在Sherbrooke大学的研究中，有机粘结胶的拉伸强度是这次研究中无机粘结胶的13倍。另外，变形能力是65倍，粘性是1000倍。尽管有这些力学性能上的重要差异，无机粘结胶和有机粘结胶加固的梁仍然具有相当的承载力提高和刚度增加，只是延性要低一些。
试验步骤
如上面提到的，这次试验是模仿M‘Bazaa et al（1996）的试验。在那次试验中，一共浇注了8根梁，跨度为3000mm，并在三分点进行加载。基本的变量是碳纤维的长度、端部锚固长度和加固量。梁在受拉区表面粘贴了三层单向的碳纤维片材，片材宽为166.7mm，长为2900mm（图1），这根梁对这次试验来说特别重要，因为碳纤维的面积是相当的。面积为0.826cm2.
这次浇注的梁与它具有相同的长度、宽度、高度（3000×200×300mm）和保护层厚度，见图1.梁分别用2层、3层和5层单向碳纤维片材加固，面积分别为0.285cm2、0.427cm2和0.711cm2.
混凝土强度通过实验室配合比控制，组成原料有ASTM I水泥、自然砂、粒径为19mm的碎石骨料和自来水。通过直径为150mm的圆柱体进行试验得到抗压强度为47.3MPa.而Sherbrooke大学试验中的混凝土抗压强度为44.3MPa.
Sherbrooke大学试验中，受弯钢筋是2根No 10M的钢筋，总面积为200mm2，而这次试验中，受弯钢筋是2根No 4的钢筋，总面积为258mm2.取3根钢筋试件进行轴向拉伸试验，平均屈服强度为447MPa，极限强度为693MPa.Sherbrooke大学试验中相应的强度分别为439MPa和703MPa.
贴碳纤维之前，先用磨轮将表面的浮浆皮去掉和将粗糙突出的骨料磨平。然后，对表面喷砂和用热水洗，后晾干。
表面用无机粘结胶找平，并自然干燥直到它具有粘性（大约1小时）。同时，碳纤维用树脂浸渍，并自然干燥直到具有粘性。再将作为粘结层的粘结胶刷在找平层上，然后，立即将浸渍好的碳纤维贴上。碳纤维必须滚压以去掉多余的粘结胶。其余各层碳纤维都以同样的步骤粘贴。
碳纤维粘贴好后，修补部位必须包扎以去掉空气和使树脂均匀饱满。修补部位先用Teflon薄膜包裹，在用致密织物，然后用尼龙薄膜包扎。包裹要密封，并用真空泵抽成大约740mmHg的气压。后，将梁加热到80℃养护24小时。
比较研究（M‘Bazaa et al 1996）
M‘Bazaa et al（1996）的试验中，梁的表面处理大致相同。接着用一种低粘性的二组份环氧树脂找平，并在室温下养护24小时。然后，将作为粘结层的二组份环氧树脂刷在找平层上，再立即贴碳纤维片材。然后，用衬纸包裹保护，接着滚压碳纤维片材以使粘结胶浸入碳纤维。然后，去掉衬纸，并用橡胶抹刀将额外的环氧树脂抹进碳纤维片材中。然后，以同样的步骤粘贴其余各层碳纤维。后，置于室温养护。
仪器布置
试验梁是简支梁，跨度为3000 mm.端部支撑为钢轴，钢轴置于混凝土墩上，混凝土墩固定于实验室反力地板上。实验时，通过手控液压千斤顶加载，千斤顶垂直地安装于梁顶，并固定于实验室反力板上。荷载通过一根置于梁上的钢制分配梁三分点加载（距离每边支座1000mm）。荷载以每次2.24KN的方式典型施加。荷载通过置于千斤顶和分配梁之间的荷载传感器测量。
4个电子电阻应变片置于跨中。2个12mm标距长度的应变片贴于受弯钢筋上。1个应变片贴于梁的上表面，1个应变片贴于碳纤维上，标距长度都为50mm.
将一个机械表（百分表）置于跨中并固定于实验室反力地板上以测量挠度，它必须垂直地安装在梁底。每加一次荷载都读取一个读数。
结果和讨论
在后面部分讨论的主要内容是：破坏模式、裂缝特征、荷载挠度关系、承载力提高和变形。表2列出了结果的汇总。
注意到试验中使用的碳纤维片材具有差异这一点很重要。对有机粘结胶加固体系做的试验，用来加固结构构件的碳纤维经过了完善的发展。碳纤维排列很好，并且有一种特别的衬纸和有机胶料保护。有机粘结胶也经过特别的处理，在粘结碳纤维时能够达到的效果。这个体系发展了很多年，碳纤维排列很好，并且具有尽可能高的强度和刚度。
对无机粘结胶加固体系，使用的是商业上提供的一般纹路的碳纤维。不象有机粘结胶加固体系中的碳纤维有一种特别的衬纸保护，而且，这个体系使用的碳纤维是从生产交叉纹路玻璃纤维的地方生产的。与有机粘结胶体系相比，这种生产程序只能提供劣等排列的碳纤维。另外，在操作时更容易损坏，因为只有较少的有机胶料保护碳纤维。
破坏模式和裂缝特征
Sherbrooke大学的试验和这次试验中的基准梁（设计编号分别为OC和IC）都是标准的适筋梁破坏：钢筋先屈服，然后混凝土被压碎。IC梁比OC梁有更高的开裂刚度、屈服荷载和极限荷载。两根梁的荷载—挠度关系见图2.
