陸巍天

（北京理工大學珠海學院，廣東 珠海 519000）

碳纖維復合材料CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer）具有輕質、高強、抗疲勞、耐腐蝕、易加工等特點，CFRP失效的方式分為CFRP片材與混凝土界面的剝離破壞和CFRP片材的拉斷破壞。剝離破壞的產生是由于CFRP或混凝土與膠結劑界面的粘接力不足，導致CFRP在到達極限工作狀態(tài)前就與混凝土界面剝離，剝離破壞是最常見的破壞形式，但不是最理想的破壞形式。因此，如何提高CFRP與混凝土界面之間的粘接力，延緩甚至避免剝離破壞的發(fā)生，是當今眾多學者研究的主要問題之一。

1 CFRP片材與混凝土的結合技術分類

針對上述問題，前人已對界面處理技術做了大量的研究。本文分別從在混凝土界面上進行處理、在結合方式上進行處理這兩大類別對各種結合技術進行綜述，如圖1所示。

圖1 CFRP-混凝土界面結合技術分類

1.1 在混凝土界面上進行處理的技術

1.1.1 物理糙化

物理糙化是指采用人工、機械等工具增加混凝土構件表面的粗糙度。目前，物理糙化有四種方法。一是高壓水槍噴射處理法。相比人工鑿毛法和砂輪打磨法，該方法更能提高混凝土的粘接強度，而且工作效率高。二是手工鑿毛處理法。該方法不需要設備，因此在實際工程中應用較多，常用于多層CFRP片材復合加固，但CFRP材料容易被過早地拉斷。三是砂輪打磨處理法。與手工鑿毛法相比，在使用單層CFRP片材進行加固的情況下，該方法對被加固構件延性的提高幅度較大。四是機械噴砂處理。該方法需要配備機械設備，目前較少使用。

1.1.2 化學糙化

化學糙化方法使用酸性物質或堿性物質進行糙化，但已有研究表明，上述方法都會使粘接強度降低。因此，目前，化學糙化方法在工程中較少應用。

1.1.3 總結對比

上述幾種方法都是通過提高混凝土的粗糙度來實現對粘接力的提升。王先偉等[1]研究發(fā)現，在凍融循環(huán)環(huán)境下，當混凝土表面粗糙度為0.33時，混凝土表面對CFRP-混凝土界面的粘接效果最好，但該研究只考慮了凍融環(huán)境。目前，通過量化粗糙度來分析粗糙度與CFRP-混凝土界面剪切強度關系的研究相對缺乏，發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

1.2 在結合方式上進行處理

在鋼筋混凝土（RC）構件的抗彎加固中，CFRP片材-混凝土界面的結合方法可以分為三大類，即外貼法、表面嵌貼法和新型錨固法。外貼法是采用環(huán)氧樹脂等粘接劑把CFRP外貼在構件受力區(qū)的加固方法。表面嵌貼法是將CFRP片材嵌入混凝土表層的預開槽中，使其與混凝土共同受力的技術，影響粘接強度的主要影響因素有槽寬、槽邊距。新型錨固法又可以細分為五種。

一是混合錨固法（Hybrid Bonding of FRP，HBFRP）。在使用粘接樹脂把CFRP片材粘貼在混凝土構件上后，沿其長度方向按照一定的間距布置機械錨固構件。二是U型錨固法。在外貼法的基礎上，沿梁的縱向方向按一定的距離設置U形箍。三是CFRP纏繞錨固法。把被環(huán)氧樹脂浸濕的CFRP布條纏繞到鐵片上，然后通過螺桿固定在鋼筋混凝土梁底。四是CFRP條帶錨固法。使用外貼法粘貼CFRP片材后，再使用CFRP條帶橫向粘貼到使用外貼法粘貼的CFRP片材上。五是波形夾具錨固法。使用該方法粘貼的CFRP布層數可達10層。

已有試驗結果表明，在不同的錨固方法條件下，CFRP片材的抗剝離能力主要由CFRP片材的層數、錨固構件的個數等控制。CFRP片材的層數越多，被加固梁的極限承載力越大，延性增大，但隨之CFRP-混凝土界面之間的粘接強度會降低。在RC梁剪跨段布置的錨具越多，越可以延緩裂縫的發(fā)展甚至避免裂縫的產生，CFRP材料不容易剝離，加固效果更好；RC梁的配筋率低，CFRP片材承擔混凝土的拉應力大，CFRP強度利用率高。

2 各種結合方法對比分析

本文從CFRP片材強度利用率、RC結構極限承載力提高幅度、RC架構跨中撓度的提高以及對RC構件的損傷程度四個因素出發(fā)，對上文提出的不同錨固方法進行對比分析，但影響以上四種變量的因素較多（如RC結構配筋率、CFRP片材規(guī)格等），而且每位學者的研究中變量也不盡相同，所以只能作為輔助衡量標準。不同錨固方法的加固效果對比如表1所示[2-7]。從對RC構件的損傷程度來看，表面嵌貼法為10～30 mm，常用20 mm；U型錨固法為0 mm；HB-FRP法為30～70 mm，常用40 mm；FRP纏繞錨固法為10～60 mm，常用50 mm；CFRP條帶錨固法為0 mm；波形夾具錨固法需要對夾具預埋，對RC構件損傷程度較大。

表1 不同錨固方法的加固效果對比

由表1可見，混合錨固方式（HB-FRP）與波形夾具錨固法的加固效果最理想，而且適用于多層CFRP片材的加固中。而U型錨固法與其他幾種錨固方法相比，加固效果比較不理想。

U型錨固法與CFRP條帶法對混凝土結構的損傷最小，而波形夾具錨固法對混凝土結構的損傷最大。對上述幾種因素進行對比，混合錨固法是目前最理想的連接方式，而波形夾具錨固法具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但需要解決對混凝土結構造成損傷較大的問題。

3 結論

目前，主流的糙化法為手工鑿毛法，但此方法對均勻度難以控制，容易產生應力集中，在不考慮使用機械設備等的條件下，高壓水槍噴射法的處理效果最理想；在使用多層CFRP對構件進行加固而且被加固梁跨度較小時，較理想的界面糙化法為手工鑿毛法；當需要加固構件跨度較大時，可以選擇砂輪打磨進行處理。從構件承載力提高幅度考慮，混合錨固法和波形夾具錨固法的效果最好；波形夾具錨固法在允許錨固CFRP片材層數上更有優(yōu)勢，但對混凝土損傷程度也最大；當需要對混凝土構件進行保護時，最理想的錨固方法為CFRP條帶錨固法。目前，粗糙度的評判標準繁多，尚未形成統一的標準，而量化粗糙度來研究粗糙度與粘接力的關系的相關研究較少。此外，目前還缺少CFRP錨固方法的設計規(guī)范。U型錨固法具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但夾具與混凝土表面的連接方法還需要進一步的改進。