FRP加固混凝土結構耐久性試驗研究.pdf

1、纖維增強聚合物(FRP)復合材料由于具有高強、輕質(zhì)、施工方便等優(yōu)點在土木工程領域的結構加固中得到廣泛的應用。隨著工程應用的深入，F(xiàn)RP加固混凝土結構的耐久性問題引起了人們極大的關注。在室外侵蝕性環(huán)境如高溫潮濕、化學劑侵蝕、碳化、凍融、海水潮汐作用下，鋼筋混凝土結構往往由于耐久性降低而無法正常使用，那么用FRP 加固的鋼筋混凝土結構在這些環(huán)境下的耐久性如何?怎樣對侵蝕環(huán)境下的FRP加固鋼筋混凝土結構進行耐久性設計?在FRP應用于加固混凝土

2、結構的同時，這些問題應該引起足夠重視，得到合理的解決。本文在此背景下結合國家重大基礎研究前期研究專項“惡劣環(huán)境下纖維增強塑料混凝土構件耐久性研究”，對碳化、凍融循環(huán)、模擬海水潮汐作用的鹽溶液干濕循環(huán)下 FRP 復合材料的耐久性、FRP與混凝土之間界面粘結的耐久性、FRP加固混凝土圓柱的耐久性進行了試驗研究，主要包括以下幾方面工作： 1．通過碳纖維增強聚合物(CFRP)、玻璃纖維增強聚合物(GFRP)在碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循

3、環(huán)環(huán)境下的縱向受拉性能的試驗研究，研究環(huán)境類型、環(huán)境暴露時間(循環(huán)次數(shù))、纖維布種類對FRP復合材料耐久性的影響。結果表明，CFRP在這三種環(huán)境下強度變化不大，彈性模量有所提高，延伸率在干濕循環(huán)下略有降低；GFRP的力學性能在三種環(huán)境下也都有不同程度的退化；在碳化和凍融循環(huán)環(huán)境下，CFRP 的性能優(yōu)于GFRP?？偟膩砜?，碳化、有限次數(shù)的凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)對CFRP和GFRP縱向受拉性能影響不大。 2．通過正拉粘結強度試驗與

4、剪切粘結強度試驗，研究碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)對FRP與混凝土之間界面粘結性能的影響，試驗變化參數(shù)包括凍融循環(huán)和干濕循環(huán)次數(shù)、纖維布種類、粘結樹脂種類。通過分析侵蝕環(huán)境作用前后試件的破壞方式、正拉粘結強度及剪切粘結強度等的變化探討碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)對FRP與混凝土界面粘結的影響規(guī)律及機理。結果表明，碳化對FRP和混凝土之間的界面影響不大，而干濕循環(huán)和凍融循環(huán)對FRP和混凝土的粘結界面產(chǎn)生了不利作用。使用CFRP的試件比

5、使用GFRP的試件抗侵蝕能力強，粘結樹脂膠Ⅱ?qū)η治g環(huán)境比粘結樹脂膠Ⅰ敏感，在工程中選擇合適的纖維布及粘接樹脂類型對FRP體系的抗惡劣環(huán)境侵蝕能力是十分重要的。 3．通過FRP條帶加固混凝土圓柱在碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)作用后的軸心受壓試驗研究，研究環(huán)境因素(碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán))、纖維布類型(碳纖維布、玻璃纖維布)、粘接樹脂類型(膠Ⅰ、膠Ⅱ)對FRP條帶加固混凝土圓柱受壓性能的影響，分析FRP條帶加固混凝土圓柱在

6、侵蝕環(huán)境下的受壓性能劣化機理，并結合FRP 的工程應用提出建議。 4．通過FRP全裹加固混凝土圓柱在碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)作用后的軸心受壓試驗研究，研究環(huán)境因素(碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán))、纖維布類型(碳纖維布、玻璃纖維布)對FRP全裹加固混凝土圓柱受壓性能的影響，并與FRP條帶加固混凝土圓柱試驗結果進行比較，分析全裹與條帶粘結方式對FRP加固混凝土結構耐久性的影響，對粘貼FRP加固混凝土結構提出建議。 5

7、．通過FRP條帶加固鋼筋混凝土圓柱在碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)作用后的軸心受壓試驗研究，研究環(huán)境因素(碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán))、纖維布類型(碳纖維布、玻璃纖維布)對FRP條帶加固鋼筋混凝土圓柱受壓性能的影響。 上述3、4、5的研究結果表明，碳化后FRP加固混凝土圓柱受力性能與室溫下相比變化不明顯，而經(jīng)過凍融循環(huán)和鹽溶液干濕循環(huán)之后，F(xiàn)RP加固混凝土圓柱的強度、剛度、延性有所降低。因此，碳化對于FRP加固沒有不利影響，

8、在凍融循環(huán)和鹽溶液干濕循環(huán)環(huán)境下，使用FRP加固混凝土結構應該考慮耐久性問題。FRP加固混凝土結構的耐久性取決于混凝土及其與FRP粘結界面的耐久性，F(xiàn)RP復合材料的耐久性不是決定因素，可以通過提高混凝土的耐久性、對樹脂進行改性來提高FRP加固混凝土圓柱的抗侵蝕環(huán)境腐蝕能力。 如果從提高強度、抗震能力、耐久性方面考慮，全裹粘貼方式優(yōu)于條帶粘貼方式，在凍融循環(huán)和鹽溶液干濕循環(huán)環(huán)境下，可以考慮采用FRP全裹粘貼方式加固混凝土結構，在提

9、高混凝土結構受力性能的同時，以全裹方式來延緩外界環(huán)境對混凝土的侵蝕，延長混凝土結構的壽命。但從經(jīng)濟方面考慮，F(xiàn)RP約束對圓柱強度的提高程度并不與FRP 用量成正比，條帶粘貼方式比全裹粘貼方式更經(jīng)濟。 在室溫、碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)環(huán)境下，F(xiàn)RP 約束提高了混凝土圓柱的強度與延性，相同用量的CFRP比GFRP的增強效果好，但GFRP成本比CFRP低，采用膠Ⅱ柱的強度和延性比采用膠Ⅰ柱高，但膠Ⅱ?qū)鋈谘h(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)比膠

10、Ⅰ敏感。碳纖維布和膠Ⅱ搭配在所研究的環(huán)境下是最優(yōu)的。因此，在實際加固工程中應結合具體情況，綜合考慮各種因素如強度、延性、耐久性、加固成本等，根據(jù)工程需要選擇最優(yōu)方案。 6．在試驗研究的基礎上，建立FRP條帶約束混凝土軸心抗壓強度計算模型、FRP條帶加固鋼筋混凝土圓柱正截面受壓承載力計算模型，并在混凝土、FRP復合材料以及FRP 與混凝土粘結界面耐久性試驗研究的基礎上，引入考慮侵蝕環(huán)境對混凝土、FRP復合材料以及FRP與混凝土粘結