UHPC加固既有砌體結(jié)構(gòu)界面黏結(jié)性能試驗(yàn)研究*

牛功科，董建偉，劉 旭

(1.建研科技股份有限公司，北京 100013； 2.華北理工大學(xué)，河北 唐山 063210)

0 引言

對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)加固，常規(guī)方法包括鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法、鋼筋混凝土面層加固法和鋼絞線-聚合物砂漿面層加固法。超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，UHPC)具有強(qiáng)度高、韌性好、耐久性優(yōu)異等特點(diǎn)，逐漸應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域。由于面層材料不同，良好的界面黏結(jié)性能是新增面層與砌體結(jié)構(gòu)基體共同工作的前提。因此，需對(duì)界面黏結(jié)性能進(jìn)行研究。本文選取砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)、界面劑、界面粗糙度、界面植筋、基體濕潤(rùn)度、養(yǎng)護(hù)條件、墻面類型作為變量，通過(guò)雙面剪切試驗(yàn)和鉆芯拉拔試驗(yàn)，研究UHPC加固面層與砌體結(jié)構(gòu)基體界面黏結(jié)剪切、抗拉強(qiáng)度。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

砌體墻采用MU15頁(yè)巖磚砌筑而成，加固面層所用UHPC抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為100MPa。雙面剪切試驗(yàn)和鉆芯拉拔試驗(yàn)試件如圖1所示，試驗(yàn)分組與試件編號(hào)如表1，2所示。

表1 試驗(yàn)分組

圖1 試件示意

1.2 加載裝置

雙面剪切試驗(yàn)采用100t電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，數(shù)據(jù)采集使用靜態(tài)信號(hào)采集設(shè)備，如圖2a所示。鉆芯拉拔試驗(yàn)采用CABR/PI-2型拉脫儀，如圖2b所示。

圖2 加載裝置

2 試驗(yàn)現(xiàn)象與試件破壞形態(tài)

2.1 雙面剪切試驗(yàn)

由于UHPC加固面層強(qiáng)度較高，試件破壞形態(tài)主要包括界面破壞和砌體墻破壞，未出現(xiàn)加固面層破壞的情況，按破壞程度分為界面輕度、中度和重度破壞，破壞形態(tài)如圖3所示。

圖3 雙面剪切試驗(yàn)試件破壞形態(tài)

表2 試件編號(hào)

2.2 鉆芯拉拔試驗(yàn)

鉆芯拉拔試驗(yàn)試件破壞形態(tài)與試驗(yàn)條件設(shè)置的關(guān)系較小，主要與取芯位置有關(guān)。當(dāng)取芯位置大部分位于磚面時(shí)， 芯樣未殘留砂漿和砌體結(jié)構(gòu)基體(見圖4a)，部分芯樣僅殘留砌體結(jié)構(gòu)基體(見圖4b)。當(dāng)取芯位置位于灰縫處時(shí)，芯樣殘留砂漿和砌體結(jié)構(gòu)基體(見圖4c，4d)。

圖4 芯樣破壞形態(tài)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 雙面剪切試驗(yàn)

將相同試驗(yàn)條件下試件界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度平均值作為最終結(jié)果，不同因素對(duì)試件界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度的影響如圖5～11所示。

圖5 砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)不同時(shí)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度

由圖5可知，砌體結(jié)構(gòu)基體砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)越高，界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度越大，與砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M1.0的試件(JQ-04組)相比，砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M2.5，M5.0的試件(JQ-10，JQ-11組)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度得到提高，最大提高幅度分別為40%，47%。

由圖6可知，與未使用界面劑的試件(JQ-04組)相比，使用UHPC專用界面劑的試件(JQ-07組)和素水泥漿型界面劑的試件(JQ-09組)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度基本得到提高，最大提高幅度分別為9%，15%；而使用液體型界面劑的試件(JQ-08組)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度卻呈降低趨勢(shì)。

由圖7可知，與未進(jìn)行鑿毛處理的試件(JQ-04組)相比，墻面鑿毛后的試件(JQ-05組)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度得到提高，最大提高幅度>30%。

圖7 界面粗糙度不同時(shí)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度

由圖8可知，界面植筋可有效提高試件界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度，最大提高幅度>80%，可知鋼筋在UHPC加固砌體結(jié)構(gòu)中起到了良好的協(xié)同作用。

