件設(shè)計(jì)

修復(fù)界面的黏結(jié)性能采用直接拉伸測(cè)試方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，修復(fù)試件為?50×100 mm 的圓柱體，采用3種方法進(jìn)行測(cè)試（見圖1）：試件端部用環(huán)氧樹脂連接拉拔塊進(jìn)行拉伸試驗(yàn)（CL法），如圖1（a）所示；試件接近端部的圓柱體側(cè)面部位采用鋼圓環(huán)通過環(huán)氧樹脂和試件連接，鋼圓環(huán)和拉伸夾具通過螺紋咬合連接（WH 法），如圖1（b）所示；試件界面放置O 型橡膠環(huán)，試件其余部位通過環(huán)氧樹脂和鋼圓環(huán)相連，圓環(huán)和拉伸夾具通過螺紋咬合連接（YH 法），如圖1（c）、（d）所示.

圖1 試件設(shè)計(jì)Fig.1 Specimen design

YH 法模擬了混凝土受損基體進(jìn)行局部約束加強(qiáng)后與修復(fù)材料界面黏結(jié)性能的受力特征.采用增加基體約束加強(qiáng)的方法使得失效位置控制在修復(fù)界面，得到的結(jié)果能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)UHPC-NSC 界面的黏結(jié)性能，改進(jìn)了傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)基體失效導(dǎo)致結(jié)果偏于保守的不足，獲得了UHPC-NSC 界面準(zhǔn)確的黏結(jié)性能，有助于評(píng)價(jià)修復(fù)界面在長(zhǎng)期復(fù)雜環(huán)境作用下的性能退化過程.

1.2.2 試件制備

修復(fù)試件的制備過程如圖2 所示：

圖2 修復(fù)試件的制備流程Fig.2 Process of concrete repair

（1）制備混凝土基體，尺寸為150 mm×150 mm×50 mm.150 mm 立方體模具中的墊塊為硬質(zhì)木板，在空余部位澆筑混凝土，得到設(shè)計(jì)尺寸的混凝土基體.混凝土基體在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 d 后，放在實(shí)驗(yàn)室中自然干燥2 個(gè)月.

（2）進(jìn)行修復(fù)表面粗糙度處理.采用高壓水流處理混凝土的修復(fù)表面，采用不同時(shí)長(zhǎng)的高壓水流作用，得到3 種粗糙度修復(fù)面，分別命名為L(zhǎng)、M 和H 型修復(fù)表面.

（3）將混凝土基體放入模具中，然后在其余部位澆筑修復(fù)材料，修復(fù)材料的尺寸與混凝土基體相同.

（4）取芯得到?50×100 mm 的圓柱形修復(fù)試件.修復(fù)材料UHPC 的制備過程如下：首先，將水泥、硅灰、水和減水劑在霍巴特?cái)嚢杵髦谢旌? min；隨后，加入鋼纖維并混合10 min；最后，加入河砂并混合攪拌5 min. 基體包括S1、S2 和S3，修復(fù)材料包括NSC和UHPC.

1.2.3 粗糙度表征

混凝土修復(fù)表面粗糙度處理后的狀態(tài)如圖3 所示.由圖3 可見：L 型粗糙面的浮漿層去除，修復(fù)表面的骨料裸露，但裸露高度低于基體砂漿；M 型粗糙面的骨料裸露程度增加，周圍砂漿被高壓水流沖蝕，骨料和基體砂漿高度平齊或略微高出；H 型粗糙面的骨料裸露程度進(jìn)一步增加，骨料裸露高度高于砂漿.

圖3 混凝土修復(fù)表面的狀態(tài)Fig.3 Repaired surface state of concretes

此外，采用傳統(tǒng)的灌砂法進(jìn)行粗糙度的測(cè)量[14］，L、M、H 型粗糙面的平均灌砂深度分別為0.31、0.64、1.29 mm，每種類型表面測(cè)量9 個(gè)試件，平均灌砂深度數(shù)據(jù)變異系數(shù)（COV）低于6%，表明同類型修復(fù)表面的粗糙度是一致的.

