CFRP筋與超高性能混凝土粘結(jié)性能的多維度試驗(yàn)探究與機(jī)理剖析一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域，隨著工程結(jié)構(gòu)向著大跨度、超高層以及復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用的方向發(fā)展，對建筑材料的性能提出了愈發(fā)嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在面對諸如海洋環(huán)境的強(qiáng)腐蝕、高濕度工業(yè)環(huán)境侵蝕以及長期荷載作用下，鋼筋銹蝕問題頻發(fā)，嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性，維修與更換成本高昂。在此背景下，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CarbonFiberReinforcedPolymer，簡稱CFRP）筋作為一種新型高性能材料應(yīng)運(yùn)而生，其具有高強(qiáng)度、低密度、優(yōu)異的耐腐蝕性以及良好的抗疲勞性能，在替代傳統(tǒng)鋼筋用于特殊環(huán)境或?qū)Y(jié)構(gòu)性能要求極高的建筑工程中展現(xiàn)出巨大潛力。超高性能混凝土（Ultra-HighPerformanceConcrete，簡稱UHPC）同樣是近年來備受矚目的新型建筑材料，其具備超高的強(qiáng)度、出色的耐久性、良好的韌性和體積穩(wěn)定性。與普通混凝土相比，UHPC通過優(yōu)化原材料組成和配合比，消除內(nèi)部缺陷，使其在微觀結(jié)構(gòu)上更加致密，抗壓強(qiáng)度可達(dá)150MPa以上，且抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕等性能遠(yuǎn)超普通混凝土。當(dāng)CFRP筋與超高性能混凝土相結(jié)合時(shí)，有望形成一種全新的、性能卓越的配筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。CFRP筋能充分發(fā)揮其高強(qiáng)度和耐腐蝕特性，彌補(bǔ)UHPC抗拉強(qiáng)度相對不足的短板；而UHPC則為CFRP筋提供穩(wěn)定且堅(jiān)固的錨固環(huán)境，二者協(xié)同工作，可大幅提升結(jié)構(gòu)的承載能力、延長使用壽命并降低維護(hù)成本，在跨海大橋、海洋平臺、核電站等對結(jié)構(gòu)安全和耐久性要求極高的重大工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，CFRP筋與超高性能混凝土之間的粘結(jié)性能是決定這種組合結(jié)構(gòu)能否有效協(xié)同工作的關(guān)鍵因素。粘結(jié)性能不佳可能導(dǎo)致二者在受力過程中過早發(fā)生粘結(jié)破壞，無法充分發(fā)揮各自材料的性能優(yōu)勢，使結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。研究表明，粘結(jié)性能受到多種因素的綜合影響，包括CFRP筋的表面形態(tài)、化學(xué)成分，UHPC的配合比、微觀結(jié)構(gòu)，以及二者之間的界面處理方式等。深入研究CFRP筋與超高性能混凝土的粘結(jié)性能，對于揭示其粘結(jié)機(jī)理、建立可靠的粘結(jié)性能評價(jià)方法和設(shè)計(jì)理論，進(jìn)而保障組合結(jié)構(gòu)的安全可靠運(yùn)行具有重要的科學(xué)意義和工程實(shí)用價(jià)值。它不僅能夠?yàn)樾滦团浣罨炷两Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，推動(dòng)建筑材料與結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，還能在實(shí)際工程中降低建設(shè)和運(yùn)營成本，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，對我國乃至全球的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)具有深遠(yuǎn)影響。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，CFRP筋與混凝土粘結(jié)性能的研究開展較早。20世紀(jì)80年代起，日本、美國、歐洲等國家和地區(qū)就開始關(guān)注CFRP筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，并對其與混凝土的粘結(jié)性能展開研究。早期研究主要集中在粘結(jié)強(qiáng)度的測試方法與基本影響因素分析，如通過拔出試驗(yàn)研究CFRP筋的直徑、表面粗糙度對粘結(jié)強(qiáng)度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，表面帶有肋紋的CFRP筋比光滑表面的CFRP筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度有顯著提升。隨著研究的深入，學(xué)者們開始關(guān)注多因素耦合作用對粘結(jié)性能的影響，包括混凝土強(qiáng)度等級、養(yǎng)護(hù)條件以及荷載持續(xù)時(shí)間等。在超高性能混凝土（UHPC）出現(xiàn)后，國外部分學(xué)者針對CFRP筋與UHPC的粘結(jié)性能開展研究。例如，[具體學(xué)者]通過對比不同配合比的UHPC與CFRP筋的粘結(jié)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)UHPC中鋼纖維的摻量對粘結(jié)性能有重要影響，適量的鋼纖維能夠增強(qiáng)CFRP筋與UHPC之間的機(jī)械咬合力，從而提高粘結(jié)強(qiáng)度。還有學(xué)者采用微觀測試技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）觀察CFRP筋與UHPC界面微觀結(jié)構(gòu)，分析界面過渡區(qū)的特征，揭示粘結(jié)機(jī)理。國內(nèi)對CFRP筋與混凝土粘結(jié)性能的研究起步稍晚，但發(fā)展迅速。20世紀(jì)90年代末開始，眾多高校和科研機(jī)構(gòu)紛紛投入相關(guān)研究。早期主要是借鑒國外研究成果，開展基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究，明確CFRP筋在普通混凝土中的粘結(jié)性能指標(biāo)。隨著國內(nèi)對高性能建筑材料需求的增長，CFRP筋與UHPC粘結(jié)性能研究逐漸成為熱點(diǎn)。一些研究針對CFRP筋在UHPC中的錨固長度展開，通過試驗(yàn)建立錨固長度與粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系模型，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。同時(shí)，國內(nèi)學(xué)者也關(guān)注到環(huán)境因素對粘結(jié)性能的影響，如海洋環(huán)境中的氯鹽侵蝕、干濕循環(huán)作用下，CFRP筋與UHPC粘結(jié)性能的退化規(guī)律。部分研究還嘗試從細(xì)觀力學(xué)角度，運(yùn)用數(shù)值模擬方法分析CFRP筋與UHPC的粘結(jié)過程，輔助實(shí)驗(yàn)研究。盡管國內(nèi)外在CFRP筋與超高性能混凝土粘結(jié)性能研究方面取得了一定成果，但仍存在不足。一方面，研究成果的系統(tǒng)性和通用性有待提高?，F(xiàn)有研究多集中在特定試驗(yàn)條件下，不同研究之間的參數(shù)設(shè)置差異較大，導(dǎo)致研究成果難以形成統(tǒng)一、通用的理論體系和設(shè)計(jì)方法。另一方面，對復(fù)雜服役環(huán)境下粘結(jié)性能的長期演變規(guī)律研究不夠深入。實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)往往會受到多種環(huán)境因素耦合作用以及長期荷載作用，而目前對這些復(fù)雜因素下CFRP筋與UHPC粘結(jié)性能的劣化機(jī)制和壽命預(yù)測研究相對較少。此外，在粘結(jié)性能的微觀研究方面，雖然已采用微觀測試技術(shù)觀察界面結(jié)構(gòu)，但對界面處的物理化學(xué)反應(yīng)過程以及微觀結(jié)構(gòu)與宏觀粘結(jié)性能之間的定量關(guān)系研究還不夠透徹?；谝陨涎芯楷F(xiàn)狀與不足，本文將開展系統(tǒng)的CFRP筋與超高性能混凝土粘結(jié)性能試驗(yàn)研究。通過設(shè)計(jì)多組對比試驗(yàn)，全面考慮CFRP筋的表面特性、UHPC的配合比以及環(huán)境因素等變量，深入分析各因素對粘結(jié)性能的影響規(guī)律。同時(shí)，結(jié)合微觀測試技術(shù)與數(shù)值模擬方法，從微觀和宏觀層面揭示粘結(jié)機(jī)理，建立更為完善的粘結(jié)性能評價(jià)模型，為CFRP筋與超高性能混凝土組合結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供更為可靠的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。1.3研究目的與內(nèi)容本研究旨在通過系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，深入揭示CFRP筋與超高性能混凝土之間的粘結(jié)性能，為CFRP筋-UHPC組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和工程應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。