單 波，佟廣權(quán)，劉其元

(1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；2.湖南大學(xué) 綠色先進(jìn)土木工程材料及應(yīng)用技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410082)

0 引 言

混凝土是當(dāng)今最為主要的結(jié)構(gòu)材料，用量巨大?；炷恋纳a(chǎn)需要消耗大量的淡水和河砂等自然資源，給環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)日益顯現(xiàn)。因此，采用其他自然資源生產(chǎn)混凝土，如海水、海砂等，日益受到關(guān)注，特別是對(duì)于缺乏淡水和河砂資源的國(guó)家或地區(qū)，開發(fā)這些替代資源具有很強(qiáng)的吸引力[1-3]。此外，隨著世界海洋資源的開發(fā)，島礁工程建設(shè)逐漸成為一項(xiàng)重要任務(wù)，而大量原材料的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸所帶來(lái)的高成本已成為海島工程中所面臨的主要困難之一。顯然，利用海水、海砂、珊瑚礁等島礁資源拌制混凝土是克服困難的重要手段[4-5]。

現(xiàn)有研究表明，海水海砂混凝土(Seawater and Sea Sand Concrete, SWSSC)具有與普通混凝土(Normal Concrete，NC)類似的力學(xué)性能[5]，但SWSSC中含有大量鹽分，會(huì)引起鋼筋的銹蝕，破壞鋼筋與混凝土的黏結(jié)，導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)安全性問(wèn)題[6-7]。因此，普通鋼筋不適用于SWSSC結(jié)構(gòu)，需要采用耐腐蝕性強(qiáng)的材料替代普通鋼筋。纖維增強(qiáng)塑料(Fiber Reinforced Polymer，F(xiàn)RP)具有良好的抗腐蝕性能和較高的比強(qiáng)度，被認(rèn)為是替代普通鋼材的理想材料[8-11]。

目前，常用的FRP筋材包括玻璃纖維筋(GFRP筋)、碳纖維筋(CFRP筋)、芳綸纖維筋(AFRP筋)和玄武巖纖維筋(BFRP筋)等[12]?；炷僚cFRP筋的黏結(jié)性能是FRP配筋構(gòu)件承載力及耐久性能研究的基礎(chǔ)性問(wèn)題[13-16]。在FRP筋增強(qiáng)NC方面，對(duì)其黏結(jié)性能已經(jīng)開展了較為深入的研究，并取得了豐富成果，建立了相關(guān)設(shè)計(jì)方法[17]，有力地推動(dòng)了FRP配筋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。顯然，將FRP筋應(yīng)用于SWSSC結(jié)構(gòu)，掌握其與SWSSC的黏結(jié)性能是必要前提。目前，已有一些學(xué)者在這方面開展了探索性工作。如Dong等[1]對(duì)鋼-FRP復(fù)合材料筋(SFCB筋)與海砂混凝土和普通河砂混凝土的黏結(jié)性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件相比，海水浸泡會(huì)引起黏結(jié)強(qiáng)度的下降。Yang等[18]開展了海水珊瑚礁骨料混凝土黏結(jié)FRP筋的拔出試驗(yàn)，結(jié)果表明最大平均黏結(jié)應(yīng)力隨著黏結(jié)長(zhǎng)度和筋材直徑的增加而減小。王磊等[19]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CFRP筋與珊瑚礁混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度隨珊瑚礁混凝土抗壓強(qiáng)度的增大而提高。徐金金等[20]對(duì)比研究了CFRP筋和鋼筋分別與堿激發(fā)礦粉海水海砂混凝土的黏結(jié)性能，結(jié)果顯示兩者的荷載-滑移曲線有顯著差別。金云東[21]對(duì)BFRP筋和珊瑚礁混凝土腐蝕后(海水干濕循環(huán)和海水浸泡)的黏結(jié)性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了黏結(jié)強(qiáng)度下降的現(xiàn)象。

