超高性能混凝土-既有普通混凝土界面粘结性能研究综述

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)具有优异的力学性能和耐久性，被广泛应用于组合构件及结构加固中，其中，UHPC与既有普通混凝土(Existing normal concrete, NC)之间的界面粘结性能至关重要。本文综述了国内外UHPC-NC的界面粘结性能的试验方法及界面抗剪强度计算公式、影响因素与界面耐久性能的研究进展，指出了测试方法存在的不足，探究了不同规范的界面抗剪强度计算式对UHPC-NC的适用性，总结了不同因素对UHPC-NC界面粘结性能的影响，包括纤维、界面粗糙度、界面含水率、界面剂、既有混凝土强度、胶凝材料和养护制度等，阐述了其界面特性的增强机理，探讨了耐久性的现阶段研究。UHPC-NC具有优异的界面粘结强度，其中，合适的养护制度与纤维能够减少UHPC的收缩，增强材料之间相容性；界面粗糙度与既有混凝土强度的增加可以有效避免界面破坏；界面剂、胶凝材料及适当的界面含水率可以改善过渡区；UHPC-NC界面具有较好的抗渗透性能和抗冻融性能。     

键槽构造UHPC-NC界面黏结性能试验研究

采用超高性能混凝土(UHPC)加固桥梁,UHPC与既有普通混凝土( NC)结构界面间的黏结性能是保证加固效果的关键.为研究界面构造对UHPC-NC界面黏结性能的影响,以键槽布置和形状为变量,开展键槽构造UHPC-NC单面直接剪切试验,并与界面黏贴处理试件进行对比.结果表明:UHPC-NC黏结界面的破坏形态主要可分为四种,其中c、d类破坏(黏结界面与NC出现破坏)占总破坏形态的80% ;键槽构造组的界面黏结性能优于黏贴组,其界面黏结抗剪强度比黏贴组高2倍左右;当键槽口宽度较小(10～20 mm)即体积损失率低于0. 09时,UHPC-NC界面黏结抗剪强度随键槽口宽度的增大而增大;正梯形键槽试件的界面黏结抗剪强度比直角形键槽试件高25%左右,倒梯形键槽试件的界面黏结抗剪强度比直角形键槽试件高13% ～15% ;键槽构造UHPC-NC界面黏结-滑移曲线包含弹性上升阶段、屈服阶段和破坏下降阶段,部分曲线无屈服阶段,其极限滑移值均在0. 8 mm以下.本工作提出了键槽构造UHPC-NC界面黏结-滑移模型,并给出了黏结刚度建议值.     

非蒸养UHPC-钢板结构界面的受拉和剪切性能试验研究

超高性能混凝土（UHPC）在组合结构和钢结构加固领域具有很大的应用潜力,其中UHPC-钢板界面的力学行为对整体结构组合性能的发挥起到关键作用。该文通过一系列受拉试验和推出试验,对五种常见的非蒸养UHPC-钢板界面形式进行了研究,包括光滑钢板界面、花纹钢板界面、撒入骨料的环氧胶粘剂界面、焊接弯起钢筋界面和栓钉连接界面。试验结果表明UHPC直接粘结强度较低且并不可靠;花纹钢板界面和环氧胶粘剂界面的粘结强度较高,但在受拉或无约束受剪时发生脆性破坏;焊接弯起钢筋界面和栓钉连接界面具有明显的规律性和延性,然而施加约束带来的承载力提升并不明显。该文重点研究了栓钉连接界面的力学性质,发现经典理论和现有规范严重低估了UHPC锥形破坏的承载力,提出更符合实际情况的变角度破坏面假设;此外,该文通过试验结果标定和验证了UHPC中栓钉连接件荷载-滑移关系的指数函数模型。     

钢绞线网增强ECC与混凝土刻槽式界面粘结性能试验

为研究刻槽构造对钢绞线网增强工程用水泥基复合材料(High strength steel wire mesh reinforced engineered cementitious composites,HSSWM-ECC)与混凝土界面粘结性能的影响，考虑刻槽数量、刻槽深度、钢绞线直径、纵向钢绞线配筋率及ECC抗拉强度等因素，对设计制作的12组36个梁铰式试件进行了界面粘结性能试验。结果表明：HSSWM-ECC与混凝土界面粘结破坏形态有界面剥离破坏和钢绞线断裂破坏两种；在刻槽参与受力总宽度20 mm及槽深5 mm范围内，增加刻槽数量和刻槽深度均能有效提高界面粘结性能；而纵向钢绞线配筋率和ECC抗拉强度与界面粘结性能指标(粘结应力及对应滑移量)呈线性相关性。基于刻槽界面粘结机制分析，建立了考虑界面键槽特征(刻槽数量、槽深)及HSSWM-ECC层强度特征(钢绞线配筋率、钢绞线直径、ECC抗拉强度等)的刻槽处理界面抗剪承载力预测模型。经验证分析，该界面受剪承载力计算模型与试验结果吻合良好。     