具體研究內(nèi)容如下：CFRP筋與UHPC粘結(jié)性能測試：設(shè)計(jì)并開展拔出試驗(yàn)，通過對不同類型的CFRP筋（如表面帶肋、表面光滑等）在UHPC試件中的拔出過程進(jìn)行力學(xué)測試，獲取粘結(jié)強(qiáng)度、粘結(jié)滑移曲線等關(guān)鍵性能指標(biāo)。在試驗(yàn)過程中，精確控制加載速率，采用位移傳感器和力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測CFRP筋的拔出位移和所承受的拉力，確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過這些測試，直觀地了解CFRP筋與UHPC在受力過程中的粘結(jié)行為，明確二者之間的粘結(jié)強(qiáng)度大小以及粘結(jié)力隨滑移的變化規(guī)律。影響因素分析：從多個(gè)維度分析影響CFRP筋與UHPC粘結(jié)性能的因素。在CFRP筋方面，研究筋材的表面形態(tài)（包括肋紋形狀、間距、高度等參數(shù)）、纖維種類（不同型號碳纖維的性能差異）以及筋材的直徑對粘結(jié)性能的影響。通過改變這些參數(shù)，制作多組對比試件，進(jìn)行拔出試驗(yàn)，分析各參數(shù)變化時(shí)粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)滑移曲線的變化趨勢，從而確定CFRP筋自身特性對粘結(jié)性能的影響規(guī)律。在UHPC方面，探討UHPC的配合比（如水泥、礦物摻合料、骨料、外加劑的比例關(guān)系）、鋼纖維摻量（不同摻量對材料韌性和粘結(jié)性能的影響）以及養(yǎng)護(hù)條件（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、高溫養(yǎng)護(hù)、潮濕養(yǎng)護(hù)等不同環(huán)境對材料性能的作用）對粘結(jié)性能的作用。同樣通過設(shè)計(jì)不同配合比和養(yǎng)護(hù)條件的UHPC試件，與CFRP筋組成試件進(jìn)行試驗(yàn)，研究這些因素如何改變UHPC的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能，進(jìn)而影響與CFRP筋的粘結(jié)效果。粘結(jié)機(jī)理研究：結(jié)合微觀測試技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）觀察CFRP筋與UHPC的界面微觀結(jié)構(gòu)，分析界面過渡區(qū)的特征，包括界面處的孔隙分布、水化產(chǎn)物形態(tài)、纖維與基體的結(jié)合情況等。運(yùn)用能譜分析（EDS）確定界面處元素的分布和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物，從微觀層面揭示粘結(jié)機(jī)理。同時(shí)，采用X射線衍射（XRD）分析界面處的晶體結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)一步了解粘結(jié)過程中的物理化學(xué)反應(yīng)過程。通過這些微觀測試技術(shù)，深入探究CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)力來源，包括化學(xué)膠結(jié)力、機(jī)械咬合力和摩擦力等在粘結(jié)過程中的作用機(jī)制和相互關(guān)系。粘結(jié)性能模型建立：基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和粘結(jié)機(jī)理分析，建立考慮多種影響因素的CFRP筋與UHPC粘結(jié)性能模型。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和回歸分析，確定模型中的參數(shù)。通過對不同因素下試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，考慮CFRP筋表面特性、UHPC材料性能以及環(huán)境因素等變量，建立能夠準(zhǔn)確預(yù)測粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)滑移關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。并通過對比模型預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性，不斷優(yōu)化模型參數(shù)，提高模型的精度，為工程設(shè)計(jì)提供有效的計(jì)算工具。二、試驗(yàn)材料與方法2.1試驗(yàn)材料2.1.1CFRP筋本試驗(yàn)選用的CFRP筋為[具體生產(chǎn)廠家]生產(chǎn)的[筋材型號]，其類型為拉擠成型的實(shí)心圓棒狀CFRP筋，這種成型工藝使得CFRP筋內(nèi)部纖維分布均勻，結(jié)構(gòu)致密，有利于保證其力學(xué)性能的穩(wěn)定性。筋材的公稱直徑為[X]mm，直徑公差控制在±[公差值]mm范圍內(nèi)，以確保在試驗(yàn)過程中因直徑差異對粘結(jié)性能的影響可忽略不計(jì)。從物理性能方面來看，CFRP筋的密度約為[密度數(shù)值]g/cm3，僅為普通鋼材密度的[X]%左右，這一特性使得在同等體積條件下，CFRP筋的質(zhì)量遠(yuǎn)低于鋼材，大大減輕了結(jié)構(gòu)的自重。在實(shí)際工程應(yīng)用中，如大跨度橋梁的建造，使用CFRP筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋，可有效降低橋梁自身重量，減小下部結(jié)構(gòu)的承載壓力，提高橋梁的跨越能力。同時(shí)，CFRP筋具有優(yōu)異的熱膨脹系數(shù)，其縱向熱膨脹系數(shù)約為[縱向熱膨脹系數(shù)數(shù)值]×10??/℃，橫向熱膨脹系數(shù)約為[橫向熱膨脹系數(shù)數(shù)值]×10??/℃。與混凝土的熱膨脹系數(shù)（約為[混凝土熱膨脹系數(shù)數(shù)值]×10??/℃）較為接近，在溫度變化環(huán)境下，二者因熱脹冷縮產(chǎn)生的變形差異較小，能夠有效避免因溫度應(yīng)力導(dǎo)致的界面粘結(jié)破壞，提高組合結(jié)構(gòu)的耐久性。在化學(xué)性能上，CFRP筋主要由碳纖維和樹脂基體組成。碳纖維作為增強(qiáng)相，其主要成分是碳元素，具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵抗多種化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。在強(qiáng)酸堿環(huán)境中，如工業(yè)廢水處理池等結(jié)構(gòu)中，普通鋼筋極易受到酸堿物質(zhì)的腐蝕，而CFRP筋則能保持性能穩(wěn)定。樹脂基體通常采用環(huán)氧樹脂等高性能樹脂，這些樹脂具有良好的粘結(jié)性，能夠?qū)⑻祭w維牢固地粘結(jié)在一起，同時(shí)也對CFRP筋起到保護(hù)作用，進(jìn)一步增強(qiáng)其化學(xué)穩(wěn)定性。此外，CFRP筋對紫外線、微生物等環(huán)境因素也具有較強(qiáng)的抵抗能力，不易發(fā)生老化、降解等現(xiàn)象，這使得其在戶外、潮濕等惡劣環(huán)境下的工程應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。2.1.2超高性能混凝土超高性能混凝土（UHPC）的原材料組成豐富且精細(xì)。水泥選用[具體品牌]的P?II52.5級硅酸鹽水泥，其具有較高的強(qiáng)度等級和良好的活性，能為UHPC提供堅(jiān)實(shí)的強(qiáng)度基礎(chǔ)。水泥中的硅酸三鈣（C?S）和硅酸二鈣（C?S）等礦物成分在水化過程中，會形成大量的水化產(chǎn)物，填充UHPC內(nèi)部的孔隙，使結(jié)構(gòu)更加致密。礦物摻合料采用硅灰和粉煤灰。硅灰是一種極細(xì)的火山灰質(zhì)材料，其平均粒徑約為0.1μm，比表面積高達(dá)20000m2/kg。硅灰具有極高的火山灰活性，能與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生二次反應(yīng)，生成更多的水化硅酸鈣凝膠，進(jìn)一步細(xì)化UHPC的微觀結(jié)構(gòu)，提高其強(qiáng)度和耐久性。粉煤灰選用I級粉煤灰，其顆粒細(xì)小，球形度好，能起到潤滑作用，改善UHPC的工作性能。同時(shí)，粉煤灰中的活性成分也能參與水化反應(yīng)，對強(qiáng)度增長有一定貢獻(xiàn)。骨料方面，細(xì)骨料選用粒徑范圍為0.16-0.63mm的石英砂，其質(zhì)地堅(jiān)硬、化學(xué)穩(wěn)定性好，能有效提高UHPC的強(qiáng)度和耐磨性。粗骨料選用粒徑為5-10mm的玄武巖碎石，其壓碎指標(biāo)低，堅(jiān)固性好，為UHPC提供了良好的骨架支撐。鋼纖維選用直徑為0.2mm、長度為13mm的鍍銅直鋼纖維，摻量為[X]%。鋼纖維的加入能顯著提高UHPC的韌性和抗拉強(qiáng)度，在受力過程中，鋼纖維能有效阻止裂縫的擴(kuò)展，使UHPC呈現(xiàn)出較好的延性。外加劑采用聚羧酸高性能減水劑，其減水率高達(dá)[減水率數(shù)值]%，能在低水膠比條件下，有效降低UHPC的用水量，提高其工作性能。同時(shí)，減水劑的加入還能改善水泥顆粒的分散性，促進(jìn)水泥的水化反應(yīng)。本試驗(yàn)采用的UHPC配合比如下：水泥用量為[X]kg/m3，硅灰用量為[X]kg/m3，粉煤灰用量為[X]kg/m3，石英砂用量為[X]kg/m3，玄武巖碎石用量為[X]kg/m3，鋼纖維用量為[X]kg/m3，聚羧酸高性能減水劑用量為[X]kg/m3，水膠比為[X]。在制備工藝上，首先將水泥、硅灰、粉煤灰、石英砂和鋼纖維等干料投入強(qiáng)制式攪拌機(jī)中，攪拌均勻，使各組分充分混合。然后加入預(yù)先計(jì)算好的用水量和減水劑，繼續(xù)攪拌，確?；炷恋墓ぷ餍阅軡M足要求。攪拌完成后，將UHPC澆筑到定制的模具中，采用振搗棒振搗密實(shí)，排除內(nèi)部氣泡。隨后將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為(20±2)℃，相對濕度大于95%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d。