通过断裂力学和极限状态分析,碳纤维布与混凝土的粘结机理可以叙述如下:

当荷载较小时,碳纤维布通过粘结材料与混凝土共同工作,变形协调;随着荷载的增加,粘结应力的分布和峰值位置逐渐发生变化,混凝土中拉应力也不断增长;当荷载增加到接近粘结强度的荷载值时,混凝土内部应力将达到混凝土的抗拉强度,此时,局部混凝土浅层由于内部结构的不均匀而在薄弱处被拉裂,表现为局部实测的应变梯度剧增,在该位置处首先发生内部混凝土的分离,同时碳纤维布与混凝土的粘结界面上应力发生重分布,在内部混凝土分离处的粘结界面将受到界面法向应力和面内应力的复合作用;在这种复合应力的作用下,碳纤维布将粘带着浅层的混凝土从该位置开始剥离;如果粘结面积较大,剥离是逐渐但快速发展的,直至粘结面积减少到有效粘结面积(对于粘结宽度一定时可以用有效粘结长度来表达)时发生一次性剥离破坏;如果粘结面积小于有效粘结面积,则发生一次性剥离破坏。

一次性剥离破坏是脆性性质的,即瞬时发生的。如果碳纤维布的粘贴质量较好,碳纤维布与混凝土间的界面粘结强度高于混凝土的抗拉强度,剥离将使得表层混凝土粘在碳纤维布上带下来,即破坏发生在混凝土中;如果粘结质量不好,或碳纤维布层数多于一层,内部缺陷比较多,则碳纤维布间粘结强度可能低于混凝土的抗拉强度而首先发生层间剥离,这时,破坏将发生在碳纤维布间或碳纤维布与混凝土间的界面上。一般情况下,加固构件中碳纤维布的粘结界面的剥离破坏主要可以归纳为以下几类:

(1)碳纤维布端部由于局部应力集中造成的剥离,主要是剪应力和正应力作用;

(2)受弯加固时弯曲裂缝处由于剪应力和正应力作用造成的剥离;

(3)受弯加固时碳纤维布锚固区域斜裂缝发生由于较大的界面正应力造成的剥离;

(4)受剪加固时,u型碳纤维布在斜裂缝上部区域由于较大的界面剪应力造成的剥离等。