1.3 試件測(cè)試

1.3.1 界面黏結(jié)性能測(cè)試

界面黏結(jié)性能測(cè)試采用位移加載，加載速率1.0 mm/min，鋼圓環(huán)內(nèi)徑為50.5 mm，拉拔夾具端部通過鉸接與螺紋拉桿進(jìn)行連接，盡量減小螺紋拉桿與黏結(jié)面軸向偏差帶來的測(cè)試誤差.界面抗拉強(qiáng)度（T，MPa）計(jì)算如式（1）所示.

式中：P為破壞荷載，kN；A為修復(fù)界面的橫截面積，mm2.

修復(fù)工況如下：混凝土基體采用S1、S2 和S3，采用CL 法測(cè)試L、M 和H 型粗糙面下NSC-NSC 界面的黏結(jié)性能；采用WH 法測(cè)試L、M 和H 型粗糙面下NSC-UHPC 界面的黏結(jié)性能；采用YH 法測(cè)試L、M和H 型粗糙面下NSC-UHPC 界面的黏結(jié)性能.

1.3.2 界面微觀結(jié)構(gòu)分析

在未受力修復(fù)試件的界面處取?20×15 mm 的圓柱體芯，以制備背散射（BSE）測(cè)試樣品，觀測(cè)表面含有新老混凝土及修復(fù)界面.使用高流動(dòng)性環(huán)氧樹脂在0.095 MPa 壓力下真空浸漬干燥的樣品，常溫固化24 h 后脫模.使用自動(dòng)磨拋機(jī)對(duì)浸漬過的樣品進(jìn)行研磨和拋光，制備樣品具有“鏡面”效應(yīng). 觀測(cè)修復(fù)界面的平面結(jié)構(gòu)特征，并獲得BSE 圖像，界面過渡區(qū)進(jìn)行能譜（EDS）元素分析和孔隙率分布分析，統(tǒng)計(jì)修復(fù)界面的裂縫寬度.

2 結(jié)果與討論

2.1 失效模式

圖4 為修復(fù)試件的失效模式.由圖4 可見：采用CL 法測(cè)試NSC-NSC 界面的性能，主要是界面失效模式；采用CL 法測(cè)試NSC-UHPC 界面的性能，出現(xiàn)了拉拔塊與修復(fù)試件之間環(huán)氧樹脂層的破壞，從而導(dǎo)致界面黏結(jié)性能數(shù)據(jù)的獲取失效.因此，采用端部部分圓環(huán)約束修復(fù)試件進(jìn)行NSC-UHPC 界面的黏結(jié)性能測(cè)試.UHPC-NSC 試件在基體S3 與L 型粗糙面出現(xiàn)了界面破壞，其余全部為混凝土基體破壞.這是由于S3 基體的強(qiáng)度較高，修復(fù)面的粗糙度較大的緣故.采用YH 法測(cè)試NSC-UHPC 界面的黏結(jié)性能，失效位置位于界面處.

圖4 修復(fù)試件的失效模式Fig.4 Failure modes of repaired specimens

2.2 失效位置

對(duì)CL、WH 和YH 法測(cè)試試件的失效位置進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（見圖5（a）），統(tǒng)計(jì)失效位置和修復(fù)界面的距離結(jié)果見圖5（b）.由圖5（a）、（b）可見：對(duì)于UHPC-NSC 的S3L（S3 基體+L 型粗糙面，余同）工況，WH 與YH 法測(cè)試試件的失效位置與界面的距離是類似的，均低于3 mm，這是由于2 種方法測(cè)試試件的失效模式均為界面失效；對(duì)于其他工況，WH 法中UHPC-NSC 試件的失效位置與界面的距離均大于13 mm，YH 法中UHPC-NSC 試件的失效位置與界面的距離均低于3 mm，這遠(yuǎn)低于WH 法中UHPC-NSC試件的失效位置與界面的距離；CL 法中NSC-NSC界面的失效位置與界面的距離均低于3 mm，這是由于NSC-NSC 界面的強(qiáng)度較低，基體未發(fā)生失效.