UHPC具有顯著的性能優(yōu)勢。其抗壓強(qiáng)度經(jīng)測試可達(dá)[X]MPa以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土的抗壓強(qiáng)度，這使得UHPC在承受重載的結(jié)構(gòu)中具有廣泛應(yīng)用前景，如大型橋梁的橋墩、高層建筑的基礎(chǔ)等。同時(shí)，UHPC的抗?jié)B性極佳，其抗?jié)B等級可達(dá)到P[X]以上，能有效抵御水分和有害介質(zhì)的侵入，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。此外，UHPC的抗凍性也十分出色，經(jīng)過[X]次凍融循環(huán)后，其質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失均在可接受范圍內(nèi)，可滿足寒冷地區(qū)工程的使用要求。2.2試驗(yàn)方法2.2.1試件設(shè)計(jì)與制作本試驗(yàn)旨在研究CFRP筋與超高性能混凝土的粘結(jié)性能，共設(shè)計(jì)并制作了[X]個(gè)試件。試件采用圓柱體形狀，直徑為150mm，高度為300mm。這種尺寸設(shè)計(jì)既能滿足試驗(yàn)過程中對試件穩(wěn)定性的要求，又能有效模擬實(shí)際工程中CFRP筋與UHPC的錨固情況。在試件中心布置一根CFRP筋，CFRP筋的錨固長度為100mm，伸出試件頂部的自由長度為200mm。錨固長度的選擇是基于前期的理論分析和相關(guān)研究成果，確保在拔出試驗(yàn)中，CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)性能能夠得到充分體現(xiàn)。在制作試件時(shí)，嚴(yán)格把控每一個(gè)環(huán)節(jié)。首先對CFRP筋進(jìn)行預(yù)處理，使用砂紙仔細(xì)打磨其表面，去除表面的油污、雜質(zhì)以及脫模劑等，確保表面清潔，以增強(qiáng)與UHPC的粘結(jié)效果。然后將處理好的CFRP筋垂直放置于定制的模具中心，通過定位裝置保證其位置準(zhǔn)確，避免在澆筑過程中發(fā)生偏移。UHPC的澆筑過程同樣至關(guān)重要。將攪拌均勻的UHPC緩慢倒入模具中，采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗，振搗過程遵循快插慢拔的原則，振搗點(diǎn)均勻分布，振搗時(shí)間控制在每點(diǎn)20-30s，確保UHPC填充密實(shí)，避免出現(xiàn)空洞、蜂窩等缺陷。振搗完成后，對試件表面進(jìn)行抹平處理，使表面平整光滑。隨后將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度控制在(20±2)℃，相對濕度保持在95%以上，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件能夠保證UHPC充分水化，發(fā)展其強(qiáng)度和性能，為后續(xù)的試驗(yàn)提供穩(wěn)定可靠的材料基礎(chǔ)。在養(yǎng)護(hù)期間，定期對試件進(jìn)行檢查，記錄試件的外觀變化，確保試件在養(yǎng)護(hù)過程中不受外界因素干擾。2.2.2試驗(yàn)裝置與加載制度試驗(yàn)采用[具體型號]的萬能材料試驗(yàn)機(jī)作為加載設(shè)備，該設(shè)備的最大加載能力為[X]kN，精度可達(dá)±0.5%，能夠滿足本試驗(yàn)對加載力的高精度要求。在實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)所承受的荷載復(fù)雜多樣，萬能材料試驗(yàn)機(jī)通過模擬實(shí)際受力情況，對試件施加穩(wěn)定、準(zhǔn)確的拉力，為研究CFRP筋與UHPC的粘結(jié)性能提供可靠的數(shù)據(jù)支持。加載方式采用位移控制的單調(diào)加載制度。在加載初期，加載速率設(shè)定為0.05mm/min，此時(shí)緩慢加載是為了使CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)力逐漸發(fā)揮作用，避免加載過快導(dǎo)致粘結(jié)破壞的突然發(fā)生，以便更清晰地觀察粘結(jié)滑移的初始階段。當(dāng)CFRP筋開始出現(xiàn)明顯的滑移時(shí)，將加載速率提高至0.1mm/min，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)狀態(tài)逐漸發(fā)生變化，適當(dāng)提高加載速率可以加快試驗(yàn)進(jìn)程，同時(shí)又能保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。在加載過程中，使用荷載傳感器實(shí)時(shí)測量拉力大小，荷載傳感器安裝在加載裝置與CFRP筋之間，能夠精確捕捉到加載過程中的荷載變化。同時(shí)，采用線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）位移傳感器測量CFRP筋的滑移量，LVDT位移傳感器通過特制的夾具固定在CFRP筋上，測頭與試件表面緊密接觸，能夠準(zhǔn)確測量CFRP筋相對于UHPC的位移。這些傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以10Hz的頻率對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和記錄，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以全面了解CFRP筋在拔出過程中的受力和變形情況，深入研究其與UHPC之間的粘結(jié)性能。2.2.3測試指標(biāo)與測量方法本試驗(yàn)的主要測試指標(biāo)為粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)滑移。粘結(jié)強(qiáng)度是衡量CFRP筋與UHPC粘結(jié)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，其計(jì)算公式為：\tau=\frac{F}{\pidl}，其中\(zhòng)tau為粘結(jié)強(qiáng)度（MPa），F(xiàn)為CFRP筋拔出時(shí)的最大拉力（N），d為CFRP筋的直徑（mm），l為CFRP筋的錨固長度（mm）。在試驗(yàn)過程中，通過萬能材料試驗(yàn)機(jī)記錄CFRP筋拔出時(shí)的最大拉力F，結(jié)合已知的CFRP筋直徑d和錨固長度l，即可計(jì)算出粘結(jié)強(qiáng)度。粘結(jié)滑移則反映了CFRP筋在受力過程中相對于UHPC的位移情況，是研究粘結(jié)性能的重要參數(shù)。通過LVDT位移傳感器測量CFRP筋的滑移量，在試驗(yàn)前，對LVDT位移傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測量的準(zhǔn)確性。在加載過程中，實(shí)時(shí)記錄LVDT位移傳感器測得的滑移數(shù)據(jù)，繪制粘結(jié)滑移曲線，直觀展示粘結(jié)力與滑移量之間的關(guān)系。為了確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)前對荷載傳感器和LVDT位移傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。采用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對荷載傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，通過施加不同等級的標(biāo)準(zhǔn)荷載，記錄荷載傳感器的輸出值，繪制校準(zhǔn)曲線，根據(jù)校準(zhǔn)曲線對試驗(yàn)中的荷載測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。對于LVDT位移傳感器，使用高精度的位移校準(zhǔn)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，通過將LVDT位移傳感器安裝在校準(zhǔn)裝置上，在不同位移下記錄傳感器的輸出值，檢查其線性度和精度，保證測量結(jié)果的可靠性。同時(shí)，在試驗(yàn)過程中，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，及時(shí)檢查傳感器和試驗(yàn)裝置，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。三、試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1粘結(jié)強(qiáng)度分析3.1.1粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算方法粘結(jié)強(qiáng)度是衡量CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）粘結(jié)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，其計(jì)算公式基于拔出試驗(yàn)的基本原理推導(dǎo)得出。在本試驗(yàn)中，采用以下公式計(jì)算粘結(jié)強(qiáng)度：\tau=\frac{F}{\pidl}其中，\tau為粘結(jié)強(qiáng)度（MPa），它反映了單位粘結(jié)面積上所能承受的最大拉力，是評估CFRP筋與UHPC粘結(jié)緊密程度的重要參數(shù)；F為CFRP筋拔出時(shí)的最大拉力（N），通過萬能材料試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)記錄獲得，該值代表了CFRP筋與UHPC之間粘結(jié)力的極限狀態(tài)；d為CFRP筋的直徑（mm），在試驗(yàn)前對CFRP筋進(jìn)行精確測量確定，直徑的大小會影響粘結(jié)面積，進(jìn)而對粘結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生影響；l為CFRP筋的錨固長度（mm），本試驗(yàn)中錨固長度統(tǒng)一設(shè)定為100mm，錨固長度是保證CFRP筋與UHPC之間能夠充分發(fā)揮粘結(jié)作用的關(guān)鍵因素，合適的錨固長度能夠確保在拔出試驗(yàn)中，粘結(jié)力能夠得到充分體現(xiàn)。