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 李  淼，廖維張，王  波

 （北京建筑大學工程結(jié)構(gòu)與新材料北京市高等學校工程研究中心，北京  100044）

  [摘要]聚合物改性水泥砂漿層（文中簡稱聚合物砂漿層）與原混凝土結(jié)合面的有效黏結(jié)，是二者協(xié)同工作、結(jié)合面應力有效傳遞的前提，是加固層性能充分發(fā)揮的關(guān)鍵。通過對33個試件的雙面剪切試驗，探討了剪切強度的影響參數(shù)分析了聚合物砂漿層與混凝土結(jié)合面的黏結(jié)剪切性能。試驗結(jié)果表明：聚合物砂漿層與混凝土結(jié)合面的剪切強度主要取決于砂漿強度；黏結(jié)面積大于150mm×100mm時，剪切強度基本不受黏結(jié)面積變化影響；加載速率變化對界面剪切強度的變化作用顯著；加載速率的增加有利于提高結(jié)合面剪切強度，但在動力加載時應充分考慮結(jié)合 面內(nèi)力的加載速率增大效應。

 [關(guān)鍵詞]聚合物改性水泥砂漿；結(jié)合面；雙剪試驗；剪切強度

 [中圖分類號]TU502+．6 [文章編號]1002-8498(2016)10-0086-05

 目前，鋼絲繩網(wǎng)-聚合物改性水泥砂漿（以下簡稱聚合物砂漿）加固工藝在工程加固中得到大量應用。該加固工藝的加固原理是先對原結(jié)構(gòu)表面進行鑿毛處理，而后，在結(jié)構(gòu)表面綁扎固定鋼絲繩網(wǎng)，涂抹界面劑后粉刷聚合物砂漿。該加固技術(shù)中，聚合物砂漿層與混凝土結(jié)合面黏結(jié)質(zhì)量的優(yōu)劣對加固構(gòu)件的整體性能改善有至關(guān)重要的作用，結(jié)合面的剪切強度能較好地反映黏結(jié)面的力學性能，因而，研究結(jié)合面的抗剪性能具有非常重要的意義。

 迄今為止，國內(nèi)外研究學者對此項加固技術(shù)進行了大量的理論分析和試驗研究，重點集中在材料性能、梁板加固后抗彎及抗剪性能、鋼筋混凝土柱加固后承載能力、抗震性能、梁柱節(jié)點抗震加固、磚砌體加固、磚墻抗震加固等方面，曹俊、黃華對鋼絲繩，砂漿加固技術(shù)的界面滑移機理進行了試驗研究，在試驗基礎(chǔ)上進行有限元模擬分析獲得了界面黏結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系模型，但針對該加固技術(shù)中的砂漿層與原混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)合面的抗剪性能研究少有完整的分析，尚需進行深入討論與研究。

 聚合物砂漿層與混凝土結(jié)合面作為兩相物質(zhì)結(jié)合面，保證聚合物砂漿層與原混凝土良好黏結(jié)形成工作整體協(xié)同受力，使得應力在結(jié)合面間得到有效傳遞，防止結(jié)合面滑移或剝離，是保障加固層性能充分發(fā)揮的關(guān)鍵。所以研究聚合物砂漿層與原混凝土的結(jié)合面黏結(jié)剪切性能，對影響因素進行參數(shù)分析，能夠為該加固技術(shù)的設(shè)計與施工提供重要參考。本文采用電液伺服壓力試驗機對聚合物砂漿與混凝土試件進行雙面剪切試驗，對黏結(jié)結(jié)合面上的剪切強度以及剪切性能進行規(guī)律性研究，探討?zhàn)そY(jié)面積、聚合物砂漿強度以及結(jié)合面單側(cè)剪應力