圖5 修復(fù)試件失效后提取的數(shù)據(jù)Fig.5 Information extracted from a repaired specimen after testing

圖5（c）為UHPC 粘落混凝土基體面積占比的示意圖，圖中線條圍成的區(qū)域?yàn)镹SC 基體，其余區(qū)域?yàn)閁HPC.圖5（d）為統(tǒng)計(jì)UHPC 粘落混凝土基體面積占比的結(jié)果.由圖5（c）、（d）可見：對(duì)于WH 法，除了UHPC-NSC 試件的S3L 工況外，其余工況的界面失效位置均在混凝土基體上，UHPC 粘落混凝土基體面積占修復(fù)界面面積的100%；對(duì)于YH 方法，由于界面失效，UHPC 粘落混凝土基體面積占修復(fù)界面面積的比例均低于100%；對(duì)于同種粗糙面，混凝土基體強(qiáng)度較低時(shí)粘落的混凝土面積占比較高；對(duì)于同種混凝土強(qiáng)度基體，隨著粗糙度的增加，混凝土基體被粘落的面積占比升高.

2.3 界面黏結(jié)強(qiáng)度

圖6 為界面黏結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果.由圖6 可見：

圖6 界面黏結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果Fig.6 Test results of interface tensile strength

（1）WH 法得到的UHPC-NSC 界面黏結(jié)強(qiáng)度的COV 均大于10.5%，最高達(dá)到17.5%，CL 法得到的NSC-NSC 界面黏結(jié)強(qiáng)度的COV 均大于11.4%，最高達(dá)到17.2%；YH 法得到的UHPC-NSC 界面黏結(jié)強(qiáng)度的COV 均小于6.5%.本文采用環(huán)向約束加強(qiáng)基體的方法使直接拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的COV 顯著降低，減小了數(shù)據(jù)的離散程度.

（2）在CL 法測(cè)試中，NSC-NSC 界面失效，直接拉伸試驗(yàn)結(jié)果即為NSC-NSC 界面的黏結(jié)性能.S1L、S2L、S3L 工況下的界面黏結(jié)強(qiáng)度分別為1.35、1.42、1.38 MPa，S1M、S2M、S3M 工況下的界面黏結(jié)強(qiáng)度分別為1.71、1.62、1.74 MPa，S1H、S2H、S3H 工況下的界面黏結(jié)強(qiáng)度分別為2.01、1.98、2.07 MPa.對(duì)于同種類型修復(fù)面，基體強(qiáng)度對(duì)界面黏結(jié)性能的影響幅度為1.4%～5.6%，粗糙度對(duì)界面黏結(jié)性能的影響幅度為14.1%～50.4%.由此可見，NSC-NSC 界面的化學(xué)膠結(jié)力較弱，機(jī)械咬合力起主導(dǎo)作用.對(duì)于同類型修復(fù)面，同等粗糙度能夠提供近似的機(jī)械咬合力.

（3）在WH 法測(cè)試中，除了S3L 工況出現(xiàn)界面失效外，其他工況的直接拉伸試驗(yàn)結(jié)果與混凝土基體的拉伸強(qiáng)度類似，UHPC-NSC 界面真實(shí)的黏結(jié)強(qiáng)度較WH 法實(shí)測(cè)值偏高.以S2 混凝土基體為例，L、M和H 型UHPC-NSC 界面黏結(jié)強(qiáng)度的WH 法測(cè)試結(jié)果分別為3.07、3.14、3.16 MPa.由此可見，當(dāng)采用WH 法測(cè)試UHPC-NSC 界面的黏結(jié)強(qiáng)度時(shí)，粗糙度對(duì)修復(fù)界面性能的影響不顯著.在YH 法測(cè)試中，以S1 混凝土基體為例，L、M 和H 型UHPC-NSC 界面的黏結(jié)強(qiáng)度分別為3.45、3.68、4.03 MPa. S1、S2、S3基體UHPC-NSC 界面的性能隨著粗糙度的增加而增加，界面強(qiáng)度分別提升了7.4%～19.3%、16.9%～33.3% 和21.2%～23.6%. 由 此 可 見，YH 法 測(cè) 試UHPC-NSC 界面的黏結(jié)性能能夠反映粗糙度對(duì)界面黏結(jié)性能的影響，而WH 法測(cè)試由于基體失效，無法反映粗糙度對(duì)界面黏結(jié)性能的影響.