重组竹-混凝土界面粘结-滑移本构模型

为研究胶粘剂连接的重组竹-混凝土界面粘结性能及构建粘结-滑移本构模型,对44个重组竹-混凝土粘结试件进行单剪试验,并考虑了粘结长度、重组竹粘结宽度与厚度、混凝土强度及胶层厚度等因素对粘结性能的影响。研究结果表明：在不同影响因素下,试件破坏模式基本相同,均为混凝土表面发生剥离破坏,粘结界面间裂缝从加载端产生并向自由端发展,破坏过程分为弹性阶段、软化阶段和脱粘平台阶段;界面峰值剪应力随重组竹厚度、混凝土强度、胶层厚度增加而增大,随粘结宽度增加而减小。根据试验粘结-滑移曲线,建立了重组竹-混凝土界面粘结-滑移本构模型,与实验结果进行对比,该模型能较好地反映重组竹-混凝土界面剪应力与滑移量间的关系。     

橡胶颗粒抑制蒸养混凝土热损伤机制

通过向蒸养混凝土中掺入橡胶颗粒制备蒸养橡胶混凝土来抑制蒸养过程中混凝土产生的热损伤。通过试验测试了蒸养橡胶混凝土的抗压强度；建立了考虑界面过渡区的橡胶混凝土随机骨料模型，基于ABAQUS，模拟研究了橡胶颗粒对降温阶段混凝土温度损伤应力的影响，从细观角度研究橡胶颗粒抑制蒸养混凝土中微裂纹发展规律，并将温度损伤应力作为初始缺陷，模拟了橡胶混凝土的抗压性能，验证了模拟结果的可靠性；通过压汞(Mercury intrusion porosimetry,MIP)测试研究了橡胶颗粒对蒸养混凝土孔结构的影响；通过超景深显微镜研究了橡胶与水泥石之间的结合情况。研究结果表明：橡胶颗粒掺入可以抑制蒸养混凝土的热损伤，减少强度损失。橡胶颗粒可以有效降低蒸养混凝土试件的总孔隙率，蒸养橡胶混凝土试件有害孔径较未掺加橡胶颗粒的普通蒸养混凝土下降了3.1%，同时改善了橡胶和水泥基体的粘结状况。     

钢纤维增韧微膨胀钢管混凝土界面粘结性能研究

进行了30根钢纤维微膨胀钢管混凝土试件推出试验,系统研究了核心混凝土与管壁的界面粘结性能,阐述了推出试验过程中试件界面粘结破坏特征,并对界面粘结性能的影响因素进行了分析。结果表明,钢纤维微膨胀钢管混凝土界面粘结强度较普通钢管混凝土明显提高。径厚比和含钢率是钢纤维微膨胀钢管混凝土界面粘结强度的主要影响因素。钢纤维的掺加导致微膨胀钢管混凝土界面粘结性能降低,其体积掺量建议不宜超过0.75%。含钢率达到22%时,钢纤维掺量与界面长度对界面粘结性能影响不明显。     

铣削型钢纤维与超高性能混凝土的界面粘结性能研究

超高性能混凝土(UHPC)优异的性能主要取决于钢纤维与基体的协同工作，为探讨铣削型钢纤维在UHPC中的适用性，本工作通过钢纤维拉拔试验，研究了铣削型钢纤维与UHPC的界面粘结性能，分析了纤维埋深、纤维有无端勾、基体有无纤维、养护条件四个因素的影响及其机理，并与镀铜微丝钢纤维进行对比。结果表明：四种类型的钢纤维(镀铜平直型S、镀铜端钩型H、铣削平直型MS和铣削型MH)在UHPC中的粘结强度大小顺序为H型>MH型>MS型>S型；随着纤维埋深增加，S型、H型和MS型钢纤维在UHPC中的粘结强度减小，而MH型钢纤维则增大；端勾有助于提升钢纤维在UHPC中的粘结强度和拉拔能，并影响拉拔荷载-位移曲线的形状；基体掺入2%(体积分数)钢纤维亦能略微提高钢纤维在UHPC中的粘结强度和拉拔能；与蒸养条件相比，标养条件下界面粘结强度降低，但也使得铣削型钢纤维的拔出行为更明显，提高了拉拔能。铣削型钢纤维与UHPC界面粘结强度较高，但其较低的纤维抗拉强度影响了粘结性能的发挥，建议开发适用于UHPC的高强铣削型钢纤维。     