加載速率對結(jié)合面剪切強度的影響。

1試驗概況

1-1  試件設(shè)計

 本試驗采用雙面剪切試件，試件分為兩部分，中心混凝土試塊尺寸為150mm×150mm×100mm，澆筑完成自然養(yǎng)護28d后以150mm×150mm的兩側(cè)為與聚合物砂漿層結(jié)合面，對結(jié)合面使用電錘進行不均勻鑿毛處理，澆筑砂漿前，對結(jié)合面灑水充分潤濕，而后涂抹界面劑，在每側(cè)水平涂抹厚度為50mm的聚合物砂漿層，砂漿黏結(jié)層采用中心對稱粘貼，得到最終的雙剪試驗試件，自然養(yǎng)護28d后進行雙面剪切試驗。聚合物砂漿層與混凝土黏結(jié)試

件加工如圖1所示。

1.2試驗材料

 試驗混凝土選用C30商用混凝土，碎石最大粒徑25mm，具體配合比如表1所示，實測立方體抗壓強度如表2所示。砂漿選用TCPM聚合物砂漿，選用砂漿強度等級為M30，M40，M50，組成材料為：高性能水泥，20~ 40目砂，40~ 70目砂，摻入纖維及外加劑，自來水。砂漿強度實測結(jié)果如表3所示。界面劑選用YT-302型雙組分混凝土界面處理劑，其14d剪切黏結(jié)強度為1.7MPa，14d拉伸黏結(jié)強度為0. 9MPa。

1.3  試驗方案及數(shù)據(jù)量測

 試驗共有33個試件，研究參數(shù)包括黏結(jié)面積、聚合物砂漿強度以及結(jié)合面單側(cè)剪應力加載速率。考慮到試驗數(shù)據(jù)的離散性，每種工況3個試件，具體方案設(shè)計如表4所示。結(jié)合面鑿毛效果與界面劑使用均結(jié)合實際加固工程施工，因而該試驗中未對結(jié)合面粗糙度及界面劑種類進行參數(shù)分析。試驗設(shè)計了推出式雙剪試驗裝置（見圖2），試驗時試件兩側(cè)聚合物砂漿下側(cè)通過鋼墊板墊起，形成凹槽，上部中心區(qū)混凝土通過鋼墊板與上壓板接觸，進行中

心縱向加載，試件承受的壓力通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由計算機實時采集。

2試驗結(jié)果與分析

2.1試驗現(xiàn)象

 試件受剪切力作用時，砂漿層與混凝土塊之間產(chǎn)生相對滑移，隨滑移量增大，結(jié)合面頂端首先產(chǎn)生裂縫，而后逐漸向下發(fā)展并導致試件剪切破壞。試件主要為單黏結(jié)面破壞剝落，少量為雙黏結(jié)面破壞。低加載速率時，多見單面破壞，聚合物砂漿層整體脫落破壞，破壞面較為平整，可見混凝土部分在近加載端出現(xiàn)輕微三角塊混凝土剪切破壞現(xiàn)象，結(jié)合面的混凝土鑿毛斷面內(nèi)有明顯的聚合物砂漿層粘附，砂漿層下端壓碎相對嚴重；高加載速率時，主要呈現(xiàn)雙面破壞，混凝土部分近加載端被明顯壓碎，混凝土被切斷部分呈三角塊；砂漿層與混凝土發(fā)生錯斷，試件的破壞面上出現(xiàn)明顯的混凝土骨料切斷，可見切斷骨料的新鮮界面。典型破壞形態(tài)如圖3所示。