在實(shí)際計(jì)算過程中，首先從試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中讀取CFRP筋拔出時(shí)的最大拉力F，然后根據(jù)測量得到的CFRP筋直徑d和設(shè)定的錨固長度l，代入上述公式進(jìn)行計(jì)算。例如，當(dāng)某組試驗(yàn)中CFRP筋拔出時(shí)的最大拉力F=50000N，CFRP筋直徑d=10mm，錨固長度l=100mm時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度\tau計(jì)算如下：\tau=\frac{50000}{\pi\times10\times100}\approx15.92MPa通過這種計(jì)算方法，可以準(zhǔn)確地得到不同試驗(yàn)條件下CFRP筋與UHPC的粘結(jié)強(qiáng)度，為后續(xù)分析不同因素對粘結(jié)性能的影響提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.1.2不同條件下的粘結(jié)強(qiáng)度本試驗(yàn)通過改變CFRP筋表面形式和混凝土配合比，研究了不同條件下CFRP筋與UHPC的粘結(jié)強(qiáng)度，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。試件編號CFRP筋表面形式混凝土配合比粘結(jié)強(qiáng)度（MPa）1光面配合比125.32螺紋配合比135.63光面配合比228.74螺紋配合比240.2由表1可知，在相同混凝土配合比下，螺紋CFRP筋的粘結(jié)強(qiáng)度明顯高于光面CFRP筋。以配合比1為例，螺紋CFRP筋的粘結(jié)強(qiáng)度為35.6MPa，比光面CFRP筋的25.3MPa提高了約40.7%。這是因?yàn)槁菁yCFRP筋的表面具有肋紋，增大了與UHPC的接觸面積，且肋紋與UHPC之間形成了機(jī)械咬合作用，從而顯著提高了粘結(jié)強(qiáng)度。在實(shí)際工程中，如采用CFRP筋加固混凝土結(jié)構(gòu)，螺紋CFRP筋能夠提供更可靠的粘結(jié)錨固，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。對比不同配合比下的粘結(jié)強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)配合比2的試件粘結(jié)強(qiáng)度整體高于配合比1。對于光面CFRP筋，配合比2的粘結(jié)強(qiáng)度為28.7MPa，比配合比1提高了13.4%；對于螺紋CFRP筋，配合比2的粘結(jié)強(qiáng)度為40.2MPa，比配合比1提高了12.9%。配合比的差異主要體現(xiàn)在水泥、礦物摻合料、骨料和外加劑的用量上，配合比2中可能通過優(yōu)化這些成分的比例，改善了UHPC的微觀結(jié)構(gòu)，使其更加致密，增強(qiáng)了與CFRP筋的粘結(jié)力。例如，增加硅灰的用量可以細(xì)化UHPC的微觀結(jié)構(gòu)，提高其強(qiáng)度和粘結(jié)性能；合理調(diào)整骨料的級配可以使UHPC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，有利于粘結(jié)強(qiáng)度的提高。3.2粘結(jié)滑移關(guān)系研究3.2.1粘結(jié)滑移曲線繪制根據(jù)試驗(yàn)過程中采集的荷載傳感器測量的拉力數(shù)據(jù)以及LVDT位移傳感器測量的CFRP筋滑移量數(shù)據(jù)，繪制得到CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）的粘結(jié)滑移曲線，如圖1所示。以試件編號為[具體編號]的試驗(yàn)結(jié)果為例，該曲線以CFRP筋的滑移量（mm）為橫坐標(biāo)，以單位粘結(jié)長度上的粘結(jié)應(yīng)力（MPa）為縱坐標(biāo)。粘結(jié)應(yīng)力通過將拉力數(shù)據(jù)除以CFRP筋的粘結(jié)表面積（\pidl，其中d為CFRP筋直徑，l為錨固長度）計(jì)算得到。從圖1中可以清晰地看到，粘結(jié)滑移曲線呈現(xiàn)出明顯的非線性特征。在加載初期，隨著CFRP筋滑移量的逐漸增加，粘結(jié)應(yīng)力迅速上升，曲線斜率較大，表明粘結(jié)力與滑移量之間存在著較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。此時(shí)，CFRP筋與UHPC之間的化學(xué)膠結(jié)力和機(jī)械咬合力共同發(fā)揮作用，有效地抵抗CFRP筋的拔出。隨著滑移量的進(jìn)一步增大，粘結(jié)應(yīng)力上升趨勢逐漸變緩，曲線斜率減小，這意味著CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)性能開始發(fā)生變化，部分化學(xué)膠結(jié)力和機(jī)械咬合力開始逐漸失效。當(dāng)滑移量達(dá)到一定程度后，粘結(jié)應(yīng)力達(dá)到峰值，隨后開始下降，表明CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)逐漸破壞，二者之間的粘結(jié)力無法再抵抗CFRP筋的繼續(xù)拔出。3.2.2曲線特征分析粘結(jié)滑移曲線可大致分為三個(gè)階段，各階段具有不同的物理意義，與CFRP筋與UHPC的粘結(jié)性能密切相關(guān)。第一階段為彈性階段，從加載開始至粘結(jié)應(yīng)力達(dá)到峰值的前半段。在這一階段，CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)主要依靠化學(xué)膠結(jié)力和機(jī)械咬合力。由于CFRP筋表面與UHPC之間存在著較強(qiáng)的化學(xué)粘結(jié)作用，同時(shí)CFRP筋表面的肋紋等特征與UHPC形成了良好的機(jī)械咬合，使得在加載初期，粘結(jié)應(yīng)力能夠迅速隨著滑移量的增加而上升。此時(shí)，CFRP筋與UHPC之間的變形協(xié)調(diào)較好，界面上的應(yīng)力分布相對均勻。在實(shí)際工程中，如CFRP筋加固的混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下，就處于這一階段，結(jié)構(gòu)能夠保持良好的工作性能。第二階段為非線性階段，從粘結(jié)應(yīng)力峰值的前半段至峰值。隨著CFRP筋滑移量的繼續(xù)增加，化學(xué)膠結(jié)力和機(jī)械咬合力開始逐漸受到破壞。由于CFRP筋與UHPC之間的相對位移增大，界面處的微裂縫開始逐漸發(fā)展和擴(kuò)展，部分化學(xué)粘結(jié)鍵被拉斷，機(jī)械咬合作用也逐漸減弱。但在這一階段，二者之間仍存在一定的粘結(jié)力，能夠繼續(xù)抵抗CFRP筋的拔出。這一階段的存在使得結(jié)構(gòu)在承受較大荷載時(shí)，具有一定的變形能力和耗能能力，提高了結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。例如，在橋梁結(jié)構(gòu)中，當(dāng)承受車輛等動(dòng)態(tài)荷載時(shí)，結(jié)構(gòu)會經(jīng)歷這一階段，通過粘結(jié)力的變化來適應(yīng)荷載的變化。第三階段為下降階段，從粘結(jié)應(yīng)力達(dá)到峰值后開始。在這一階段，CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)逐漸失效，化學(xué)膠結(jié)力和機(jī)械咬合力基本喪失。CFRP筋與UHPC之間的相對位移急劇增大，界面處的裂縫迅速擴(kuò)展和貫通，導(dǎo)致粘結(jié)應(yīng)力快速下降。此時(shí)，CFRP筋與UHPC之間的協(xié)同工作能力大幅降低，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞。如在一些遭受地震等極端荷載作用的結(jié)構(gòu)中，如果粘結(jié)性能進(jìn)入這一階段，結(jié)構(gòu)很可能會發(fā)生嚴(yán)重破壞。通過對粘結(jié)滑移曲線各階段的分析可知，粘結(jié)滑移關(guān)系能夠直觀地反映CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)性能變化過程。彈性階段體現(xiàn)了粘結(jié)的初始強(qiáng)度和剛度，非線性階段反映了粘結(jié)性能的逐漸劣化過程，而下降階段則表明了粘結(jié)的破壞。研究粘結(jié)滑移關(guān)系對于深入理解CFRP筋與UHPC的粘結(jié)機(jī)理，評估組合結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性具有重要意義。3.3破壞模式分析3.3.1試驗(yàn)中觀察到的破壞模式在本次試驗(yàn)中，通過對CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）粘結(jié)試件的加載過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，發(fā)現(xiàn)主要存在兩種破壞模式：拔出破壞和混凝土劈裂破壞。拔出破壞是較為常見的一種破壞模式。當(dāng)加載達(dá)到一定程度時(shí)，CFRP筋從UHPC中逐漸拔出。在拔出過程中，可以觀察到CFRP筋表面與UHPC之間的粘結(jié)逐漸失效，筋材表面的肋紋等結(jié)構(gòu)與UHPC之間的機(jī)械咬合被破壞。從試件外觀來看，CFRP筋周圍的UHPC表面會出現(xiàn)細(xì)微的裂縫，隨著拔出位移的增大，這些裂縫逐漸擴(kuò)展，但UHPC整體結(jié)構(gòu)基本保持完整。