總的來(lái)看，F(xiàn)RP筋與SWSSC的黏結(jié)性能研究成果較為有限，相關(guān)研究主要集中于黏結(jié)性能的單參數(shù)分析方面，且現(xiàn)有FRP筋與普通混凝土黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算方法對(duì)SWSSC的適用性也不明確，SWSSC與NC黏結(jié)FRP筋在性能方面的差異也缺乏可以量化的成果。本文開展SWSSC及NC黏結(jié)CFRP筋的拉拔試驗(yàn)，研究相關(guān)參數(shù)對(duì)黏結(jié)性能的影響，重點(diǎn)考察現(xiàn)有黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算方法對(duì)SWSSC的適用性，探討SWSSC與NC在黏結(jié)CFRP筋性能上的差異，為CFRP配筋SWSSC結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試件設(shè)計(jì)

本文開展了單筋拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)基本參數(shù)包括CFRP筋直徑db(8，12，16 mm)、黏結(jié)長(zhǎng)度ld(2.5db，5db，7.5db，10db)、筋材表面情況(螺紋肋和噴砂)、混凝土種類(NC和SWSSC)以及SWSSC強(qiáng)度等級(jí)(C35和C70)。

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了24組試件，每組3個(gè)，總數(shù)為72個(gè)。各組試件的基本參數(shù)如表1所示，試件編號(hào)由筋材種類(表面情況和直徑)、黏結(jié)長(zhǎng)度和混凝土種類與等級(jí)3個(gè)部分組成，其中，CR和CS分別表示螺紋肋和表面噴砂，S和N分別表示SWSSC和NC，L和H對(duì)應(yīng)于C35和C70兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，例如CR8-20SL表示筋材直徑為8 mm的螺紋肋碳纖維筋、黏結(jié)長(zhǎng)度為20 mm、混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35的SWSSC試件。

表1 試件基本參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果

1.2 原材料

本試驗(yàn)采用中國(guó)廠家生產(chǎn)的3種直徑CFRP筋，由拉擠工藝成型，筋材表面帶螺紋肋，如圖1(a)所示。此外，選擇12 mm直徑的筋材作為母材，在其表面通過(guò)噴涂工藝覆蓋一層細(xì)石英砂，以研究噴砂處理對(duì)黏結(jié)性能的影響，如圖1(b)所示。根據(jù)廠家提供的材料指標(biāo)，CFRP筋的拉伸強(qiáng)度f(wàn)frp為1 800 MPa，彈性模量E為150 GPa，極限伸長(zhǎng)率δfrp為1.3%。

圖1 CFRP筋(單位:mm)

SWSSC的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35和C70兩個(gè)等級(jí)，主要原材料的基本情況為：水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料為最大粒徑為25 mm的碎石；細(xì)骨料為天然海砂，細(xì)度模數(shù)為2.84，海砂中貝殼含量為2%～4%?；炷敛捎萌斯ずＫ柚苹炷?，按照中國(guó)南海海域海水實(shí)際情況[22]，其離子濃度如表2所示。C35混凝土的配合比為1(水泥)∶2.67(碎石)∶1.78(海砂)∶0.54(人工海水)，28 d立方體抗壓強(qiáng)度為39.7 MPa。C70混凝土的配合比為：1(水泥)∶0.11(硅灰)∶2.58(碎石)∶1.58(海砂)∶0.33(人工海水)∶0.01(減水劑)，28 d立方體抗壓強(qiáng)度為73 MPa。此外，制作了一批NC試件與SWSSC試件進(jìn)行對(duì)比，NC的配合比與C35的SWSSC相同，攪拌時(shí)采用自來(lái)水和河砂替代海水和海砂。

