宋恒祥，李 科，江星宏，吳尚東

1.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074

2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067

超高性能混凝土（UHPC）因具有超高強(qiáng)度、超高韌性、高耐久性及微裂縫強(qiáng)愈合能力等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于混凝土修復(fù)領(lǐng)域。與傳統(tǒng)混凝土加固相比，UHPC特性使其在加固應(yīng)用中可采用薄層進(jìn)行加固，不僅可以顯著提高結(jié)構(gòu)的承載能力，還可以有效解決傳統(tǒng)混凝土易開(kāi)裂、延性小等問(wèn)題，迎合了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的交通量增長(zhǎng)的需求。

復(fù)合結(jié)構(gòu)由于存在界面效應(yīng)而在結(jié)構(gòu)承載時(shí)會(huì)成為薄弱區(qū)域，故保障UHPC與既有襯砌結(jié)構(gòu)之間的良好黏合性對(duì)于應(yīng)用UHPC具有至關(guān)重要的作用。為提高超高性能混凝土（UHPC）與普通混凝土（NC）的黏結(jié)強(qiáng)度，一些學(xué)者在黏結(jié)面處理方面做了不少研究工作，得到了許多提高黏結(jié)強(qiáng)度的處理方式，但現(xiàn)有研究多集中于界面粗糙度、界面黏結(jié)劑及基底混凝土強(qiáng)度等方面，對(duì)于界面角度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響的理論研究還較少。文章通過(guò)黏結(jié)斜剪試驗(yàn)，研究不同界面角度對(duì)復(fù)合試件界面黏結(jié)強(qiáng)度的影響，為采用超高性能混凝土（UHPC）加固隧道襯砌結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料及配合比

超高性能混凝土（UHPC）主要由預(yù)混料、鋼纖維、外加劑及水組成，配合比如表1所示。普通混凝土（NC）采用工程常規(guī)材料，配合比如表2所示。

表1 超高性能混凝土（UHPC）配合比 單位：g

表2 普通混凝土（NC）配合比 單位：g

1.2 試件設(shè)計(jì)

開(kāi)展斜剪試驗(yàn)研究不同界面角度對(duì)UHPC-NC試件的黏結(jié)性能。界面傾斜角度分為0°、15°、30°和45°，分別用“0”“15”“30”“45”表示；同組試件用序號(hào)“1”“2”“3”進(jìn)行編號(hào)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及試件編號(hào)如表3所示。

表3 斜剪試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及試件編號(hào)

1.3 試件制備

試件制作依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2016）規(guī)定進(jìn)行，試件尺寸取規(guī)格為100mm×100mm×300mm的棱柱體試件。先澆筑普通混凝土，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，后澆筑超高性能混凝土（UHPC），標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d。界面處理采用鑿毛處理與環(huán)氧樹(shù)脂界面劑結(jié)合的方式，復(fù)合試件鑿毛處理實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 復(fù)合試件鑿毛處理實(shí)物圖

1.4 材性試驗(yàn)

根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2016）對(duì)同批次混凝土進(jìn)行材性試驗(yàn)，試件尺寸均為100mm×100mm×100mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d。計(jì)算得出UHPC與NC立方體抗壓強(qiáng)度分別為136.4MPa、65.16MPa。

2 試驗(yàn)方案

2.1 加載方案

壓力機(jī)采用微機(jī)控制電液伺服試驗(yàn)機(jī)加載，加載過(guò)程應(yīng)連續(xù)均勻，直至試件破壞。試驗(yàn)加荷速度采用0.5MPa/s。沿界面長(zhǎng)度布置兩個(gè)位移計(jì)，以監(jiān)測(cè)界面滑移狀況；在超高性能混凝土（UHPC）和普通混凝土（NC）側(cè)邊分別黏貼應(yīng)變片，以觀測(cè)材料各自力學(xué)性能。試件加載現(xiàn)場(chǎng)圖如圖2所示。

圖2 試件加載現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2 黏結(jié)強(qiáng)度計(jì)算方法