例如，在部分光面CFRP筋與UHPC粘結(jié)試件中，由于光面CFRP筋與UHPC之間的機(jī)械咬合力相對較弱，在較小的荷載作用下就出現(xiàn)了拔出破壞，CFRP筋表面較為光滑，沒有明顯的撕裂痕跡，而UHPC試件表面的裂縫也相對較少且較細(xì)。混凝土劈裂破壞則表現(xiàn)為在加載過程中，UHPC試件沿著CFRP筋的軸向方向發(fā)生劈裂。這種破壞模式通常發(fā)生在CFRP筋與UHPC之間粘結(jié)強(qiáng)度較高，且UHPC內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻的情況下。當(dāng)荷載增加時(shí)，CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)力使得UHPC內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過UHPC的抗拉強(qiáng)度時(shí)，試件就會發(fā)生劈裂破壞。此時(shí)，UHPC試件會從中間裂開，形成明顯的裂縫，裂縫寬度較大，且貫穿整個(gè)試件。在螺紋CFRP筋與UHPC粘結(jié)試件中，由于螺紋CFRP筋與UHPC之間的機(jī)械咬合力較強(qiáng)，粘結(jié)強(qiáng)度較高，在加載過程中更容易出現(xiàn)混凝土劈裂破壞。在破壞時(shí)，能聽到明顯的混凝土開裂聲，試件被劈成兩半，CFRP筋仍部分錨固在UHPC中。3.3.2破壞模式與粘結(jié)性能的關(guān)系不同的破壞模式對CFRP筋與UHPC的粘結(jié)性能有著顯著影響。拔出破壞表明CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)力不足以抵抗外力作用，粘結(jié)性能相對較弱。在這種破壞模式下，CFRP筋與UHPC之間的化學(xué)膠結(jié)力和機(jī)械咬合力在較小的荷載下就開始失效，導(dǎo)致CFRP筋從UHPC中拔出。這可能是由于CFRP筋表面處理不當(dāng)，如表面粗糙度不足，使得與UHPC之間的機(jī)械咬合力降低；或者是UHPC的配合比不合理，導(dǎo)致其與CFRP筋之間的粘結(jié)效果不佳。例如，在一些光面CFRP筋與UHPC的試驗(yàn)中，由于光面CFRP筋表面光滑，與UHPC之間的機(jī)械咬合力僅依靠界面的摩擦力和微弱的化學(xué)膠結(jié)力，在較小的荷載下就發(fā)生了拔出破壞，說明粘結(jié)性能較差?；炷僚哑茐膭t反映出CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)力較強(qiáng)，但UHPC的抗拉性能相對不足。在這種情況下，雖然CFRP筋與UHPC之間能夠較好地傳遞荷載，但由于UHPC內(nèi)部應(yīng)力集中，導(dǎo)致其發(fā)生劈裂破壞。這可能是由于CFRP筋的錨固長度過長，使得UHPC內(nèi)部的拉應(yīng)力過大；或者是UHPC中鋼纖維摻量不足，導(dǎo)致其抗拉強(qiáng)度無法滿足要求。例如，在某些螺紋CFRP筋與UHPC的試驗(yàn)中，由于螺紋CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)力較強(qiáng)，在加載過程中，UHPC內(nèi)部產(chǎn)生了較大的拉應(yīng)力，而UHPC中鋼纖維摻量相對較少，無法有效抑制裂縫的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致試件發(fā)生劈裂破壞。為避免不利破壞模式，可從多方面改善粘結(jié)性能。在CFRP筋方面，優(yōu)化表面處理工藝，如采用表面刻痕、噴砂等方法增加表面粗糙度，提高與UHPC之間的機(jī)械咬合力。在UHPC方面，合理調(diào)整配合比，增加鋼纖維摻量，提高UHPC的抗拉強(qiáng)度和韌性，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。同時(shí)，控制CFRP筋的錨固長度，使其在保證粘結(jié)性能的前提下，避免UHPC內(nèi)部產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力。通過這些措施，可以有效改善CFRP筋與UHPC的粘結(jié)性能，減少不利破壞模式的發(fā)生，提高組合結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性。四、粘結(jié)性能影響因素研究4.1材料因素4.1.1CFRP筋表面特性CFRP筋的表面特性對其與超高性能混凝土（UHPC）的粘結(jié)性能有著關(guān)鍵影響，其中表面粗糙度和涂層是兩個(gè)重要的方面。在表面粗糙度方面，CFRP筋表面的粗糙度主要通過機(jī)械加工或特殊成型工藝來實(shí)現(xiàn)。常見的增加表面粗糙度的方法包括表面刻痕、噴砂處理、拉擠成型時(shí)設(shè)置表面肋紋等。表面粗糙度對粘結(jié)性能的提升作用主要基于機(jī)械咬合力的增強(qiáng)。當(dāng)CFRP筋表面粗糙時(shí)，UHPC在澆筑過程中能夠更好地填充筋材表面的凹凸部位，在受力時(shí)，這些凹凸部位與UHPC之間形成相互嵌鎖的機(jī)械咬合結(jié)構(gòu)，從而有效阻止CFRP筋的拔出。研究表明，表面粗糙度的增加會顯著提高粘結(jié)強(qiáng)度。例如，[具體研究文獻(xiàn)]通過對比表面光滑和表面刻痕的CFRP筋與UHPC的粘結(jié)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)表面刻痕的CFRP筋粘結(jié)強(qiáng)度比光滑表面的提高了[X]%。這是因?yàn)榭毯墼黾恿薈FRP筋與UHPC的接觸面積，同時(shí)增強(qiáng)了機(jī)械咬合力，使得二者之間的粘結(jié)更加牢固。在實(shí)際工程應(yīng)用中，如在海洋平臺的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中使用CFRP筋，表面粗糙度大的CFRP筋能夠更好地與UHPC錨固，抵抗海水的沖刷和結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。涂層也是影響CFRP筋與UHPC粘結(jié)性能的重要表面特性。涂層的作用主要體現(xiàn)在改善界面的化學(xué)粘結(jié)和保護(hù)CFRP筋兩個(gè)方面。常用的涂層材料有環(huán)氧樹脂涂層、橡膠涂層等。環(huán)氧樹脂涂層具有良好的化學(xué)粘結(jié)性，能夠與CFRP筋表面和UHPC形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵連接，從而提高化學(xué)膠結(jié)力。同時(shí)，環(huán)氧樹脂涂層還能填充CFRP筋表面的微小孔隙，減少界面缺陷，進(jìn)一步增強(qiáng)粘結(jié)性能。橡膠涂層則具有良好的柔韌性和緩沖性能，在CFRP筋與UHPC受力過程中，能夠起到緩沖應(yīng)力集中的作用，避免因局部應(yīng)力過大導(dǎo)致的粘結(jié)破壞。例如，[具體研究案例]在對CFRP筋進(jìn)行環(huán)氧樹脂涂層處理后，與未涂層的CFRP筋相比，其與UHPC的粘結(jié)強(qiáng)度提高了[X]MPa，粘結(jié)滑移曲線在加載后期更加平緩，表明涂層有效改善了粘結(jié)性能，提高了結(jié)構(gòu)的延性。此外，涂層還能保護(hù)CFRP筋免受外界環(huán)境因素的侵蝕，如在惡劣的化學(xué)環(huán)境中，涂層可以阻止有害物質(zhì)與CFRP筋直接接觸，延長其使用壽命，進(jìn)而保證粘結(jié)性能的長期穩(wěn)定性。4.1.2超高性能混凝土配合比超高性能混凝土（UHPC）的配合比是影響其與CFRP筋粘結(jié)性能的關(guān)鍵因素之一，其中水泥、骨料、摻合料等成分的變化會顯著改變UHPC的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能，進(jìn)而影響粘結(jié)性能。水泥作為UHPC的主要膠凝材料，其品種和用量對粘結(jié)性能有著重要影響。不同品種的水泥，其礦物組成和水化特性存在差異，會導(dǎo)致UHPC的強(qiáng)度發(fā)展和微觀結(jié)構(gòu)不同。例如，硅酸鹽水泥中的硅酸三鈣（C?S）和硅酸二鈣（C?S）含量較高，它們在水化過程中產(chǎn)生的水化產(chǎn)物能形成緊密的結(jié)構(gòu)，有利于提高UHPC的強(qiáng)度和粘結(jié)性能。研究表明，增加水泥用量在一定范圍內(nèi)可以提高UHPC的強(qiáng)度，從而增強(qiáng)與CFRP筋的粘結(jié)力。但水泥用量過高也會帶來一些問題，如水泥水化放熱過多，可能導(dǎo)致UHPC內(nèi)部產(chǎn)生溫度裂縫，反而降低粘結(jié)性能。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)具體情況合理控制水泥用量，以達(dá)到最佳的粘結(jié)效果。例如，在某橋梁工程的橋墩建設(shè)中，通過優(yōu)化水泥用量，使UHPC與CFRP筋的粘結(jié)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，確保了橋墩結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。骨料在UHPC中起到骨架支撐作用，其種類、粒徑和級配對粘結(jié)性能影響顯著。細(xì)骨料如石英砂，粒徑細(xì)小，能填充UHPC內(nèi)部的孔隙，使結(jié)構(gòu)更加致密，有利于提高粘結(jié)性能。粗骨料如玄武巖碎石，其強(qiáng)度和表面特性會影響與水泥漿體的粘結(jié)。粒徑較大的粗骨料可以提供更強(qiáng)的骨架支撐，但如果粒徑過大，可能會導(dǎo)致骨料與水泥漿體之間的界面薄弱，降低粘結(jié)性能。合理的骨料級配能夠使骨料在UHPC中形成緊密堆積，減少孔隙率，提高密實(shí)度，從而增強(qiáng)與CFRP筋的粘結(jié)。例如，[具體研究成果]通過調(diào)整骨料級配，使UHPC的孔隙率降低了[X]%，與CFRP筋的粘結(jié)強(qiáng)度提高了[X]MPa。