表2 人工海水離子濃度

1.3 試件制作

混凝土試件采用邊長(zhǎng)為150 mm的立方體試塊(CR16-160SL除外，其邊長(zhǎng)為160 mm)，中心位置預(yù)埋CFRP筋。試件采用定制的鋼模澆筑成型，如圖2(a)所示。CFRP筋分為加載段、黏結(jié)段和自由段3個(gè)區(qū)域。CFRP筋與混凝土的黏結(jié)長(zhǎng)度通過(guò)設(shè)置在黏結(jié)段兩端的塑料套管進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在套管和筋材之間注入密封膠，見圖2(b)。試件成型后在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)3 d后拆模，并在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至28 d時(shí)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。為防止CFRP筋在夾具夾持下斷裂，需要在加載段外套鋼管進(jìn)行增強(qiáng)，鋼管通過(guò)黏結(jié)劑與筋材連接，長(zhǎng)度約為30db，如圖2(c)所示。制作拉拔試件時(shí)，每批次試件預(yù)留一組標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，與拉拔試件同條件養(yǎng)護(hù)，測(cè)得的抗壓強(qiáng)度平均值作為試件的實(shí)際強(qiáng)度。

圖2 試件制作

1.4 試驗(yàn)裝置及測(cè)量方案

拉拔試驗(yàn)按照CSA S806-02[23]規(guī)范開展，采用自制的加載架進(jìn)行加載，如圖3(a)所示。加載架是由2塊20 mm厚的鋼板和4根直徑20 mm的螺桿及配套的螺栓組成。鋼板中心設(shè)置有一個(gè)直徑30 mm的圓孔。CFRP筋與混凝土之間的相對(duì)滑移采用固定在自由段的2個(gè)位移傳感器(LVDT)測(cè)量，LVDT通過(guò)一個(gè)鋼環(huán)連接在CFRP筋上，其滑動(dòng)桿支撐在混凝土塊的底部，如圖3(b)所示。軸向荷載采用SHT4605-G萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)施加，加載速度為0.3 mm·min-1。試驗(yàn)過(guò)程中，軸力采用試驗(yàn)機(jī)自帶的荷載傳感器進(jìn)行監(jiān)控，LVDT滑移量和軸力通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄，采樣間隔為0.5 s。

圖3 試驗(yàn)裝置

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 破壞模式

本文中CFRP筋與混凝土的黏結(jié)應(yīng)力采用平均黏結(jié)應(yīng)力τ來(lái)表征，按式(1)計(jì)算

(1)

各試件的拔出試驗(yàn)結(jié)果列于表1中。試件的破壞分為混凝土劈裂和FRP筋拔出2種模式，如圖4所示。從表1可以看出，絕大部分試件的破壞模式均為拔出破壞，即CFRP筋從混凝土塊中被拔出，兩者界面發(fā)生黏結(jié)破壞，但各組試件的黏結(jié)面破壞形態(tài)有一定的差異。對(duì)于低強(qiáng)度混凝土試件，筋材表面基本完整，且較為光滑，表面附著的混凝土很少，表明界面的黏結(jié)強(qiáng)度相對(duì)較低；對(duì)于高強(qiáng)度混凝土試件，筋材表面的肋出現(xiàn)明顯的磨損痕跡，甚至可以看到部分螺旋肋間的尼龍線由于摩擦而斷裂，如圖4(c)所示，意味著界面的黏結(jié)強(qiáng)度相對(duì)較高，表明CFRP筋與高強(qiáng)SWSSC的黏結(jié)效果優(yōu)于低強(qiáng)度的SWSSC，這一結(jié)果與普通混凝土的FRP筋拉拔試驗(yàn)結(jié)果基本一致[24-25]。此外，直徑為8 mm筋材的NC與SWSSC試件的破壞模式?jīng)]有差別，均為拔出破壞模式。相比于螺紋肋表面，噴砂筋材的表面附著大量的混凝土碎屑，未見噴砂顆粒出現(xiàn)明顯剝落的現(xiàn)象，如圖4(c)所示。一些研究者選擇光圓FRP筋表面噴砂處理后開展拔出試驗(yàn)，其破壞特征主要表現(xiàn)為表面沙粒層的剝落[16]，這與本文試驗(yàn)結(jié)果有顯著區(qū)別，說(shuō)明對(duì)于表面噴砂，選擇螺紋肋筋作母材要優(yōu)于光圓筋材，這應(yīng)該與表面的螺紋肋增加了黏結(jié)界面的機(jī)械咬合力有關(guān)。