（4）研究了評(píng)價(jià)方法、混凝土基體強(qiáng)度和修復(fù)面粗糙度對(duì)修復(fù)界面黏結(jié)性能的影響，分析測(cè)試方法對(duì)結(jié)果的影響時(shí)均采用同種混凝土基體和同種修復(fù)面類型，排除基體強(qiáng)度差異對(duì)結(jié)果的干擾.YH 法與WH 法相比，UHPC-NSC 界面的黏結(jié)性能在S1L、S1M、S1H、S2L、S2M、S2H、S3L、S3M、S3H 工況下分別提升了32.2%、38.2%、48.9%、18.2%、26.0%、39.2%、4.6%、18.9%、29.0%.由此可見，本文采用環(huán)向約束加強(qiáng)基體，相對(duì)弱化界面的方法使直接拉伸UHPC-NSC 界面黏結(jié)性能的數(shù)據(jù)更接近真實(shí)值.

（5）WH 法與CL 法相比，UHPC-NSC 界面的黏結(jié)強(qiáng)度在S1L、S1M、S1H、S2L、S2M、S2H、S3L、S3M、S3H 工況下分別增加了93.8%、55.7%、34.7%、116.1%、93.7%、59.6%、142.7 %、105.8%、75.8%.隨著修復(fù)表面粗糙度的增加，UHPC 相較于NSC 對(duì)界面性能的提升幅度逐漸降低.YH 法與CL法相比，UHPC-NSC 界面的黏結(jié)強(qiáng)度在S1L、S1M、S1H、S2L、S2M、S2H、S3L、S3M、S3H 工況下分別增加了156.2%、115.2%、100.6%、155.5%、144.1%、122.2%、153.8 %、144.6%、126.8%.隨著修復(fù)表面粗糙度的增加，UHPC 相較于NSC 對(duì)界面性能的提升幅度逐漸降低. 由此可見，UHPC 相比于NSC 在修復(fù)表面粗糙度較低的情況下更顯界面性能優(yōu)勢(shì).

（6）YH 法 修 復(fù) L 型 S1、S2、S3 基 體UHPC-NSC 界面的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度分別為3.45、3.63、3.49 MPa，M 型S1、S2、S3 基體UHPC-NSC 界面的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度分別為3.68、3.95、4.25 MPa，H型S1、S2、S3 基體UHPC-NSC 界面的拉伸 黏結(jié)強(qiáng)度分別為4.03、4.40、4.69 MPa.對(duì)于相同的修復(fù)表面粗糙度，盡管混凝土基體的強(qiáng)度存在差異，但是修復(fù)界面的黏結(jié)強(qiáng)度是類似的.因此，采用YH 法只需要1/3 的工況數(shù)量就能夠得到現(xiàn)有的結(jié)果，減少了試驗(yàn)的工作量.例如，M 型修復(fù)表面灌砂法得到粗糙度為0.64 mm，使用YH 法測(cè)得混凝土基體強(qiáng)度等級(jí)S2 與UHPC 界面的黏結(jié)強(qiáng)度為3.95 MPa.由此可知：采用UHPC 修復(fù)該粗糙度情況下的混凝土基體時(shí)，當(dāng)混凝土基體抗拉強(qiáng)度小于3.95 MPa 時(shí)，UHPC 不會(huì)脫黏；混凝土基體抗拉強(qiáng)度大于3.95 MPa 時(shí)，UHPC 出現(xiàn)脫黏現(xiàn)象.