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)工程需求和材料特性，選擇合適的骨料種類和級配，以優(yōu)化粘結(jié)性能。摻合料在UHPC中具有改善工作性能、提高強(qiáng)度和耐久性等多重作用，對粘結(jié)性能也有重要影響。硅灰是一種常用的摻合料，其具有極高的火山灰活性。硅灰中的二氧化硅（SiO?）能與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣（Ca(OH)?）發(fā)生二次反應(yīng)，生成更多的水化硅酸鈣凝膠（C-S-H），細(xì)化UHPC的微觀結(jié)構(gòu)，提高其強(qiáng)度和粘結(jié)性能。研究表明，摻入適量硅灰（如占膠凝材料總量的10%-15%），可使UHPC與CFRP筋的粘結(jié)強(qiáng)度提高[X]%左右。粉煤灰也是常用摻合料之一，其球形顆粒能起到潤滑作用，改善UHPC的工作性能。同時(shí)，粉煤灰中的活性成分在后期也能參與水化反應(yīng)，對強(qiáng)度增長有一定貢獻(xiàn)。適量的粉煤灰摻入（如占膠凝材料總量的15%-25%）可以在保證粘結(jié)性能的前提下，降低水泥用量，提高經(jīng)濟(jì)效益。但粉煤灰摻量過高可能會導(dǎo)致UHPC早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢，影響粘結(jié)性能的早期形成。因此，在使用摻合料時(shí)，需要綜合考慮其種類、摻量以及與其他材料的相互作用，以達(dá)到最佳的粘結(jié)性能和工程性能。4.2工藝因素4.2.1澆筑與養(yǎng)護(hù)工藝混凝土的澆筑方式對CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）的粘結(jié)性能有著顯著影響。在本試驗(yàn)中，采用了插入式振搗和表面振搗兩種方式進(jìn)行對比研究。插入式振搗是將振搗棒插入U(xiǎn)HPC內(nèi)部，通過振搗棒的高頻振動(dòng)使UHPC內(nèi)部的顆粒重新排列，排出空氣，提高密實(shí)度。表面振搗則是通過在UHPC表面施加振動(dòng)，使表面層的UHPC更加密實(shí)。試驗(yàn)結(jié)果表明，插入式振搗的試件粘結(jié)強(qiáng)度明顯高于表面振搗。插入式振搗能使UHPC在CFRP筋周圍更加密實(shí)，減少孔隙和缺陷，增強(qiáng)了與CFRP筋的機(jī)械咬合力和化學(xué)膠結(jié)力。而表面振搗可能導(dǎo)致CFRP筋周圍的UHPC密實(shí)度不足，存在一些微小的空洞或縫隙，降低了粘結(jié)性能。在實(shí)際工程中，如大型建筑基礎(chǔ)中使用CFRP筋與UHPC，應(yīng)優(yōu)先采用插入式振搗方式，確保CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)質(zhì)量。養(yǎng)護(hù)條件同樣是影響粘結(jié)性能的重要因素。本試驗(yàn)設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、高溫養(yǎng)護(hù)和潮濕養(yǎng)護(hù)三種條件。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)是在溫度為(20±2)℃、相對濕度大于95%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28d。高溫養(yǎng)護(hù)是將試件在[具體高溫?cái)?shù)值]℃的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間，然后再轉(zhuǎn)入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件。潮濕養(yǎng)護(hù)則是將試件始終保持在潮濕的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)。研究發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，UHPC能夠充分水化，形成穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)，與CFRP筋的粘結(jié)性能良好。高溫養(yǎng)護(hù)在一定程度上能加速UHPC的水化進(jìn)程，早期強(qiáng)度發(fā)展較快，但過高的溫度可能導(dǎo)致UHPC內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，影響長期粘結(jié)性能。例如，當(dāng)高溫養(yǎng)護(hù)溫度超過[臨界溫度數(shù)值]℃時(shí)，試件的粘結(jié)強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降。潮濕養(yǎng)護(hù)有利于保持UHPC的水分，促進(jìn)水泥的持續(xù)水化，使UHPC與CFRP筋之間的粘結(jié)更加牢固。在實(shí)際工程中，對于有快速施工需求的項(xiàng)目，可以采用適當(dāng)?shù)母邷仞B(yǎng)護(hù)，但要嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間，避免對粘結(jié)性能產(chǎn)生不利影響。而對于一般工程，應(yīng)優(yōu)先保證標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)或潮濕養(yǎng)護(hù)條件，以確保CFRP筋與UHPC的粘結(jié)性能滿足設(shè)計(jì)要求。4.2.2界面處理方法CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）界面的處理方法對粘結(jié)性能的提升具有關(guān)鍵作用，本研究主要探討了打磨和化學(xué)處理兩種常見方法。打磨處理是使用砂紙對CFRP筋表面進(jìn)行機(jī)械打磨，去除表面的脫模劑、雜質(zhì)以及可能存在的薄弱層，增加表面粗糙度。通過打磨，CFRP筋表面形成微觀的凹凸結(jié)構(gòu)，當(dāng)UHPC澆筑并硬化后，這些凹凸部位與UHPC緊密嵌合，增強(qiáng)了機(jī)械咬合力。例如，在[具體試驗(yàn)]中，對CFRP筋進(jìn)行打磨處理后，與未打磨的試件相比，粘結(jié)強(qiáng)度提高了[X]%。這是因?yàn)榇蚰ピ黾恿薈FRP筋與UHPC的接觸面積，同時(shí)提高了表面的活性，有利于化學(xué)膠結(jié)力的形成。在實(shí)際工程中，打磨處理操作簡單、成本較低，是一種常用的界面處理方式，尤其適用于對粘結(jié)性能要求不是特別高的一般性工程?；瘜W(xué)處理則是采用化學(xué)試劑對CFRP筋表面進(jìn)行處理，改變表面的化學(xué)性質(zhì)。常用的化學(xué)處理劑有偶聯(lián)劑、酸蝕劑等。以偶聯(lián)劑處理為例，偶聯(lián)劑分子中含有兩種不同性質(zhì)的基團(tuán)，一端能與CFRP筋表面的碳纖維或樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵連接；另一端能與UHPC中的水泥水化產(chǎn)物發(fā)生作用，從而在CFRP筋與UHPC之間形成化學(xué)橋接，提高化學(xué)膠結(jié)力。研究表明，經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的CFRP筋與UHPC的粘結(jié)強(qiáng)度比未處理的提高了[X]MPa，粘結(jié)滑移曲線在加載過程中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。酸蝕劑處理則是通過酸與CFRP筋表面的化學(xué)反應(yīng)，溶解部分表面物質(zhì)，形成微觀的粗糙結(jié)構(gòu)，同時(shí)引入一些活性基團(tuán)，增強(qiáng)化學(xué)粘結(jié)?；瘜W(xué)處理方法能夠顯著提升CFRP筋與UHPC的粘結(jié)性能，適用于對粘結(jié)性能要求較高的重要工程，如海洋工程、核電站等，但化學(xué)處理過程相對復(fù)雜，需要嚴(yán)格控制處理?xiàng)l件，成本也相對較高。4.3環(huán)境因素4.3.1溫度與濕度溫度與濕度是影響CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）粘結(jié)性能的重要環(huán)境因素，二者的變化會對粘結(jié)性能產(chǎn)生顯著的長期影響。在溫度方面，高溫環(huán)境會加速CFRP筋中樹脂基體的老化。樹脂基體在高溫作用下，分子鏈的運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的化學(xué)鍵可能發(fā)生斷裂或重排，導(dǎo)致樹脂的性能劣化。研究表明，當(dāng)溫度超過[具體溫度閾值]℃時(shí)，樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低，使其變得更加柔軟，與碳纖維的粘結(jié)力下降，從而影響CFRP筋的整體性能。在CFRP筋與UHPC的粘結(jié)界面處，高溫會使界面處的化學(xué)膠結(jié)力減弱，因?yàn)楦邷乜赡軐?dǎo)致界面處的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生變化，使化學(xué)粘結(jié)鍵的數(shù)量減少或強(qiáng)度降低。同時(shí)，高溫還會使UHPC內(nèi)部的水分蒸發(fā)加快，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，這些微裂縫會逐漸擴(kuò)展到界面處，破壞粘結(jié)結(jié)構(gòu)。例如，在[具體實(shí)驗(yàn)研究]中，將CFRP筋與UHPC試件置于高溫環(huán)境下，經(jīng)過一段時(shí)間后進(jìn)行拔出試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)粘結(jié)強(qiáng)度相比常溫條件下降低了[X]%。低溫環(huán)境同樣對粘結(jié)性能有不利影響。低溫會使CFRP筋的脆性增加，韌性降低。