CFRP-钢界面粘结性能试验与数值模拟

碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）与钢板的界面粘结性能为CFRP加固钢结构的关键问题之一。开展了17个CFRP板-钢板单搭接试件的拉伸剪切试验,研究了不同环氧粘结剂与CFRP材料的CFRP-钢界面力学行为和破坏模式;分析了粘结剂类型和CFRP材料对界面粘结滑移本构和界面剪切性能的影响,讨论了其承载力计算方法。结果表明：采用不同的粘结剂或CFRP材料,界面破坏形式和抗剪承载力均差异较大。采用Sika 330、Lica粘结剂的试件为CFRP板或钢板与胶层的界面破坏,采用Araldite粘结剂的试件为CFRP板浅表层离,采用Sika 30粘结剂的试件为胶层内聚破坏,采用SF（Sika S512/80）碳板的试件为CFRP板深层层离;Araldite试件的抗剪承载力为其他试件的1.7~2.9倍。Sika 330、Araldite及Lica试件粘结滑移曲线无明显下降段,属脆性破坏,而Sika 30与SF试件存在缓坡下降段,失效前有一定征兆;SF试件的粘结滑移本构可简化为三折线模型,其余试件则可简化为双线性模型。SF试件抗剪承载力需用Xia-a模型表征,其余试件则可用Xia-b模型表征。基于粘聚力模型对界面力学行为进行了数值模拟,结果表明,粘聚力模型可以较好地模拟界面的非线性力学行为,剥离应力对本单搭接试件的界面粘结强度影响很小。     

氯盐干湿环境下TRC与老混凝土的界面特性研究

采用双面剪切的加载方式研究了氯盐干湿循环对纤维编织网增强混凝土(Textile reinforced concrete,TRC)与普通硅酸盐混凝土界面性能的影响,并通过SEM(Scanning electron microscope)技术探究了氯盐干湿循环作用下界面的微观结构。研究发现:氯盐干湿循环下,TRC与老混凝土界面微观结构会损伤劣化;与连续氯盐浸泡相比,氯盐干湿循环对界面粘结性能的影响较大;相同干湿循环次数下,加固界面的粘结强度随着氯盐溶液浓度的增加而降低;相同氯盐溶液浓度下,加固界面的粘结强度随着循环次数的增加而降低。     

超高性能RPC钢筋网加固混凝土界面粘结性能试验研究

针对现有混凝土加固技术导致的耐久性弱、承载力低的问题,该文基于活性粉末混凝土钢筋网加固混凝土技术(Technical for strengthening concrete structures with reactive powder concrete and bar mesh, RPCBM),展开了双面剪切试验。该文评估了各试件的抗剪强度、破坏形态与荷载位移曲线,系统性地探讨了粗糙度、植筋率、钢筋网规格对RPCBM加固旧混凝土结构界面剪切性能的影响。结果表明：RPCBM加固混凝土结构的界面抗剪强度和延性提升幅度较大,具有良好的粘结性能。在一定范围内,随着粗糙度增大,粘结界面抗剪强度提高;植筋率增高,抗剪强度与延性增强;钢筋网规格是改善界面延性的重要因素。在此基础上,为了更好地计算RPCBM加固混凝土的界面粘结强度,该文基于以上数据建立了粘结界面抗剪强度的模型,提出了综合计算RPCBM加固普通混凝土(Ordinary Concrete, OC)界面抗剪强度的公式,试验结果与理论分析吻合较好,为工程实践中加固材料的选择和改进施工方法提供了理论依据。     

高温作用后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能试验研究

为了研究高温后玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与海水珊瑚混凝土的残余粘结性能,对54个GFRP筋珊瑚混凝土试件及钢筋珊瑚混凝土对比试件进行了高温作用后的中心拔出试验,最高温度为350℃,混凝土强度等级考虑C20～C30。观察了高温后试件的表观变化及粘结破坏形态,获取了各试件的粘结-滑移曲线、粘结强度、粘结刚度和峰值滑移量,分析了不同温度、GFRP筋直径、海水珊瑚混凝土强度等因素对高温后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能的影响。基于烧失率和XRD分析,剖析了GFRP筋海水珊瑚混凝土的高温劣化机制。最后,提出高温后GFRP筋与珊瑚混凝土的剩余粘结强度计算式和粘结-滑移本构模型。研究结果表明：高温作用后,尽管GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结破坏形态与常温相似,GFRP筋的碳化和珊瑚混凝土的分解使得二者界面发生显著劣化;随着温度的提高,GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结强度逐渐降低,峰值滑移量增大;GFRP筋直径越小,高温后的剩余粘结强度和剩余粘结刚度越小;珊瑚混凝土强度等级越高,剩余粘结刚度越大,峰值滑移量越小。所提出的高温后GFRP筋与珊瑚混凝土剩余粘结强度和粘结-滑移本构关系计算结果与试验结...     

