混凝土结构具有承重、耐火、耐久、经济适用、易于成型等优点，是当今世界上用途最广、用量最大的建筑结构形式。随着使用年限的增长，既有混凝土结构在各种使用荷载及侵蚀环境作用下，相继出现了严重的老化和病害问题，影响了建筑物的正常使用。由于经济原因和社会原因等，出现这些状况的混凝土结构往往不便拆除重建，通常是经过严格的鉴定和评定，在技术可行、经济合理的情况下进行维修和加固。

混凝土桥梁硫酸盐侵蚀破坏图

纤维增强复合材料(FRP)片材加固混凝土结构技术的研究和工程应用是以1994年美国洛杉矶北岭地震和 1995 年日本阪神大地震为契机，陆续在北美和日本等地区展开的。我国于 1997 年开始对 FRP 片材加固混凝土构件的技术开展研究，并于 1998 年应用于建筑物的加固补强工程中。此后 FRP 从纤维片材不断发展为 FRP 板、FRP 筋、FRP 网络、FRP 型材等多种形式，各类 FRP 制品成为提高结构抗震性能、使用性能，以及承载力加固和改造的重要手段。构成 FRP 的纤维种类也从初期的碳纤维发展到玄武岩纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等。在研究人员的不懈努力下，FRP 作为新建结构的形式和应用方法正在不断丰富及完善，产生了一系列高效的FRP 结构形式。此外，FRP 在新建结构中除实现结构性能提升外，还具有一些特殊性能，如无磁性、绝缘性等。总而言之，FRP 在工程结构的建造与加固中将发挥越来越重要的作用。

FRP-混凝土界面黏结性能试验方法示意图

FRP-混凝土界面黏结作用区域

用 FRP 片材加固混凝土结构成功与否主要取决于纤维片材与混凝土之间黏结性能的优劣，即纤维片材与混凝土的界面性能是纤维片材加固技术的关键，在荷载和恶劣环境耦合作用下 FRP 增强混凝土结构界面黏结性能将更容易退化，因此 FRP 与结构基体界面耐久性问题成为评估 FRP 加固混凝土结构耐久性的关键。以往盐类侵蚀的研究，主要集中在东部海水(以氯盐为主)环境下对 FRP-混凝土界面黏结性能的影响，而缺少硫酸盐溶液侵蚀下的研究。就盐类侵蚀作用而言，氯盐主要腐蚀钢筋，而硫酸盐主要与混凝土起物理、化学作用，硫酸盐对 FRP-混凝土界面的侵蚀劣化较氯盐更大。在我国西部地区，内陆盐渍土和盐湖的硫酸盐浓度相当高，盐湖的主要腐蚀离子浓度是海水的 5～10 倍，而硫酸盐对混凝土结构的腐蚀属于强腐蚀。因此，硫酸盐环境下 FRP-混凝土界面黏结性能退化规律及劣化机理，成为西部地区盐渍土及盐湖环境下 FRP 加固混凝土结构亟须解决的科学问题。

本书总结了作者关于硫酸盐环境下CFRP-混凝土界面耐久性研究的相关成果，全书共 7 章。

第 1 章主要介绍 FRP-混凝土界面黏结性能试验研究和理论研究进展，以及 FRP-混凝土界面耐久性研究现状。

第 2 章对 CFRP 在硫酸盐持续浸泡作用、硫酸盐干湿循环作用和硫酸盐冻融循环作用以及不同应力水平下的纵向受拉性能进行了试验研究，主要分析环境类型、侵蚀时间(次数)、硫酸盐浓度和荷载对 CFRP 耐久性的影响，着重探讨 CFRP在硫酸盐侵蚀环境作用下力学性能的退化规律，为 CFRP 加固混凝土结构的耐久性设计提供试验数据和理论参考。

（a）拉断破坏

（b）劈裂破坏

CFRP片材典型的破坏形态

第 3章采用双面剪切试件对室温环境、硫酸盐持续浸泡和硫酸盐干湿循环作用下 CFRP-混凝土界面黏结性能进行试验研究。分析硫酸盐侵蚀环境作用对CFRP-混凝土界面的破坏形态、极限承载力、应力和应变分布、有效黏结长度等性能参数的影响；探讨硫酸盐侵蚀环境下，混凝土水胶比、粉煤灰掺量及界面有效黏结长度对界面力学性能的影响。