在受到外力作用時(shí)，CFRP筋更容易發(fā)生斷裂，從而降低與UHPC之間的粘結(jié)效果。在UHPC中，低溫會減緩水泥的水化反應(yīng)速度，導(dǎo)致UHPC的強(qiáng)度發(fā)展緩慢，與CFRP筋的粘結(jié)力無法有效形成。此外，當(dāng)溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí)，UHPC內(nèi)部的水分結(jié)冰膨脹，產(chǎn)生的凍脹應(yīng)力可能使UHPC內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，尤其是在CFRP筋與UHPC的界面處，會導(dǎo)致界面脫粘，嚴(yán)重影響粘結(jié)性能。濕度對粘結(jié)性能的影響也不容忽視。高濕度環(huán)境下，水分會逐漸滲透到CFRP筋與UHPC的界面處。水分的存在會削弱界面處的化學(xué)膠結(jié)力，因?yàn)樗肿涌赡軙c界面處的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，破壞化學(xué)鍵的連接。同時(shí)，水分還會使CFRP筋中的樹脂基體發(fā)生溶脹，導(dǎo)致體積膨脹，在界面處產(chǎn)生應(yīng)力集中，加速粘結(jié)破壞。在一些海洋環(huán)境或潮濕地區(qū)的工程中，由于長期處于高濕度環(huán)境，CFRP筋與UHPC的粘結(jié)性能會受到嚴(yán)重影響。例如，[具體工程案例]中的跨海大橋，使用CFRP筋與UHPC的組合結(jié)構(gòu)，經(jīng)過數(shù)年的服役后，在高濕度和海水侵蝕的共同作用下，部分CFRP筋與UHPC之間出現(xiàn)了明顯的粘結(jié)退化現(xiàn)象，粘結(jié)強(qiáng)度下降，影響了結(jié)構(gòu)的安全性。相反，低濕度環(huán)境會使UHPC中的水分過快散失，導(dǎo)致水泥水化不充分，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，與CFRP筋的粘結(jié)力降低。在低濕度環(huán)境下，CFRP筋表面的涂層等防護(hù)措施可能會因干燥而出現(xiàn)干裂等缺陷，降低對CFRP筋的保護(hù)作用，進(jìn)而影響粘結(jié)性能。4.3.2侵蝕介質(zhì)在實(shí)際工程應(yīng)用中，CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）可能會受到各種侵蝕介質(zhì)的作用，其中酸堿等侵蝕介質(zhì)對二者粘結(jié)性能具有顯著的破壞作用。酸侵蝕主要通過與CFRP筋和UHPC中的化學(xué)成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來破壞粘結(jié)性能。當(dāng)CFRP筋暴露在酸性環(huán)境中時(shí)，酸會與樹脂基體發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致樹脂降解。例如，在硫酸等強(qiáng)酸環(huán)境下，樹脂中的某些化學(xué)鍵會被破壞，使其結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，強(qiáng)度降低。同時(shí)，酸會與CFRP筋中的碳纖維發(fā)生氧化反應(yīng)，削弱碳纖維的力學(xué)性能。在UHPC中，酸會與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，溶解其中的氫氧化鈣等成分，使UHPC的微觀結(jié)構(gòu)變得疏松，強(qiáng)度下降。在酸侵蝕作用下，CFRP筋與UHPC之間的界面處化學(xué)膠結(jié)力和機(jī)械咬合力都會受到破壞。酸與界面處的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，破壞了化學(xué)粘結(jié)鍵，同時(shí)使UHPC的結(jié)構(gòu)疏松，降低了與CFRP筋的機(jī)械咬合效果。研究表明，在一定濃度的鹽酸溶液侵蝕下，經(jīng)過[具體侵蝕時(shí)間]后，CFRP筋與UHPC的粘結(jié)強(qiáng)度下降了[X]%。堿侵蝕同樣會對粘結(jié)性能造成損害。雖然CFRP筋對堿的耐受性相對較好，但在強(qiáng)堿性環(huán)境下，仍可能發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)。堿會使CFRP筋表面的涂層等防護(hù)層發(fā)生皂化反應(yīng)，降低其防護(hù)效果，使CFRP筋更容易受到侵蝕。在UHPC中，堿與骨料之間可能發(fā)生堿-骨料反應(yīng)。這種反應(yīng)會使骨料膨脹，在UHPC內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。當(dāng)裂縫延伸到CFRP筋與UHPC的界面處時(shí)，會破壞粘結(jié)結(jié)構(gòu)，降低粘結(jié)性能。例如，在[具體實(shí)驗(yàn)]中，將CFRP筋與UHPC試件置于強(qiáng)堿性溶液中，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)試件內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的裂縫，粘結(jié)強(qiáng)度大幅降低。為有效防護(hù)CFRP筋與UHPC免受侵蝕介質(zhì)的破壞，可采取多種措施。在CFRP筋方面，可采用高性能的涂層進(jìn)行防護(hù)。例如，使用環(huán)氧樹脂涂層，其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效隔離侵蝕介質(zhì)與CFRP筋的接觸，減緩侵蝕速度。在UHPC中，可通過優(yōu)化配合比來提高其抗侵蝕性能。增加硅灰等礦物摻合料的用量，可細(xì)化UHPC的微觀結(jié)構(gòu)，提高其密實(shí)度，增強(qiáng)對侵蝕介質(zhì)的抵抗能力。同時(shí)，在工程設(shè)計(jì)中，合理選擇結(jié)構(gòu)的布置和位置，避免CFRP筋與UHPC直接暴露在強(qiáng)侵蝕介質(zhì)環(huán)境中，也是一種有效的防護(hù)策略。五、粘結(jié)機(jī)理探討5.1粘結(jié)力組成分析5.1.1化學(xué)膠結(jié)力化學(xué)膠結(jié)力是CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）之間粘結(jié)力的重要組成部分，其形成源于二者接觸界面處發(fā)生的一系列復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)。CFRP筋主要由碳纖維和樹脂基體組成，在其成型過程中，樹脂基體表面會存在一些活性基團(tuán)。而UHPC在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生的各種水化產(chǎn)物，如氫氧化鈣（Ca(OH)?）、水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠等，會與CFRP筋表面的活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)形成化學(xué)鍵，將CFRP筋與UHPC緊密連接在一起，從而產(chǎn)生化學(xué)膠結(jié)力。從微觀角度來看，當(dāng)CFRP筋與UHPC接觸時(shí)，UHPC中的水分和離子會逐漸擴(kuò)散到CFRP筋表面，與樹脂基體表面的活性基團(tuán)發(fā)生相互作用。例如，CFRP筋表面的環(huán)氧樹脂基體會與水泥水化產(chǎn)物中的鈣離子（Ca2?）發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。同時(shí)，CFRP筋表面的一些極性基團(tuán)會與UHPC中的水分子形成氫鍵，進(jìn)一步增強(qiáng)界面的粘結(jié)?；瘜W(xué)膠結(jié)力在粘結(jié)力中起著基礎(chǔ)性的作用。在粘結(jié)初期，化學(xué)膠結(jié)力能夠快速形成，使CFRP筋與UHPC之間建立起初步的連接。在試驗(yàn)過程中，加載初期粘結(jié)力的快速上升就與化學(xué)膠結(jié)力的迅速發(fā)揮密切相關(guān)。它為后續(xù)機(jī)械咬合力和摩擦力的發(fā)揮提供了前提條件。然而，化學(xué)膠結(jié)力并非一成不變，在受到外界環(huán)境因素影響時(shí)，如高溫、高濕度或侵蝕介質(zhì)作用，化學(xué)鍵可能會發(fā)生斷裂或水解，導(dǎo)致化學(xué)膠結(jié)力減弱。例如，在高溫環(huán)境下，樹脂基體的分子鏈運(yùn)動(dòng)加劇，可能會使化學(xué)鍵的穩(wěn)定性降低，從而削弱化學(xué)膠結(jié)力。5.1.2摩擦力摩擦力是CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）之間粘結(jié)力的重要構(gòu)成部分，其產(chǎn)生主要源于CFRP筋表面粗糙度以及二者之間的相互擠壓作用。CFRP筋表面粗糙度是影響摩擦力的關(guān)鍵因素。當(dāng)CFRP筋表面存在粗糙紋理時(shí)，如表面帶肋或經(jīng)過刻痕處理，UHPC在澆筑并硬化后，會緊密填充這些粗糙部位。在受力過程中，CFRP筋與UHPC之間發(fā)生相對位移時(shí)，這些填充在粗糙部位的UHPC會對CFRP筋產(chǎn)生阻礙作用，從而形成摩擦力。以表面帶肋的CFRP筋為例，肋紋與UHPC之間形成了無數(shù)微小的接觸點(diǎn)。在CFRP筋受到拔出力時(shí)，肋紋與UHPC之間的接觸點(diǎn)會產(chǎn)生摩擦力，阻止CFRP筋的拔出。這種摩擦力的大小與肋紋的形狀、間距和高度等參數(shù)密切相關(guān)。一般來說，肋紋高度越大、間距越小，摩擦力越大。研究表明，通過優(yōu)化肋紋參數(shù)，可使CFRP筋與UHPC之間的摩擦力提高[X]%以上。此外，CFRP筋與UHPC之間的相互擠壓作用也會對摩擦力產(chǎn)生影響。在實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)承受荷載時(shí)，CFRP筋與UHPC之間會產(chǎn)生一定的擠壓應(yīng)力。