圖4 試件典型破壞模式

劈裂破壞的模式是以FRP筋為中心、沿徑向出現(xiàn)放射性裂縫，混凝土發(fā)生劈裂，如圖4(a)所示。從表1可以看出，劈裂破壞出現(xiàn)在筋材直徑相對(duì)較大(CR16-160SL)及混凝土強(qiáng)度較高(CR12-120SH)的試件中。在拔出過(guò)程中，F(xiàn)RP筋的肋對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生環(huán)向擠壓而使得混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力[25]。一般而言，筋材直徑大則環(huán)向擠壓效應(yīng)相對(duì)明顯。另一方面，高強(qiáng)混凝土與筋材黏結(jié)能力相對(duì)較強(qiáng)，則破壞前的拉拔力也就更高，這種環(huán)向擠壓力也就更大。當(dāng)擠壓效應(yīng)產(chǎn)生的環(huán)向拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，試件產(chǎn)生劈裂破壞。由于發(fā)生劈裂破壞時(shí)，試件界面的黏結(jié)應(yīng)力很可能未達(dá)到黏結(jié)強(qiáng)度，因此，在后續(xù)討論中未納入發(fā)生劈裂破壞試件。

2.2 黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線

圖5給出了5組典型試件的黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線?？梢钥闯?，同組試件的曲線形狀基本一致。從表1中的數(shù)據(jù)來(lái)看，同組試件峰值荷載及對(duì)應(yīng)的位移也較為接近，表明試驗(yàn)的可重現(xiàn)性較好。因此，選擇每組試件黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線的平均曲線代表該組試件的測(cè)試結(jié)果來(lái)開展討論，如圖6所示。

圖5 典型試件的黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線

從圖6可以看出，不論是SWSSC還是NC試件，對(duì)于拔出破壞模式，其黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線大致分為5個(gè)階段：起始的微滑移階段，此階段滑移量小，而黏結(jié)應(yīng)力增長(zhǎng)迅速，主要依靠CFRP筋和混凝土的黏結(jié)力來(lái)抵抗拉拔力[16,24]；滑移階段，隨著拉拔力的增大，滑移量明顯增大，滑移面的摩擦作用逐步顯現(xiàn)，曲線開始呈現(xiàn)出非線性關(guān)系；拔出階段，對(duì)應(yīng)于整個(gè)界面發(fā)生黏結(jié)破壞，筋材被整體拔出，曲線的斜率會(huì)急劇減小，直至黏結(jié)應(yīng)力到達(dá)峰值；軟化階段，對(duì)應(yīng)于峰值應(yīng)力后的快速下降段；殘余階段，對(duì)于螺紋肋筋，殘余黏結(jié)應(yīng)力表現(xiàn)出第二波峰的趨勢(shì)，這主要是由于螺紋肋分段楔入混凝土內(nèi)，在筋材滑移過(guò)程中產(chǎn)生了附加阻力[25]。對(duì)于表面噴砂筋材，則沒(méi)有明顯的第二波峰趨勢(shì)，其原因應(yīng)該是噴砂處理減小了肋高，從而減小了肋的楔入作用。

圖6 黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線

而對(duì)于劈裂破壞模式，如CR12-120SH，其黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線只測(cè)得上升段，表現(xiàn)出典型的脆性破壞特征。