2.2試驗分析

 試驗過程中，結(jié)合不同試驗參數(shù)對聚合物砂漿層與混凝土結(jié)合面的剪切性能進行討論，具體結(jié)合面剪切強度如表5所示。

2.2.1黏結(jié)面積的影響

 結(jié)合面鑿毛效果按照實際工程加固采用。本試驗不計粗糙度的影響。選定聚合物砂漿強度等級為M50(58. 77MPa)，分析討論控制剪應力加載速率，單側(cè)黏結(jié)面積分別為150mm×50mm，150mm×100mm,150mm×150mm時，結(jié)合面剪切強度的變化規(guī)律。當加載速率為0. 005MPa/s時，單側(cè)黏結(jié)面積為150mm X150mm的試件的剪切強度較面積為150mm×100mm和150mm×50mm的試件分別提高了0. 47%和17. 37%；當加載速率為0.05MPa/s時，單側(cè)黏結(jié)面積為150mm X150mm的試件的剪切強度較面積為150mm×100mm和150mm×50mm的試件分別提高了0. 6%和16. 46%；當加載速率為0.5 M Pa/s時，單側(cè)黏結(jié)面積為150mm×150mm的試件的剪切強度較面積為150mm×100mm和150mm×50mm的試件分別提高了2.59%和32.18%。由圖4分析可以發(fā)現(xiàn)：對應3種不同加載速率，黏結(jié)面積由150mm×50mm增加到150mm×100mm時，結(jié)合面剪切強度分別增加16. 81%，15.77%和28. 84%；而當黏結(jié)面積由150mm×100mm增加到150mm×150mm時，結(jié)合面剪切強度分別增加0. 47%，0.6%和2.59%。本試驗結(jié)果表明，黏結(jié)面積對結(jié)合面剪切強度的影響程度在(150mm×50mm，150mm×100mm)區(qū)間內(nèi)要比(150mm×100mm，150mm×150mm)區(qū)間內(nèi)更為明顯。在實際加固中，由于黏結(jié)面積相對較大，因此在加固設(shè)計時，可以不用考慮黏結(jié)面積對結(jié)合面剪切強度的影響。

2.2.2砂漿強度的影響

 研究聚合物砂漿強度變化對結(jié)合面剪切強度的影響時，控制結(jié)合面黏結(jié)面積與加載速率為固定值，分別為150mm×150mm和0.05MPa/s，砂漿強度為變量。分析表5中的N3H2，N4H2，N5 H2三組試件的試驗數(shù)據(jù)得到聚合物砂漿強度變化對結(jié)合面剪切強度的影響，如圖5所示。從圖5可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)合面剪切強度隨砂漿強度增大而增大，其增長幅度隨砂漿強度的增大而升高，砂漿強度從32. 05MPa增加到40. 08MPa和58. 77MPa，結(jié)合面剪切強度分別增長了23.6%和86. 52%，與上一小節(jié)相比，可以看出，提高砂漿強度對結(jié)合面剪切強度的影響要更顯著。

2.2.3  加載速率的影響

 為分析不同加載速率對砂漿層與混凝土結(jié)合面剪切強度的影響，選用N2H1，N2H2，N2H3三組共9個試件為代表進行不同速率的雙面剪切試驗，單側(cè)結(jié)合面剪應力加載速率分別為0. 005，0.05，0. 5MPa/s，分析獲得剪切強度趨勢（見圖6）。黏結(jié)面積為150mm×100mm時，加載速率由0.005 M Pa/s增大至0.5 M Pa/s的過程中，結(jié)合面剪切強度分別增長了30. 99%和86. 61%，這說明加載速率的增大對提升結(jié)合面黏結(jié)剪切強度有顯著作用，并且剪切強度增長幅度與加載速率增長與成正相關(guān)性。

3結(jié)語

 通過對聚合物砂漿層與混凝土黏結(jié)的試件進行黏結(jié)結(jié)合面縱向雙剪試驗，分析33組試驗數(shù)據(jù)，探討了黏結(jié)面積、砂漿強度、結(jié)合面單側(cè)剪應力加載速率等參數(shù)對聚合物砂漿層與混凝土結(jié)合面剪切強度的影響，得到相關(guān)結(jié)論如下。

 1)聚合物砂漿層與混凝土結(jié)合面的剪切強度主要取決于砂漿強度，其強度越高，結(jié)合面剪切強度就越大；高加載速率對剪切強度提高亦有顯著作用。

 2)當黏結(jié)面積大于150mm×100mm時，剪切強度基本不受黏結(jié)面積變化影響；在實際加固設(shè)計中，由于黏結(jié)面積較大，黏結(jié)面積變化對剪切強度的影響可以忽略。

 3)高加載速率時，聚合物砂漿層與混凝土結(jié)合面剪切強度雖提高較大，但高加載速率時，結(jié)合面內(nèi)力對加載速率變化很敏感，在動力加載時應充分考慮結(jié)合面內(nèi)力的加載速率增大效應。