圖8 界面植筋不同時(shí)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度

由圖9可知，基體濕潤(rùn)度對(duì)試件界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度的影響較小，基體干燥時(shí)界面黏結(jié)剪切性能略低。

圖9 基體濕潤(rùn)度不同時(shí)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度

由圖10可知，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件(JQ-04組)相比，不澆水養(yǎng)護(hù)試件(JQ-01組)和養(yǎng)護(hù)齡期減半試件(JQ-02組)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度均有所降低，最大降低幅度>15%。

圖10 養(yǎng)護(hù)條件不同時(shí)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度

由圖11可知，墻面勾縫處理后試件界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度得到提高，提高幅度為3%～22.5%。

圖11 墻面類型不同時(shí)界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度

3.2 鉆芯拉拔試驗(yàn)

將鉆芯拉拔試驗(yàn)得到的拉拔力換算為界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度，每組試件設(shè)置10個(gè)芯樣，試件界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度如圖12～18所示。

圖12 砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)不同時(shí)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度

由圖12可知，與采用M1.0砂漿砌筑的試件(LB-04組)相比，采用M2.5，M5.0砂漿砌筑的試件(LB-10，LB-11組)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度均有所提高，最大提高幅度分別為9%，17%。

由圖13可知，與未使用界面劑的試件(LB-04組)相比，使用液體型界面劑的試件(LB-08組)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度降低，降低幅度>50%；使用UHPC專用界面劑的試件(LB-07組)和素水泥漿型界面劑的試件(LB-09組)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度均有所提高，最大提高幅度分別為8%，12%。

圖13 界面劑不同時(shí)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度

由圖14可知，墻面鑿毛后的試件(LB-05，LB-05G組)表面粗糙度增大，界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度有所提高，提高幅度約為15%。

圖14 界面粗糙度不同時(shí)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度

由圖15可知，界面植筋對(duì)試件界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度的影響較大。當(dāng)鋼筋位于灰縫處時(shí)(LB-06，LB-06G組芯樣1～5)，試件界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度較?。划?dāng)鋼筋位于磚內(nèi)時(shí)(LB-06，LB-06G組芯樣6～10)，試件界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度較大。

圖15 界面植筋不同時(shí)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度

由圖16可知，基體干燥的試件(LB-03，LB-03G組)，界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度有所降低，最大降低幅度約為8%。

圖16 基體濕潤(rùn)度不同時(shí)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度

由圖17可知，對(duì)于不澆水養(yǎng)護(hù)的試件(LB-01組)，界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度離散性較大；對(duì)于養(yǎng)護(hù)齡期減半的試件(LB-02組)，界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件(LB-04組)的85%。

圖17 養(yǎng)護(hù)條件不同時(shí)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度

由圖18可知，墻面類型對(duì)試件界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度的影響較小。

圖18 墻面類型不同時(shí)界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開展雙面剪切試驗(yàn)和鉆芯拉拔試驗(yàn)，研究UHPC加固既有砌體結(jié)構(gòu)界面黏結(jié)剪切、抗拉強(qiáng)度，探討砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)、界面劑、界面粗糙度等級(jí)、界面植筋、基體濕潤(rùn)度、養(yǎng)護(hù)條件、墻面類型的影響，得出以下結(jié)論。

1)雙面剪切試驗(yàn)試件破壞形態(tài)主要包括界面破壞和砌體墻破壞，未出現(xiàn)加固面層破壞的情況，按破壞程度分為界面輕度、中度和重度破壞。

2)鉆芯拉拔試驗(yàn)試件破壞形態(tài)主要與取芯位置有關(guān)，主要破壞形態(tài)包括芯樣未殘留砂漿和砌體結(jié)構(gòu)基體、芯樣僅殘留砌體結(jié)構(gòu)基體、芯樣殘留砂漿和砌體結(jié)構(gòu)基體。

3)界面植筋對(duì)試件界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度的影響最大，可使界面黏結(jié)剪切強(qiáng)度提高幅度>80%；砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)的影響次之；基體濕潤(rùn)度的影響最小。

4)砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)和界面粗糙度對(duì)試件界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度的影響較大，墻面鑿毛后的試件界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度約提高15%；界面劑的影響次之；墻面類型的影響最小。界面植筋和養(yǎng)護(hù)條件對(duì)試件界面黏結(jié)抗拉強(qiáng)度的影響離散性較大。