目前，越來越多的工程結構由于適用年限的延長、荷載增加、適用功能變更、環境腐蝕等原因，導致承載力不足和安全度降低。因此需要維修或加固。與傳統的混凝土材料和鋼材相比，FRP材料具有質輕高強、便于施工、對原結構的影響較小等優點，近年來已廣泛應用于工程結構的加固、補強等方面。其中以CFRP應用最多，但隨著碳纖維需求量的增大，CFRP原材料的缺少，致使采用CFRP加固造價越來越高，因而作為與CFRP具有相似性能、價格便宜的BFRP增強纖維材料成為新的研究焦點^[1]。采用BFRP加固混凝土結構的復雜環境下的耐久性能需要我們去研究。
國內在FRP加固混凝土結構的耐久性研究方面起步比較晚，研究成果還十分缺乏。研究方法有快速老化試驗和自然老化試驗等^[2]。根據BFRP加固混凝土結構的特點，加固結構的耐久性應與加固結構各部分組成材料的耐久性、粘結界面的耐久性以及被加固結構整體構件耐久性有關^[5]。本文僅對BFRP與不同強度等級混凝土界面在快速凍融環境下的正拉粘結性能進行了研究。
1 試驗方案
1.1 試件設計與制作
    按照《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》（CECS146:2003）關于碳纖維片材配套樹脂類粘結材料與混凝土的正拉粘結測試方法，在垂直于粘結截面上施加拉力，主要考察凍融循環次數對正拉粘結強度的影響。
澆筑邊長為100mm的立方體試塊（混凝土試塊在實驗室現場攪拌），在標準條件下養護28天后進行后續工作。將碳纖維布剪成邊長為40mm的方塊，在預留好的混凝土試塊的位置上，用砂紙打磨光滑、平整，去除表面的浮灰，用丙酮擦拭干凈，按要求的施工工藝施工，涂刷粘結劑粘貼玄武巖纖維布，玄武巖纖維布與混凝土試塊的正拉粘結示意圖如圖1a、圖1b所示。在室內養護7天后，分批放入標準的凍融箱進行25次、50次，75次凍融循環測試。試驗試件的設計如表1所示。
     
表1 試驗的試件設計

玄武巖纖維	粘結樹脂	環境種類	玄武巖布層數	試件尺寸	試件的總數量
國產玄武巖	小西樹脂	4	1	100×100×100	60

1.2材料的力學性能
本文采用的玄武巖材料為國產的玄武巖纖維，基本力學性能如表2所示，樹脂為小西樹脂（日本產），其基本力學性能如表3所示。混凝土立方體抗壓強度標準值如表4所示。
表2玄武巖纖維布基本力學性能指標

材料種類	厚度(mm)	抗拉強度(Mpa)	彈性模量(Gpa)	極限拉應變(%)
國產玄武巖纖維	0.111	2232	92.12	2.42

表3樹脂的性能指標

材料種類	抗拉強度(Mpa)	彈性模量(Gpa)	伸長率(%)
日本小西樹脂	43.964	2.843	1.5

表4 混凝土立方體強度標準值（單位：N/mm2）

強度等級	C15	C20	C30
實際抗壓強度	19.8	24.3	38.1

1.3 試驗環境
 本試驗凍融循環試驗在青島理工大學建材實驗室凍融箱中進行，凍融箱如圖2所示，凍融循環試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ82-85)^[7]中抗凍性能試驗的快凍法進行，每次循環時間是3小時，控制中心溫度分別在：-17±2℃和8±2℃。
1.4試驗裝置
    本實驗采用SHJ-40型飾面磚及混凝土強度檢測儀（北京中美煤礦工程有限公司專利產品），量程40kN，精度0.002kN，通過手動加載，配帶的YM-1型數值壓力表顯示加載數字，加載示意圖如圖3所示。


1.5正拉粘結性能試驗
所有的試件的制作、存放、除凍融循環次數、混凝土強度等級不同外其它試驗條件基本一致。
1.5.1試驗方法
試驗開始前用小型混凝土切割機沿正方形玄武巖纖維布的四條邊的外側切四條縫（保證混凝土正拉區的尺寸），縫的深度在2~3mm之間（如圖1b所示）。然后把正拉粘結試件放在平整實驗桌上，按檢測儀使用說明書將實驗裝置裝配好，調整好測試儀器的量程。加載初始階段，標準塊受力很慢，手柄轉動速度要快，等到標準塊受力后，速度減慢，這時荷載迅速增加，繼續加載，聽到“嘭”一聲，試件破壞，記錄破壞形式和破壞荷載。
1.5.2 破壞形式的確定和粘結強度的計算
不同混凝土強度等級的試件在經歷不同的凍融循環次數（0次、25次、50次、75次）作用下，典型的正拉粘結破壞形態可以分為兩類：一種是混凝土受拉破壞，表現為試件破壞后，拉掉的BFRP片材上粘有大量的混凝土，混凝土試件破壞處粗骨料外露，其中部分粗骨料被拉斷，定義為Af型破壞；另一種是層間破壞，表現為混凝土與粘結劑復合涂層界面破壞，破壞后BFRP片材上只粘有少量的混凝土，定義為Bf型破壞。參照技術規程^[2]，兩類粘結破壞類型均滿足粘結強度試驗要求。
試驗過程中數字壓力表顯示荷載的變化并保留峰值。記錄其破壞荷載，粘結強度按下式進行計算。
             
式中：f－為正拉粘結強度，MPa；P－為試驗時的破壞荷載值，N；A－為鋼標準塊的粘結面積，mm²。
2試驗結果及分析
2.1 試驗結果
經過標準化處理后試驗結果如表5所示。
表5 正拉粘結試驗破壞結果總表

凍融次數	試件編號	/MPa	破壞形態		相對值比較
0次	C15D0	2.631	5Af	0.591	0%
	C20D0	3.352	4Af+Bf	0.680	0%
	C30D0	3.877	5Af	0.628	0%
25次	C15D25	2.255	5Af	0.507	-14.3%
	C20D25	2.613	5Af	0.530	-22.0%
	C30D25	3.815	3Af+2Bf	0.618	-1.6%
50次	C15D50	1.935	4Af+Bf	0.435	-26.5%
	C20D50	2.062	5Af	0.418	-38.5%
	C30D50	3.489	4Af+Bf	0.565	-10.0%
75次	C15D75	1.150	5Af	0.258	-56.3%
	C20D75	1.295	4Af+Bf	0.263	-61.4%
	C30D75	3.033	3Af+2Bf	0.491	-21.8%