采用名義黏結(jié)強(qiáng)度衡量UHPC-NC試件壓壞的斜剪強(qiáng)度，計(jì)算公式如下：

式中：fn為斜剪強(qiáng)度，MPa；P為破壞荷載，N；A為黏結(jié)面積，mm2。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 黏結(jié)強(qiáng)度結(jié)果分析

不同界面下的復(fù)合試件極限斜剪強(qiáng)度匯總表如表4所示。C類失效模式為普通混凝土達(dá)到極限抗壓強(qiáng)度而被壓壞所致，隨著荷載的增加，普通混凝土逐漸出現(xiàn)小掉塊飛濺或角部脫落，當(dāng)達(dá)到極限荷載時(shí)，普通混凝土側(cè)出現(xiàn)大部分脫落，直至黏結(jié)界面，超高性能混凝土（UHPC）側(cè)邊未出現(xiàn)掉塊、飛濺等現(xiàn)象。S類失效模式為復(fù)合試件達(dá)到極限剪切強(qiáng)度，而沿著黏結(jié)界面滑移破壞，超高性能混凝土（UHPC）與普通混凝土（NC）均未出現(xiàn)掉塊、飛濺及混凝土層剝落現(xiàn)象，當(dāng)黏結(jié)界面達(dá)到極限剪切強(qiáng)度時(shí)，復(fù)合試件沿著界面角度發(fā)生剪切滑移破壞，屬于脆性破壞。失效模式圖如圖3所示。

表4 不同界面下的復(fù)合試件極限斜剪強(qiáng)度匯總表

圖3 失效模式圖

3.2 應(yīng)變特性分析

不同界面角度下的極限壓應(yīng)變匯總表如表5所示。由表5可知，NU-0組試件的普通混凝土壓應(yīng)變達(dá)到了其極限壓應(yīng)變，但UHPC側(cè)的極限壓應(yīng)變僅為普通混凝土側(cè)的62.85%，NU-15組試件UHPC側(cè)與NC側(cè)峰值壓應(yīng)變約為普通混凝土試件的60%，NU-30組與NU-45組試件峰值壓應(yīng)變變化更小，不足普通混凝土試件的30%，混凝土還未充分發(fā)揮其形變性能。

表5 不同界面角度下的極限壓應(yīng)變匯總表 單位：με

復(fù)合試件在不同界面角度下的荷載-應(yīng)變曲線圖如圖4所示。由圖4可知，隨著應(yīng)變的增加，超高性能混凝土承載力上升緩慢。隨著黏結(jié)角度的增大，峰值壓應(yīng)變值在減小，混凝土未能充分發(fā)揮其形變性能，說(shuō)明黏結(jié)角度的增大，其黏結(jié)性能變差。

圖4 復(fù)合試件在不同界面角度下的荷載-應(yīng)變曲線圖

4 結(jié)論

文章通過(guò)研究不同界面黏結(jié)角度對(duì)復(fù)合試件界面黏結(jié)強(qiáng)度的影響，并分析復(fù)合試件的失效模式、界面黏結(jié)強(qiáng)度、應(yīng)變特性，主要得出了以下結(jié)論。

（1）復(fù)合試件在界面角度分別為0°、15°時(shí)，試件失效模式為傳統(tǒng)混凝土達(dá)到極限抗壓強(qiáng)度而被壓壞；界面角度分別為30°、45°時(shí)，試件失效模式為復(fù)合試件達(dá)到極限剪切強(qiáng)度，而沿著黏結(jié)界面滑移破壞。

（2）黏結(jié)角度越大，試件極限壓應(yīng)變值不斷減小，混凝土未能充分發(fā)揮其形變性能，黏結(jié)性能變差。采用鑿毛處理時(shí)采用小角度的界面方式可保障其黏結(jié)性能。

（3）此次研究只進(jìn)行分析了不同面角度對(duì)復(fù)合試件黏結(jié)強(qiáng)度的影響，但UHPC與普通混凝土界面受力復(fù)雜，影響因素多，后續(xù)研究應(yīng)開(kāi)展多因素耦合作用對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響。