图2基准梁的荷载—挠度曲线
Sherbrooke大学试验中的加固梁编号为OS，这次试验中的加固梁编号为IS1，IS2，IS3.OS梁是碳纤维片材的剥离破坏，而IS1，IS2，IS3梁是碳纤维的破裂破坏。这是一个重要的结论，因为聚合物板材的破裂在文献中几乎没有报道，而片材的分层破坏已经有比较普遍的报道了。
已经有了论述的是：OS梁的裂缝特征是它的裂缝间距比基准梁的要小，而且裂缝分两个阶段开展。在阶段出现的是垂直的受弯裂缝，而在钢筋屈服后的第二阶段出现的是斜裂缝；并且斜裂缝延伸不及梁高的1/6.
为了作裂缝特征的对比，采用了Ritchie et al（1991）的结果。因为梁的跨度、高度和配筋量是相同的，并且Ritchie et al提供了更加详细的描述。使用的粘结胶是一种橡胶粘性的环氧树脂。典型的Ritchie et al（1991）的裂缝特征见图3.
对两根基准梁，裂缝特征是典型的适筋梁破坏，见图3.基准梁底部Ritchie et al（1991）有21条裂缝，见图3（a），而这次研究的IC梁底部有19条裂缝，见图3（c）。
加固后的OS梁底部有52条裂缝，见图3（b）；而IS3梁底部仅仅有25条裂缝，见图3（d）。因此，裂缝数量的增加对有机粘结胶加固体系和无机粘结胶加固体系分别为148%和32%.裂缝的这些参数表明，有机粘结胶体系比无机粘结胶体系产生了更多的裂缝。作者认为，这是因为无机粘结胶在裂缝的位置没有足够的粘性保持碳纤维和混凝土的粘结，抑制了应力向邻近的混凝土传递，而这一点是产生更多裂缝的必要条件。另外，混凝土中的裂缝贯穿了碳纤维聚合物，这又促使应力向碳纤维传递。相比而言，粘性的有机粘结胶能保持碳纤维和混凝土在每条裂缝附近的粘结，致使应力向邻近的混凝土传递，这样就产生了更多的裂缝。
图3极限荷载时裂缝的比较：
（a）有机粘结胶基准梁（Ritchie et al 1991）；（b）有机粘结胶加固梁（Ritchie et al 1991）；
（c）无机粘结胶基准梁（IC）；（d）无机粘结胶加固梁（IS3）。
延性和荷载—挠度关系
有机粘结胶加固梁的载—挠度曲线见图4.正如所料，增加碳纤维面积导致了开裂刚度、屈服刚度和极限荷载的提高。为了和以前研究的荷载—挠度曲线作比较，并考虑到基准梁的差异，将荷载—挠度曲线作标准化。标准化即是将IC、IS1、IS2、IS3梁的荷载乘以一个系数：
OC梁的屈服荷载/ IC梁的屈服荷载
大量的挠度点进行了调整以保证曲线的连续。所有梁的标准化荷载—挠度曲线见图5.从图5中可以看出，无机粘结胶加固的梁和有机粘结胶加固的梁的荷载—挠度曲线的特征相似。用大致相同的碳纤维面积加固的IS3梁和OS梁具有相当的强度、刚度和延性。
图4有机粘结胶加固梁的荷载挠度曲线图5所有梁的标准化荷载挠度曲线
对有机粘结胶加固体系和无机粘结胶加固体系，加固梁与基准梁相比，延性都有降低。对前者，挠度延性从8.25减到2.30；对后者，挠度延性从8.55减到1.55和1.81之间。比较用相同碳纤维面积加固的IS3梁和OS梁，IS3梁的延性仅有OS梁的75%.
承载力提高的比较
承载力的提高通过加固梁和基准梁弯矩的差值来量化。为了考虑碳纤维用量的差异，用单位碳纤维面积上弯矩的增加来计算，如下方程：
单位碳纤维面积上弯矩的增加=△M / Acar（1）
其中△M表示相对基准梁弯矩的增加（KN-m）；Acar表示碳纤维的面积（m2）。
承载力提高的比较见表3.对这些结果进行仔细观察得到下面的结论：
l无机粘结胶加固体系和有机粘结胶加固体系提供了相当的加固效果。单位碳纤维面积上弯矩的增加，IS2梁和OS梁非常接近，IS3梁比OS梁高，而IS1梁比OS梁低。
l无机粘结胶加固体系，单位碳纤维面积上弯矩的增加随着碳纤维面积的增加而增加，这意味着使用更厚的碳纤维板将达到更佳的加固效率。在以前，这种趋势还没有被观察到，这一定程度上是因为加固面积引起的效率问题还没有被系统的研究。
来源:考试大-建筑工程类考试
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