NPR钢筋与海工混凝土的粘结性能试验研究

目前我国研究应用的钢材与西方发达国家相比强度仍然偏低,且普遍存在强度提高延性降低的问题,研究开发新型高强高延性钢筋是解决我国建筑用钢问题的有效途径.为了探究NPR钢筋能否应用于海工混凝土结构,本文采用中心拔出试验对NPR钢筋与海工混凝土间的粘结性能进行了研究,观察了试件的破坏形态,并分析了钢筋类型(NPR钢筋、普通钢筋)、海工混凝土强度等级(C30F250、C40F250、C50F250)、钢筋直径(8 mm、18 mm)及粘结长度(5d、7d)对粘结强度及粘结应力?滑移曲线的影响规律.试验结果表明:钢筋类型对破坏形态、粘结强度及粘结应力?滑移曲线均有明显影响;其他条件相同时,NPR钢筋的粘结强度低于普通钢筋;并且NPR钢筋的粘结强度随粘结长度的降低、海工混凝土强度等级的提高而增大.同时,采用三段式粘结?滑移本构模型对试验实测的粘结应力?滑移曲线进行拟合;结果表明,三段式模型能够较好地描述NPR钢筋与海工混凝土粘结应力?滑移曲线的特征.     

型钢混凝土结构粘结滑移性能试验研究

进行了20榀试件的实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的拉拔试验,分析了型钢与混凝土的粘结滑移机理、影响粘结滑移性能的主要因素以及沿锚固长度粘结应力和滑移量的分布规律,建立了型钢混凝土粘结强度和滑移量的计算公式,提出了型钢混凝土局部粘结破坏和整体粘结破坏极限荷载的计算原理与方法,根据混凝土板的冲切破坏理论,提出了确定临界保护层厚度的方法。研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论以及进行这种结构的有限元分析提供了试验依据。     

BFRP筋与低碱度硫铝酸盐水泥混凝土粘结性能试验

为研究玄武岩纤维增强聚合物复合材料(Basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋与低碱度硫铝酸盐水泥混凝土的粘结性能，对共90个粘结试件进行中心拉拔试验，研究了筋材表面形貌、混凝土强度等级等因素对粘结性能的影响。试验结果表明：对筋材表面进行喷砂、缠绕纤维和螺纹处理能显著提高粘结性能，深螺纹环氧树脂BFRP筋与65 MPa低碱度硫铝酸盐水泥混凝土的粘结强度高达39.09 MPa，远大于光滑BFRP筋的13.32 MPa。强度等级对BFRP筋-低碱度硫铝酸盐水泥混凝土粘结试件的粘结强度的影响更明显，此外BFRP筋与低碱度硫铝酸盐水泥混凝土粘结性能高于普通硅酸盐混凝土。最后，通过Cosenza-ManfrediRealfonzo(CMR)模型和修正后的Bertero-Popov-Eligehausen(mBPE)模型)对BFRP筋-混凝土粘结试件的粘结滑移(τ-s)曲线进行拟合，发现CMR模型对粘结滑移曲线的上升段拟合效果较好，清晰准确地反映了其粘结-滑移本构关系，为研究BFRP筋增强硫铝酸盐水泥混凝土结构的力学性能提供了关键理论依据。     

免拆UHPC模板RC梁受弯性能试验及承载力分析

对4根免拆超高性能混凝土（UHPC）模板钢筋混凝土（RC）梁和2根RC梁进行了受弯性能试验,试件变化参数为配筋率和保护层厚度,重点研究免拆UHPC模板RC梁的受力性能以及模板与后浇混凝土的剥离情况。结果表明:从开始加载到峰值荷载点,免拆UHPC模板与后浇混凝土界面没有发生任何滑移及剥离;峰值荷载后至构件破坏时,预制UHPC模板与后浇混凝土界面出现轻微剥离;免拆UHPC模板RC梁的开裂荷载较普通RC梁提高了近50%,屈服荷载、极限荷载提高约为10%。基于截面平衡条件、平截面假定以及UHPC、混凝土、钢筋的本构关系,建立了免拆UHPC模板RC梁的受弯承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合较好。     