這種擠壓應(yīng)力使二者之間的接觸更加緊密，從而增大了摩擦力。在試驗(yàn)過程中，當(dāng)加載力逐漸增大時(shí)，CFRP筋與UHPC之間的擠壓應(yīng)力也隨之增大，摩擦力相應(yīng)增加。摩擦力在粘結(jié)性能中起著重要的作用。它能夠在CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)力中提供持續(xù)的抵抗作用。在粘結(jié)破壞過程中，即使化學(xué)膠結(jié)力和部分機(jī)械咬合力失效，摩擦力仍然能夠在一定程度上阻止CFRP筋的拔出，延緩粘結(jié)破壞的發(fā)生。例如，在一些粘結(jié)破壞試驗(yàn)中，當(dāng)CFRP筋與UHPC之間的化學(xué)膠結(jié)力和部分機(jī)械咬合力被破壞后，摩擦力仍能維持一定的粘結(jié)力，使CFRP筋在較大的拔出位移下才完全脫離UHPC。5.1.3機(jī)械咬合力機(jī)械咬合力是CFRP筋與超高性能混凝土（UHPC）之間粘結(jié)力的關(guān)鍵組成部分，其形成與CFRP筋表面形狀以及UHPC的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。CFRP筋表面形狀對機(jī)械咬合力有著決定性影響。當(dāng)CFRP筋表面具有特殊形狀，如帶肋、刻痕或采用特殊的表面處理工藝形成凹凸結(jié)構(gòu)時(shí)，在與UHPC粘結(jié)過程中，這些表面特征與UHPC之間能夠形成相互嵌鎖的機(jī)械咬合結(jié)構(gòu)。以帶肋CFRP筋為例，肋紋的存在增加了CFRP筋與UHPC的接觸面積，并且在受力時(shí)，肋紋能夠嵌入U(xiǎn)HPC內(nèi)部，形成機(jī)械咬合。這種機(jī)械咬合結(jié)構(gòu)能夠有效地阻止CFRP筋的拔出，大大提高了粘結(jié)力。研究表明，與光滑表面的CFRP筋相比，帶肋CFRP筋與UHPC之間的機(jī)械咬合力可提高[X]%以上。UHPC的微觀結(jié)構(gòu)也對機(jī)械咬合力有重要影響。UHPC具有致密的微觀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的水泥水化產(chǎn)物、骨料以及鋼纖維等相互交織，形成了一個(gè)堅(jiān)固的整體。當(dāng)CFRP筋與UHPC粘結(jié)時(shí)，UHPC內(nèi)部的這些微觀結(jié)構(gòu)能夠與CFRP筋表面的凹凸結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，增強(qiáng)機(jī)械咬合力。例如，UHPC中的鋼纖維能夠與CFRP筋表面的肋紋相互穿插，進(jìn)一步提高機(jī)械咬合的效果。機(jī)械咬合力在粘結(jié)性能中占據(jù)著重要地位。在CFRP筋與UHPC受力過程中，機(jī)械咬合力是抵抗CFRP筋拔出的主要力量之一。在粘結(jié)滑移曲線的上升階段，機(jī)械咬合力隨著滑移量的增加而逐漸發(fā)揮作用，與化學(xué)膠結(jié)力和摩擦力共同抵抗外力。當(dāng)粘結(jié)力達(dá)到峰值時(shí)，機(jī)械咬合力往往起到關(guān)鍵作用。在實(shí)際工程中，如橋梁結(jié)構(gòu)中使用CFRP筋與UHPC，機(jī)械咬合力能夠保證在長期荷載作用下，CFRP筋與UHPC之間的粘結(jié)穩(wěn)定性，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠運(yùn)行。5.2粘結(jié)機(jī)理模型構(gòu)建5.2.1現(xiàn)有模型綜述目前，針對CFRP筋與混凝土之間的粘結(jié)機(jī)理，已有多種模型被提出，這些模型在一定程度上能夠解釋粘結(jié)現(xiàn)象，但也各自存在優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。其中，基于彈簧-滑塊模型的粘結(jié)滑移本構(gòu)模型應(yīng)用較為廣泛。該模型將CFRP筋與混凝土之間的粘結(jié)簡化為一系列彈簧和滑塊的組合，通過彈簧的彈性變形和滑塊的相對滑動(dòng)來模擬粘結(jié)力與滑移之間的關(guān)系。這種模型的優(yōu)點(diǎn)在于概念清晰，數(shù)學(xué)表達(dá)相對簡單，能夠較為直觀地描述粘結(jié)滑移的基本特征。例如，[具體學(xué)者]提出的彈簧-滑塊模型，通過合理設(shè)置彈簧的剛度和滑塊的摩擦力，能夠較好地?cái)M合試驗(yàn)得到的粘結(jié)滑移曲線的上升段和下降段。然而，該模型也存在明顯的局限性。它往往忽略了CFRP筋與混凝土之間的復(fù)雜物理化學(xué)作用，如化學(xué)膠結(jié)力的形成和變化過程。在實(shí)際粘結(jié)過程中，化學(xué)膠結(jié)力在粘結(jié)初期起著重要作用，但彈簧-滑塊模型難以準(zhǔn)確反映這一因素的影響。此外，該模型對于界面微觀結(jié)構(gòu)的考慮不足，無法解釋微觀結(jié)構(gòu)變化對粘結(jié)性能的影響機(jī)制。另一種常見的模型是基于能量原理的粘結(jié)模型。該模型從能量的角度出發(fā)，認(rèn)為粘結(jié)過程是能量的儲存和耗散過程。通過建立能量平衡方程，來描述粘結(jié)力與變形之間的關(guān)系。這種模型的優(yōu)勢在于能夠綜合考慮多種因素對粘結(jié)性能的影響，包括材料特性、界面特性以及外部荷載等。例如，[具體研究成果]基于能量原理建立的粘結(jié)模型，考慮了CFRP筋表面粗糙度、混凝土強(qiáng)度等因素對能量耗散的影響，能夠較好地預(yù)測不同條件下的粘結(jié)強(qiáng)度。然而，基于能量原理的模型在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些問題。能量參數(shù)的確定較為困難，往往需要通過大量的試驗(yàn)和復(fù)雜的計(jì)算來獲取。而且，該模型對于粘結(jié)破壞過程的描述相對抽象，難以直觀地反映粘結(jié)破壞的具體機(jī)制。還有一些基于微觀力學(xué)的粘結(jié)模型，這類模型從微觀層面出發(fā)，考慮CFRP筋與混凝土之間的微觀結(jié)構(gòu)和相互作用。通過分析微觀結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力分布、化學(xué)鍵的形成與斷裂等，來建立粘結(jié)性能的數(shù)學(xué)模型。例如，[具體學(xué)者]利用微觀力學(xué)方法，考慮了CFRP筋表面的納米級粗糙度以及界面處的分子間作用力，建立了能夠描述微觀粘結(jié)機(jī)理的模型。這種模型的優(yōu)點(diǎn)是能夠深入揭示粘結(jié)的本質(zhì)，但缺點(diǎn)是模型復(fù)雜，計(jì)算量巨大，難以在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用。同時(shí)，由于微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不確定性，模型的參數(shù)難以準(zhǔn)確確定，導(dǎo)致模型的可靠性和通用性受到一定限制。5.2.2基于試驗(yàn)結(jié)果的模型改進(jìn)在本試驗(yàn)中，考慮到粘結(jié)力組成中化學(xué)膠結(jié)力、摩擦力和機(jī)械咬合力的復(fù)雜相互作用，以及CFRP筋表面特性、UHPC配合比和環(huán)境因素對粘結(jié)性能的顯著影響，對現(xiàn)有模型進(jìn)行了改進(jìn)。從粘結(jié)力組成角度，現(xiàn)有模型往往對化學(xué)膠結(jié)力的描述較為簡單，未充分考慮其在不同環(huán)境和加載條件下的變化。本研究通過對不同環(huán)境條件下試件的微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)化學(xué)膠結(jié)力在高溫和侵蝕介質(zhì)作用下會發(fā)生明顯退化。因此，在改進(jìn)模型中，引入環(huán)境影響因子k_{env}來修正化學(xué)膠結(jié)力。當(dāng)處于高溫環(huán)境時(shí)，k_{env}根據(jù)溫度與化學(xué)膠結(jié)力退化關(guān)系確定，如k_{env}=1-\alpha(T-T_0)，其中\(zhòng)alpha為溫度影響系數(shù)，T為實(shí)際溫度，T_0為常溫；在侵蝕介質(zhì)作用下，k_{env}根據(jù)侵蝕介質(zhì)種類、濃度和侵蝕時(shí)間確定。對于摩擦力，考慮到CFRP筋表面粗糙度的影響，在模型中引入粗糙度修正系數(shù)k_{rough}。表面粗糙度越大，k_{rough}越大，摩擦力相應(yīng)增加。對于機(jī)械咬合力，結(jié)合試驗(yàn)中觀察到的CFRP筋表面形狀與UHPC微觀結(jié)構(gòu)的相互作用，對現(xiàn)有模型中機(jī)械咬合力的計(jì)算方式進(jìn)行改進(jìn)。例如，對于帶肋CFRP筋，根據(jù)肋紋的形狀參數(shù)（如肋高h(yuǎn)、肋間距s）和UHPC的抗壓強(qiáng)度f_{c}，建立機(jī)械咬合力的計(jì)算模型，如F_{mech}=k_{shape}hf_{c}/s，其中k_{shape}為形狀系數(shù)。在考慮CFRP筋表面特性方面，現(xiàn)有模型多將表面特性簡單歸結(jié)為表面粗糙度，未全面考慮涂層等因素。本改進(jìn)模型中，對于有涂層的CFRP筋，引入涂層影響系數(shù)k_{coat}。不同涂層材料和厚度對粘結(jié)性能的影響不同，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到k_{coat}與涂層參數(shù)的關(guān)系。例如，對于環(huán)氧樹脂涂層，k_{coat}與涂層厚度t的關(guān)系可表示為k_{coat}=1+\betat，其中\(zhòng)beta為與涂層材料相關(guān)的系數(shù)。在UHPC配合比方面，現(xiàn)有模型對水泥、骨料、摻合料等成分的影響考慮不夠全面。本研究通過大量試驗(yàn)，分析了各成分對粘結(jié)性能的影響規(guī)律，在模型中引入配合比影響參數(shù)。例如，水泥用量m_{c}、硅灰用量m_{sf}、骨料級配參數(shù)P_{grad}等與粘