CFRP-混凝土双剪试验的加载装置

第 4 章基于硫酸盐与冻融循环耦合作用模拟西北地区昼夜温差大，冬季酷寒且时间长的自然环境条件，研究 CFRP-混凝土界面在该环境下的黏结性能。硫酸盐与冻融循环对 CFRP 加固的影响不仅仅是简单的叠加，双重因素共同作用对CFRP-混凝土界面黏结性能的影响已成为西部寒旱硫酸盐地区 CFRP 加固混凝土亟待解决的问题。本章通过双剪实验，研究清水及 5%浓度的硫酸盐溶液不同次数冻融循环之后的界面极限承载力、应力-应变关系曲线及有效黏结长度的变化规律，同时引入硫酸盐冻融循环影响系数，建立考虑硫酸盐冻融循环因素的有效黏结长度计算公式。

（a）清水冻融循环 （b）硫酸盐冻融循环

界面破坏形态

第 5 章在实际工程的基础上，选用双剪试验对持载和硫酸盐干湿循环耦合作用下 CFRP-混凝土界面黏结性能进行研究。分析硫酸盐腐蚀作用对 CFRP-混凝土界面的破坏形式、极限承载力、有效黏结长度、应力-应变关系等方面的影响。探讨不同持载、不同循环天数、不同强度的混凝土对黏结界面力学性能的影响。CFRP-混凝土界面承载力是对界面黏结性能的一个宏观表达，也是反映界面黏结性能的一个最为直观的指标。虽然国内外众多学者已经建立了不同的承载力模型，但是这些模型均很少考虑环境侵蚀对界面黏结性能的影响。第 3～5 章的研究表明在侵蚀环境中，界面的黏结性能会随着侵蚀时间的推移而出现退化。

加载系统

加载完成后的试件

第 6 章在前几章研究的基础上，通过对界面承载力随侵蚀时间的变化规律的回归分析，引入硫酸盐侵蚀环境下承载力综合影响系数(考虑了水胶比、粉煤灰掺量、硫酸盐溶液浓度、冻融循环次数以及不同持载水平的影响)，建立考虑硫酸盐侵蚀因素影响的 CFRP-混凝土界面承载力模型。

计算极限承载力与试验结果对比

为了进一步探讨硫酸盐侵蚀下 CFRP-混凝土界面性能的退化规律，第 7 章通过对界面黏结-滑移曲线的归纳分析，得到了界面特征值(界面剪应力峰值及其对应的滑移量)和界面延性参数的计算表达式，在此基础上建立了考虑硫酸盐侵蚀环境影响的 CFRP-混凝土界面黏结-滑移本构关系模型。

预测模型与试验结果对比

碳纤维增强复合材料-混凝土界面耐久性研究

张家玮，刘生纬 著

北京：科学出版社，2022.1

ISBN 978-7-03-068602-2

责任编辑：杨 丹

内容简介

纤维增强复合材料(FRP)片材与混凝土界面的性能是纤维片材加固技术的关键，而 FRP 与结构基体界面耐久性问题是评估 FRP 加固混凝土结构耐久性的关键。本书主要内容包括：碳纤维增强复合材料(CFRP)耐久性研究；硫酸盐环境下、冻融循环作用下和不同应力水平下 CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究；CFRP-混凝土界面承载力模型研究；CFRP-混凝土界面黏结-滑移模型研究。

本书可供土木工程、道路与桥梁工程、工程力学等专业的本科生和研究生，以及桥梁工程、工业与民用建筑、工程力学、固体力学等领域的研究人员和技术人员参考。

目录速览

前言

第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 FRP-混凝土界面黏结性能试验研究及理论研究进展 2
1.2.1 FRP-混凝土界面黏结性能试验研究进展 3
1.2.2 FRP-混凝土界面黏结性能理论研究进展 6
1.3 FRP-混凝土界面耐久性研究进展 7
1.3.1 FRP和黏结树脂 8
1.3.2 黏结树脂与混凝土相互作用区 10
1.3.3 混凝土基体在硫酸盐环境下的耐久性 13
1.4 本书主要内容 15

第2章 CFRP耐久性试验研究 17
2.1 试验概述 17
2.1.1 CFRP试件设计与制作 17
2.1.2 试验方法 20
2.1.3 试验环境与试验设计 21
2.2 室温下CFRP的纵向受拉性能 22
2.3 硫酸盐持续浸泡作用下CFRP的纵向受拉性能 23
2.4 硫酸盐干湿循环作用下CFRP的纵向受拉性能 26
2.5 冻融循环作用下CFRP的纵向受拉性能 29
2.5.1 清水冻融循环作用对CFRP纵向受拉性能的影响 29
2.5.2 硫酸盐冻融循环作用对CFRP纵向受拉性能的影响 32
2.6 不同应力水平下CFRP的纵向受拉性能 35
2.6.1 室温环境下CFRP拉伸试验 35
2.6.2 硫酸盐干湿循环作用对CFRP纵向受拉性能的影响 36
2.7 本章小结 38