CFRP-火灾后混凝土界面快速剥离试验

该文完成了72个快速荷载下CFRP加固火灾后混凝土试件单面剪切试验,基于Dai模型对界面应变分布进行拟合,并探讨了混凝土强度、应变率和过火温度三种因素对界面剪切黏结强度、应变分布、黏结剪应力、界面黏结滑移关系和界面断裂能等黏结性能参数的影响。试验表明:界面剪切黏结强度、峰值剪应力和界面断裂能随着混凝土强度和应变率的提高而提高,但随着过火温度的升高而下降,在500℃以后下降尤为显著,过火温度为700℃的试件界面平均峰值剪应力相比于常温试件下降33.0%,界面断裂能下降83.8%;有效粘结长度随着混凝土强度和应变率的提高略有减小,但随着过火温度的升高而显著增大。常温试件的有效粘结长度在70 mm～90 mm之间,而过火温度为700℃的试件有效粘结长度达165 mm左右。     

不同界面处理方法的自密实混凝土加固框架节点抗震性能试验研究

通过5个自密实混凝土加固框架中节点和1个整浇的对比框架节点进行二次受力下自密实混凝土框架节点的拟静力试验,研究不同界面处理对自密实混凝土加固节点抗震性能的影响。5个加固试件的界面分别采用了凿毛法、刻槽法、凿毛加刻槽法以及凿毛加植筋法等4种方法进行处理。通过对试件破坏过程、新老钢筋应变、荷载位移滞回曲线等试验结果的分析得到:4种界面处理方法均能使自密实混凝土与老混凝土具有较好的协同工作性能,而采用凿毛法与刻槽法相结合或凿毛法与植筋法相结合的加固节点其极限承载力、极限位移、位移延性系数等较单独采用凿毛处理或刻槽处理的效果明显提高,而极限承载力已接近整浇对比试件。     

钢纤维埋深与类型影响钢纤维-UHPC基体界面粘结性能的试验研究

为研究钢纤维-超高性能混凝土(UHPC)基体界面粘结性能的影响因素，进一步阐明不同纤维类型、埋深下双根钢纤维、UHPC基体粘结性能及界面破坏形式，本工作通过双丝拉拔试验对不同埋深的高强钢纤维在UHPC基体中的拔出行为进行研究，以了解纤维的拉拔性能和UHPC的界面粘结性能。纤维拉拔试验以纤维类型及埋深为变量，对两根钢纤维在不同纤维埋深下的评价参数进行了表征和分析，并观察了纤维拔出后的微观形貌和UHPC基体的隧洞形貌。试验结果表明：端钩型纤维的拉拔性能优于直圆型纤维；利用SEM观察到拔出的直圆型纤维表面粘附有絮状或簇状的微小UHPC基体颗粒，并有不同程度的擦伤或长而宽的刮痕，在UHPC基体隧洞中发现了微裂纹，且在纤维拉拔过程中拔出口附近的基体会发生剥落。同时，钢纤维的拉拔性能与纤维埋深有关，但埋深对端钩型纤维影响更大，拉拔荷载峰值达到402.66 MPa,材料的强度利用率为94.9%;纤维的破坏模式也与纤维类型有关，端钩型纤维比直圆型纤维更易发生断裂。本研究可为进一步改善钢纤维增强超高性能混凝土的力学性能提供参考。     

盐碱和冻融环境下GFRP筋/ECC材料粘结滑移模型

粘结滑移本构模型可以反映两种材料界面协同工作的性能，国内外对于玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋/普通混凝土的粘结滑移研究较多，对GFRP筋与工程用水泥基复合材料(ECC)的研究较少，尤其是盐碱或冻融环境下。共制作了66个GFRP筋/混凝土拉拔试件，对比了普通环境、盐碱和冻融循环条件下，GFRP筋表面形式、基体类型和混凝土强度等因素变化时，试件的破坏形式、粘结机制及粘结滑移曲线的差异。研究结果表明：带肋GFRP筋/ECC试件主要发生拔出且带缝破坏；冻融循环后的带肋GFRP筋/普通混凝土试件由劈裂破坏变为拔出且带缝破坏；冻融循环使试件的粘结滑移曲线斜率变小；发生拔出破坏和拔出且带缝破坏的试件残余段曲线呈波浪式衰减，且残余应力峰值之间的滑移量约为一个肋间距。与现有粘结滑移模型进行拟合，根据拟合结果和GFRP筋/ECC材料在3种环境下实际粘结滑移特点，提出了包含参数A、B、α的粘结滑移曲线模型，与试验结果拟合相关系数R²均在0.9以上，得到参数A、B、α的取值分别集中在-0.6～0.2，-0.1～0.1和-0.6～-0.3之间。并根据不同学者的试验结果进一步验证了建...