海洋環(huán)境下FRP筋與混凝土界面黏結(jié)性能研究.pdf

1、在自然環(huán)境下，海洋是最苛刻的腐蝕環(huán)境之一，海工結(jié)構(gòu)要經(jīng)受海水、海洋大氣或更為嚴(yán)酷的飛濺區(qū)、潮差區(qū)的腐蝕，而普通鋼材在海洋環(huán)境中極易腐蝕，很短的服役期內(nèi)將喪失使用功能。采用FRP筋替代普通鋼筋被認(rèn)為是能夠徹底解決混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的方法之一。與鋼筋一樣，F(xiàn)RP筋與混凝土良好的界面黏結(jié)性能是兩者協(xié)同工作的基礎(chǔ)。在海洋環(huán)境作用下，F(xiàn)RP筋與混凝土界面可能產(chǎn)生黏結(jié)退化，其退化機(jī)理與服役壽命是決定FRP筋能否成功應(yīng)用到海工混凝土結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵。<

2、br>　　基于此，本文設(shè)計(jì)制作并測(cè)試了153個(gè)拉拔試件，試驗(yàn)對(duì)象包括乙烯基酯樹脂玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合筋（BV筋）、乙烯基酯樹脂無堿玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合筋（GV筋）、環(huán)氧樹脂玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合筋（BE筋）和環(huán)氧樹脂國產(chǎn)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合筋（CE筋）。依據(jù)ACI和ASTM規(guī)范配置相應(yīng)的堿溶液和人工海水溶液，通過兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行研究:FRP筋經(jīng)堿溶液環(huán)境腐蝕后與混凝土黏結(jié)性能試驗(yàn);海水浸泡環(huán)境下FRP筋混凝土拉拔試件黏結(jié)性能試驗(yàn)。研究相應(yīng)環(huán)境腐蝕后FR

3、P筋與混凝土黏結(jié)-滑移曲線，并分析了試件破壞形態(tài)、黏結(jié)-滑移曲線各階段特點(diǎn)、受力過程和黏結(jié)破壞機(jī)理，以及FRP筋經(jīng)腐蝕后與混凝土的極限黏結(jié)強(qiáng)度以及自由端發(fā)生0.05mm、0.10mm和0.25mm所對(duì)應(yīng)的黏結(jié)強(qiáng)度值隨溶液浸泡腐蝕齡期的變化。
　　通過FRP筋堿溶液環(huán)境腐蝕后黏結(jié)性能試驗(yàn)研究，獲得如下結(jié)論:對(duì)于同等直徑、相同肋參數(shù)的四種FRP筋，在各個(gè)齡期下，BE筋與CE筋具備更高的極限黏結(jié)強(qiáng)度，且CE筋的極限黏結(jié)強(qiáng)度在四種筋材中最

4、高;經(jīng)歷40℃堿溶液環(huán)境的浸泡腐蝕后，CE筋與混凝土的界面黏結(jié)強(qiáng)度未見退化，甚至出現(xiàn)了上升趨勢(shì)，BV筋的極限黏結(jié)強(qiáng)度有緩慢的退化趨勢(shì)，BE筋和GV筋與混凝土的極限黏結(jié)強(qiáng)度幾乎不發(fā)生變化;統(tǒng)計(jì)各個(gè)拉拔試件自由端發(fā)生0.05mm、0.10mm和0.25mm對(duì)應(yīng)的黏結(jié)強(qiáng)度值，發(fā)現(xiàn)四種FRP筋在自由端發(fā)生0.25mm以下滑移量對(duì)應(yīng)的黏結(jié)強(qiáng)度值均未發(fā)生退化，說明堿溶液腐蝕僅影響FRP筋與混凝土的極限黏結(jié)強(qiáng)度，對(duì)于較小滑移量下FRP筋與混凝土的黏結(jié)

5、強(qiáng)度的影響不大。
　　海水浸泡環(huán)境下FRP筋混凝土黏結(jié)性能試驗(yàn)研究，重點(diǎn)考慮了筋材種類、環(huán)境溫度、腐蝕齡期、表面處理等影響參數(shù)。結(jié)果表明:
　　1）在FRP筋、鋼筋與混凝土黏結(jié)力的組成中，均包括化學(xué)膠著力、摩擦力和機(jī)械咬合力，F(xiàn)RP筋與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度組成中還存在由于FRP筋吸濕膨脹引起的強(qiáng)度增長。
　　2）經(jīng)過人工海水長期浸泡后，BV筋和GV筋出現(xiàn)黏結(jié)強(qiáng)度降低的趨勢(shì)，在40℃環(huán)境經(jīng)歷60天腐蝕后，BV筋的極限黏結(jié)強(qiáng)度

6、保留率為90.93％，GV筋的為92.92％。
　　3）對(duì)于BV筋，提高環(huán)境溫度會(huì)加快其極限黏結(jié)強(qiáng)度的降低。
　　4）相同條件下CE和BE筋與混凝土的黏結(jié)表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能。
　　5）在40℃人工海水浸泡下，F(xiàn)RP筋與混凝土拉拔試件自由端發(fā)生0.05mm、0.10mm和0.25mm對(duì)應(yīng)的黏結(jié)強(qiáng)度同樣不隨腐蝕齡期的增長而降低。
　　6）在FRP筋發(fā)生較小滑移情況下，本文中BV筋和CE筋黏結(jié)強(qiáng)度均較GV筋高。

7、r>　　比較兩種試驗(yàn)方法所得結(jié)果，結(jié)合海水浸泡環(huán)境下混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)、掃描電子顯微鏡(SEM)觀察手段，配合已有針對(duì)FRP筋本身性能破壞機(jī)理研究，綜合分析了海洋環(huán)境下FRP筋與混凝土黏結(jié)退化的機(jī)理，并利用基于Arrhenius退化模型提出的FHWA-Ⅰ、FHWA-Ⅱ以及STF壽命預(yù)測(cè)法分別針對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)退化的BV筋混凝土界面黏結(jié)性能進(jìn)行了壽命預(yù)測(cè)。由于環(huán)境對(duì)FRP筋的腐蝕作用由外向內(nèi)，外層FRP筋力學(xué)性能的破壞將對(duì)其與混凝土界面的黏結(jié)性能