第3章 硫酸盐环境下CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究 39
3.1 试验概述 39
3.1.1 试验材料 39
3.1.2 试验环境 42
3.1.3 加载装置 42
3.1.4 测试内容与测试原理 43
3.2 室温下的试验结果 44
3.2.1 破坏过程及破坏形态分析 44
3.2.2 极限承载力变化规律 45
3.2.3 应变分布规律 47
3.2.4 有效黏结长度 49
3.2.5 界面剪应力分布规律 51
3.3 硫酸盐持续浸泡作用下的试验结果 53
3.3.1 破坏过程及破坏形态分析 53
3.3.2 极限承载力变化规律 55
3.3.3 应变分布规律 59
3.3.4 有效黏结长度 63
3.3.5 界面剪应力分布规律 66
3.4 硫酸盐干湿循环作用下的试验结果 70
3.4.1 破坏过程及破坏形态分析 70
3.4.2 极限承载力变化规律 72
3.4.3 应变分布规律 76
3.4.4 有效黏结长度 80
3.4.5 界面剪应力分布规律 84
3.5 硫酸盐侵蚀作用下CFRP-混凝土界面劣化机理 88
3.6 本章小结 89

第4章 冻融循环作用下CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究 91
4.1 试验概述 91
4.2 室温下的试验结果 91
4.3 清水冻融循环作用下的试验结果 93
4.3.1 破坏过程及破坏形态分析 93
4.3.2 极限承载力变化规律 94
4.3.3 应变分布规律 97
4.4 硫酸盐冻融循环作用下的试验结果 99
4.4.1 破坏过程及破坏形态分析 99
4.4.2 极限承载力变化规律 100
4.4.3 应变分布规律 103
4.5 有效黏结长度 105
4.6 界面剪应力分布规律 110
4.7 本章小结 113
第5章 不同应力水平下CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究 115
5.1 试验概述 115
5.2 破坏过程及破坏形态分析 115
5.3 极限承载力变化规律 117
5.4 应变分布规律 120
5.5 有效黏结长度 123
5.6 界面剪应力分布规律 124
5.7 本章小结 128

第6章 CFRP-混凝土界面承载力模型研究 130
6.1 承载力模型 130
6.2 硫酸盐持续浸泡作用下界面承载力模型 132
6.2.1 界面承载力随侵蚀时间的变化 132
6.2.2 水胶比对承载力综合影响系数的影响 133
6.2.3 粉煤灰掺量对承载力综合影响系数的影响 134
6.2.4 硫酸盐浓度对承载力综合影响系数的影响 134
6.2.5 界面承载力模型 136
6.2.6 预测模型结果与试验结果的对比分析 137
6.3 硫酸盐干湿循环作用下界面承载力模型 137
6.3.1 界面承载力随侵蚀时间的变化 137
6.3.2 水胶比对承载力综合影响系数的影响 138
6.3.3 粉煤灰掺量对承载力综合影响系数的影响 138
6.3.4 硫酸盐浓度对承载力综合影响系数的影响 140
6.3.5 界面承载力模型 140
6.3.6 预测模型结果与试验结果的对比分析 141
6.4 硫酸盐冻融循环作用下界面承载力模型 142
6.4.1 界面承载力随冻融循环次数的变化规律 142
6.4.2 预测模型结果与试验结果的对比分析 143
6.5 不同应力水平下界面承载力模型 144
6.5.1 界面承载力随干湿循环时间的变化规律 144
6.5.2 持载水平对承载力综合影响系数的影响 144
6.5.3 界面承载力模型 145
6.5.4 预测模型结果与试验结果的对比分析 145
6.6 本章小结 146

第7章 CFRP-混凝土界面黏结-滑移模型研究 147
7.1 黏结-滑移曲线的获取 147
7.1.1 室温下界面黏结-滑移曲线 148
7.1.2 硫酸盐持续浸泡作用下界面黏结-滑移曲线 149
7.1.3 硫酸盐干湿循环作用下界面黏结-滑移曲线 151
7.1.4 冻融循环作用下的界面黏结-滑移曲线 153
7.2 CFRP-混凝土界面黏结-滑移模型 155
7.3 硫酸盐环境下界面黏结-滑移模型 159
7.3.1 硫酸盐持续浸泡作用下界面黏结-滑移模型 161
7.3.2 硫酸盐干湿循环作用下界面黏结-滑移模型 171
7.3.3 硫酸盐冻融循环作用下界面黏结-滑移模型 180
7.3.4 不同应力水平下界面黏结-滑移模型 183
7.4 本章小结 188
参考文献 189