3 分析與討論

3.1 黏結(jié)長(zhǎng)度

黏結(jié)長(zhǎng)度對(duì)CFRP筋與SWSSC的黏結(jié)強(qiáng)度有顯著影響，本文采用ld/db來(lái)進(jìn)行分析。圖7給出了3種螺紋肋筋材試件的黏結(jié)強(qiáng)度與ld/db的關(guān)系曲線，圖7的各數(shù)據(jù)點(diǎn)均為每組3個(gè)試件的平均值?？梢钥闯觯S著ld/db的增加，黏結(jié)強(qiáng)度呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，這主要是由于黏結(jié)區(qū)域的黏結(jié)應(yīng)力并非均勻分布，且隨著黏結(jié)長(zhǎng)度的增加，非線性效應(yīng)相對(duì)顯著[25]。此外，黏結(jié)強(qiáng)度的降低趨勢(shì)基本一致，大致與(ld/db)-0.41呈近似關(guān)系，且基本不受筋材直徑的影響。

圖7 黏結(jié)長(zhǎng)度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

3.2 筋材直徑

選擇黏結(jié)長(zhǎng)度ld基本一致的螺紋肋筋材試件，考察筋材直徑db對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度τb的影響，結(jié)果如圖8所示。從整體上來(lái)看，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，無(wú)論是在ld較小(30～40 mm)還是ld相對(duì)較大(80～90 mm)的情況下，黏結(jié)強(qiáng)度隨筋材直徑增大呈下降趨勢(shì)，但規(guī)律性并不顯著，特別是對(duì)直徑db=12 mm的試件。一般而言，由于泊松比效應(yīng)，在拉拔過(guò)程中筋材的直徑有所減小，使得筋材與周圍混凝土的摩擦力變小，導(dǎo)致黏結(jié)強(qiáng)度下降[25]。直徑大的筋材由于其直徑減小量相對(duì)更大，因而其黏結(jié)強(qiáng)度會(huì)有所降低。由于本試驗(yàn)3種筋材表面肋的構(gòu)造并不完全相同，這可能是導(dǎo)致規(guī)律性不強(qiáng)的主要因素。

圖8 筋材直徑對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

3.3 混凝土抗壓強(qiáng)度

2種強(qiáng)度等級(jí)的SWSSC試件拉拔試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比情況如圖9所示。可以看出，對(duì)于同種筋材，黏結(jié)強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度的提高而增大，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，這種增長(zhǎng)趨勢(shì)幾乎不受黏結(jié)長(zhǎng)度的影響。一般而言，強(qiáng)度高的混凝土與FRP筋材之間的黏結(jié)作用更強(qiáng)，其界面的機(jī)械咬合力也更好，因而兩者之間的黏結(jié)強(qiáng)度也就相對(duì)更高。這一結(jié)果與FRP筋黏結(jié)NC的拉拔試驗(yàn)結(jié)果基本一致[24]。

圖9 混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

3.4 筋材表面處理

本試驗(yàn)采用噴砂對(duì)螺紋肋筋材表面進(jìn)行了處理，圖10給出了噴砂試件與基準(zhǔn)試件的黏結(jié)強(qiáng)度比。可以看出，噴砂試件的黏結(jié)強(qiáng)度顯著高于對(duì)比試件，提高幅度超過(guò)70%，這主要得益于噴砂提高了筋材表面的粗糙程度，大大提高了界面的機(jī)械咬合力和摩擦力。因此，表面噴砂是提高CFRP筋與SWSSC黏結(jié)性能的有效方式。另一方面，強(qiáng)度比隨黏結(jié)長(zhǎng)度的增加呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，但降低幅度不大。在本文試驗(yàn)條件下，噴砂表面的黏結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)系數(shù)可取為其平均值1.76。