（7）CL 法、WH 法和YH 法擬合線的斜率分別為0.63、0.15 和0.84，誤差（R2）分別為0.95、0.03 和0.70.對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)試方法，粗糙度與UHPC-NSC 界面黏結(jié)性能擬合線的斜率和R2均較低；對(duì)于YH 法，粗糙度與UHPC-NSC 界面黏結(jié)性能擬合線的斜率和R2均較高.NSC-NSC 界面脫黏，因此CL 法擬合線的斜率和R2均較高. 由此可見，YH 法能夠較好地反映粗糙度對(duì)UHPC-NSC 界面性能的影響，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)UHPC-NSC 界面的黏結(jié)性能.通過強(qiáng)化混凝土基體環(huán)向約束，使修復(fù)界面變?yōu)橄鄬?duì)較弱區(qū)域，從而獲得真實(shí)的黏結(jié)強(qiáng)度，本文所提出的測(cè)試方法中UHPC、混凝土基體和界面均屬于同截面的區(qū)域.

2.4 界面過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)

2.4.1 平面結(jié)構(gòu)特征和EDS 元素分析

圖7 為修復(fù)界面的微觀結(jié)構(gòu). 由圖7 可見：（1）NSC 修復(fù)材料含有粗骨料，在澆筑過程中，粗骨料可能會(huì)沉降并堆積在混凝土基體表面造成點(diǎn)接觸，從而阻止水泥漿進(jìn)入凹槽處或孔隙內(nèi)，在修復(fù)表面產(chǎn)生間隙，降低修復(fù)界面的黏結(jié)面積，弱化修復(fù)界面的機(jī)械咬合力，導(dǎo)致修復(fù)界面比較薄弱，易脫黏[15］.（2）UHPC 僅含有2.36 mm 的細(xì)骨料. 相比于NSC，UHPC 修復(fù)界面避免了表面出現(xiàn)“缺漿”現(xiàn)象. NSC的水膠比高于UHPC，作為修復(fù)材料，在修復(fù)界面形成了水灰比高的“過渡區(qū)”.在該過渡區(qū)中，修復(fù)材料水化產(chǎn)物生成的Ca（OH）2和鈣礬石晶體的尺寸和數(shù)量較大.晶體擇優(yōu)取向的定向排列增大了界面過渡區(qū)的孔隙率[16］. 因此，NSC-NSC 界面過渡區(qū)產(chǎn)生了裂紋且結(jié)構(gòu)比較疏松，而UHPC-NSC 界面過渡區(qū)比較致密，僅存在微裂紋.

使用EDS 對(duì)NSC-NSC 和UHPC-NSC 界面過渡區(qū)的Ca、Si 元素進(jìn)行分析，結(jié)果也繪于圖7.由圖7（c）可見，NSC-NSC 界面過渡區(qū)的鈣硅原子比為1.82，標(biāo)準(zhǔn)差為0.15，UHPC-NSC 界面過渡區(qū)的鈣硅原子比為0.52，標(biāo)準(zhǔn)差為0.11，這表明UHPC 修復(fù)界面處產(chǎn)生了較多的水化硅酸鈣（C-S-H）和較低含量的Ca（OH）2. UHPC 中的硅灰與Ca（OH）2反應(yīng)在界面處生成了C-S-H，減少了Ca（OH）2的含量，使界面過渡區(qū)更加致密[17-18］.

2.4.2 界面過渡區(qū)的孔隙率分布

界面過渡區(qū)的孔隙率通過BSE 圖像分析實(shí)現(xiàn).圖8 為修復(fù)界面的背散射圖像及分析.由圖8 可見：

（1）孔隙率隨著距離修復(fù)界面與過渡區(qū)距離的增加而逐漸減小，該規(guī)律與文獻(xiàn)[19］報(bào)道的界面過渡區(qū)孔隙率分布特征一致.由于壁效應(yīng)和泌水效應(yīng)的存在，使得修復(fù)界面過渡區(qū)的孔隙率增大，Ca（OH）2的數(shù)量和缺陷增多.

（2）在UHPC-NSC 界面的40 μm 距離內(nèi)，隨著與修復(fù)表面的距離的增加，修復(fù)界面過渡區(qū)的孔隙率急劇下降；當(dāng)距離超過40 μm 時(shí)，孔隙率趨于穩(wěn)定.在UHPC-NSC 界面的60 μm 距離內(nèi)，隨著與修復(fù)表面距離的增加，修復(fù)界面過渡區(qū)的孔隙率急劇下降；當(dāng)距離超過60 μm 時(shí)，孔隙率趨于穩(wěn)定. 在距離修復(fù)界面相同的距離時(shí)，UHPC-NSC 界面過渡區(qū)的孔隙率低于NSC-NSC 界面過渡區(qū)的孔隙率.

2.4.3 修復(fù)界面裂縫的寬度

修復(fù)界面裂縫寬度的測(cè)量需要在放大倍數(shù)2 000倍以上獲得修復(fù)界面的BSE 照片，每種工況至少采集20 張，使用Image J 軟件測(cè)量修復(fù)界面的裂縫寬度，結(jié)果如圖9 所示.由圖9 可見：相比于NSC-NSC修復(fù)界面，UHPC-NSC 修復(fù)界面裂縫寬度的分布曲線向左移，表明UHPC 減小了修復(fù)界面的裂縫寬度；UHPC 修復(fù)界面的平均裂縫寬度為0.56 μm，NSC 修復(fù)界面的平均裂縫寬度為6.00 μm，修復(fù)界面裂縫寬度的減小有利于提高界面的黏結(jié)強(qiáng)度.

圖9 修復(fù)界面的裂縫寬度Fig.9 Crack width of repaired interface

3 結(jié)論

（1）采用傳統(tǒng)直接拉伸方法測(cè)試普通混凝土（NSC）修復(fù)的NSC-NSC 界面性能，其主要破壞模式為界面失效；超高性能混凝土（UHPC）修復(fù)的UHPC-NSC 界面的失效模式為拉拔塊和混凝土之間環(huán)氧樹脂層破壞，測(cè)試數(shù)據(jù)無效.采用改進(jìn)直接拉伸測(cè)試方法，UHPC-NSC 界面性能的測(cè)試數(shù)據(jù)均有效，采用環(huán)向約束加強(qiáng)基體，相對(duì)弱化界面的方法使直接拉伸試驗(yàn)試驗(yàn)失效位置在界面位置處.

（2）采用環(huán)向約束加強(qiáng)基體，相對(duì)弱化界面的方法使直接拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變異系數(shù)（COV）顯著降低，UHPC-NSC 界面黏結(jié)性能的數(shù)據(jù)更接近真實(shí)值，能夠反映粗糙度對(duì)界面黏結(jié)性能的影響.無環(huán)向約束加強(qiáng)基體進(jìn)行測(cè)試由于基體失效，無法反映粗糙度對(duì)界面黏結(jié)性能的影響.相比于NSC，UHPC 在修復(fù)表面粗糙度較低的情況下更顯修復(fù)界面黏結(jié)性能的優(yōu)勢(shì).

（3）UHPC-NSC 界面過渡區(qū)的孔隙率相對(duì)于NSC-NSC 界面降低了70%以上. UHPC-NSC 界面的平均裂縫寬度為0.56 μm，NSC-NSC 界面的平均裂縫寬度為6.00 μm. UHPC 中的硅灰與Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，在界面處生成水化產(chǎn)物水化硅酸鈣，減少了Ca（OH）2的含量，使界面過渡區(qū)致密.