圖10 筋材表面處理對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

3.5 混凝土種類

本試驗(yàn)開展了SWSSC與NC黏結(jié)CFRP筋的對(duì)比拉拔試驗(yàn)，兩者的黏結(jié)強(qiáng)度比如圖11所示?？梢钥闯?，在相同條件下，SWSSC與CFRP筋的黏結(jié)強(qiáng)度均低于對(duì)應(yīng)的NC試件，且隨著黏結(jié)長(zhǎng)度的增大，下降幅度有增大的趨勢(shì)。相關(guān)研究表明：海水和海砂中的鹽離子會(huì)通過(guò)FRP筋的表面擴(kuò)散到樹脂中，引起FRP筋性能的退化，對(duì)黏結(jié)性能產(chǎn)生不利影響[11]，這可能是導(dǎo)致SWSSC與FRP筋黏結(jié)強(qiáng)度低于NC的主要原因之一；另外，海砂中不可避免地含有貝殼等雜質(zhì)，也會(huì)影響?zhàn)そY(jié)強(qiáng)度。目前，在SWSSC與NC黏結(jié)性能的對(duì)比方面，研究成果很有限，尤其缺乏量化結(jié)果。在本文試驗(yàn)條件下，SWSSC與NC的黏結(jié)強(qiáng)度比在0.87～0.91之間，可取其平均值0.89進(jìn)行參考。

圖11 混凝土種類對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響

4 黏結(jié)強(qiáng)度模型

4.1 現(xiàn)有模型評(píng)估

目前，國(guó)際上已有相關(guān)規(guī)范提出了FRP筋與普通混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式，其中，美國(guó)規(guī)范ACI 440.1R-06[17]和加拿大規(guī)范CSA S806-02[23]所建議的公式應(yīng)用較為廣泛，分別如公式(2)和公式(3)所示

(2)

(3)

本文選擇這2個(gè)規(guī)范中的計(jì)算公式對(duì)CFRP筋與SWSSC的黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并采用平均絕對(duì)誤差EAA和相對(duì)誤差RA來(lái)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，計(jì)算公式如下

(4)

(5)

式中：ei為試件i的誤差預(yù)測(cè)值；pi為試件i的誤差試驗(yàn)值；N為試件數(shù)量。

預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值的對(duì)比情況如圖12所示，可以看出，按照2個(gè)規(guī)范方法得到的預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值的偏差明顯，離散性也大。從圖12(d)可以看出，2個(gè)方法的RA都大于1，明顯高估了SWSSC試件的黏結(jié)強(qiáng)度，主要原因是SWSSC試件的黏結(jié)強(qiáng)度低于NC試件。對(duì)于ACI 440.1R-06方法，缺少對(duì)筋材表面狀況差異性的考慮可能是其預(yù)測(cè)誤差來(lái)源的一個(gè)主要原因；在加拿大規(guī)范CSA S806-02中，沒(méi)有體現(xiàn)黏結(jié)長(zhǎng)度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響，顯然與第3節(jié)的討論結(jié)果不相符。因此，這2個(gè)規(guī)范所提出的模型并不適合直接用于估計(jì)CFRP筋與SWSSC的黏結(jié)強(qiáng)度。

圖12 試驗(yàn)強(qiáng)度與模型計(jì)算強(qiáng)度對(duì)比

4.2 ACI 440.1R-06計(jì)算方法修正

本文基于ACI 440.1R-06計(jì)算公式的表達(dá)形式和相關(guān)影響參數(shù)的討論結(jié)果，提出CFRP與SWSSC黏結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算公式。在新的計(jì)算公式中，采用(ld/db)-0.41來(lái)考慮黏結(jié)長(zhǎng)度的影響，并引入表面特征系數(shù)Ks處理筋材表面的差異，采用表1中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得到修正后的計(jì)算公式如下

(6)

式中：筋材表面為螺紋肋時(shí)，Ks取1.0，為表面噴砂時(shí)，Ks取1.76。

修正后的ACI 440.1R-06公式預(yù)測(cè)與試驗(yàn)結(jié)果的比較如圖12(c)所示。同時(shí)，從圖12(d)也可以看出，相比于已有的2個(gè)方法，本文提出的計(jì)算方法的EAA顯著降低，接近5%，RA接近1，表現(xiàn)出較好的預(yù)測(cè)精度。必須說(shuō)明的是，公式(4)僅僅是基于本文有限的試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出的，其對(duì)FRP與SWSCC黏結(jié)強(qiáng)度的適用性需要更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

4.3 臨界黏結(jié)長(zhǎng)度

CFRP筋與海水海砂混凝土能夠有效地共同工作，主要依靠的就是二者之間的黏結(jié)力，因此，探究筋材發(fā)生斷裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的臨界黏結(jié)長(zhǎng)度是十分有意義的。本文由于條件限制，沒(méi)有測(cè)得臨界黏結(jié)長(zhǎng)度ldb，因此，采用美國(guó)ACI 440.1R-06規(guī)范進(jìn)行估算，計(jì)算公式如下

(7)

式中：K1為反應(yīng)筋的表面特性對(duì)黏結(jié)性能影響的系數(shù)；ffu為FRP筋極限抗拉強(qiáng)度。

根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果得到的臨界黏結(jié)長(zhǎng)度如表3所示。

表3 CFRP筋臨界黏結(jié)長(zhǎng)度

基于公式(7)，對(duì)SWSCC黏結(jié)CFRP筋的臨界黏結(jié)長(zhǎng)度進(jìn)行了估算，結(jié)果列于表3中。可以看出，在筋材直徑一定的情況下，筋材與SWSSC的黏結(jié)強(qiáng)度越高，則臨界黏結(jié)長(zhǎng)度越短。另一方面，在筋材種類一定的情況下，臨界黏結(jié)長(zhǎng)度隨筋材直徑增大而增大。一般而言，對(duì)于C35等級(jí)的SWSSC，在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，CFRP筋的錨固長(zhǎng)度可以按70db進(jìn)行考慮。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)CFRP筋與SWSSC的黏結(jié)破壞可以歸于拔出破壞和劈裂破壞2種模式，且絕大部分試件表現(xiàn)為拔出破壞。在黏結(jié)長(zhǎng)度較大的情況下，筋材直徑較大、混凝土強(qiáng)度較高的試件出現(xiàn)劈裂破壞。一般而言，CFRP筋與SWSSC的黏結(jié)應(yīng)力-滑移曲線形狀較為接近，大致可以分為：微滑移階段、滑移階段、拔出階段、軟化階段和殘余階段這5個(gè)部分。

(2)CFRP筋與SWSSC的黏結(jié)強(qiáng)度隨黏結(jié)長(zhǎng)度的增加而逐步減小，且非線性特征顯著。在本文試驗(yàn)條件下，黏結(jié)強(qiáng)度與(ld/db)-0.41呈近似關(guān)系，且這一關(guān)系基本不受筋材直徑的影響。

(3)CFRP筋與SWSSC的黏結(jié)強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度的提高而增大，但與CFRP筋材直徑的相關(guān)關(guān)系不明顯；表面噴砂能夠顯著提高CFRP筋與SWSSC的黏結(jié)性能，在試驗(yàn)條件下，表面噴砂的黏結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)系數(shù)可取為1.76。

(4)SWSSC與CFRP筋的黏結(jié)強(qiáng)度低于對(duì)應(yīng)的NC，其強(qiáng)度比在0.87～0.91之間，可取其平均值0.89作為參考。

(5)現(xiàn)有NC與FRP筋的計(jì)算方法明顯高估了CFRP筋與SWSSC的黏結(jié)強(qiáng)度，有必要提出新的計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)ACI 440.1R-06規(guī)范公式進(jìn)行修正，提出了新的黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式，并估算了SWSSC中CFRP筋的臨界黏結(jié)長(zhǎng)度。該方法的適用性需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

(6)需要說(shuō)明的是，本試驗(yàn)僅涉及了CFRP筋與SWSSC短期黏結(jié)性能的研究，考慮到SWSSC對(duì)FRP筋材可能存在腐蝕性，其長(zhǎng)期試驗(yàn)必須開展專門研究。