眾所周知,服役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在全壽命周期內(nèi)的性能退化分析已得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的普遍關(guān)注。其中,鋼筋銹蝕問題一直以來是影響結(jié)構(gòu)全壽命周期性能退化的主要矛盾。為了有效緩解這一矛盾,提高結(jié)構(gòu)的全壽命周期性能,用高性能纖維增強(qiáng)塑料筋(Fiber Reinforced Polymer Bars,簡(jiǎn)稱FRP筋)來代替普通鋼筋是一個(gè)行之有效的方法。因此,研究FRP筋材的耐久性及其與混凝土間的粘結(jié)性能是推廣FRP筋在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的必然要求。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金“基于耐久性的FRP筋與普通鋼筋混合配筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)及性能研究(51578267)”的資助下,采用試驗(yàn)研究、理論分析等方法,開展了侵蝕環(huán)境下GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋的力學(xué)性能退化及GFRP筋與混凝土間粘結(jié)性能退化等研究,主要工作有:1、GFRP筋材以及GFRP筋與混凝土粘結(jié)試件的侵蝕試驗(yàn)研究。共制備了三批侵蝕試驗(yàn)試件:(1)拉伸試件,對(duì)三種不同直徑(8、12和16mm)的GFRP筋材進(jìn)行了180d侵蝕溶液的浸泡試驗(yàn);(2)彎曲、剪切試件,對(duì)三種不同直徑的GFRP筋材進(jìn)行了12、36和72d侵蝕溶液的浸泡試驗(yàn);(3)粘結(jié)性能試件,對(duì)GFRP筋-混凝土粘結(jié)試件進(jìn)行了150、210和270d侵蝕溶液的浸泡試驗(yàn)。試驗(yàn)分別采用了清水、堿溶液和鹽溶液等三種侵蝕環(huán)境,對(duì)比分析了不同侵蝕環(huán)境、浸泡時(shí)間對(duì)試件表觀劣化的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:堿環(huán)境對(duì)筋材造成的損傷較大,其表面有纖維起皮、脫落等現(xiàn)象;隨浸泡時(shí)間的增加,筋材原本光滑的表面變得粗糙和凹凸不平;經(jīng)鹽環(huán)境侵蝕后,GFRP筋-混凝土粘結(jié)構(gòu)件表面發(fā)白,并有一層鹽附著在混凝土表面。2、侵蝕作用后GFRP筋拉伸力學(xué)性能退化試驗(yàn)研究。通過對(duì)34根受侵蝕作用后的GFRP筋材進(jìn)行拉伸試驗(yàn),研究了筋材的破壞模式,分析了直徑、侵蝕環(huán)境對(duì)筋材抗拉強(qiáng)度以及彈性模量的影響規(guī)律。拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明:筋材直徑越大,其破壞越分散;侵蝕環(huán)境對(duì)筋材的彈性模量影響不大,但對(duì)其抗拉強(qiáng)度的影響顯著,基本表現(xiàn)為在堿環(huán)境條件下性能降低最多,其次是鹽環(huán)境,最少的是清水環(huán)境;抗拉強(qiáng)度具有一定的尺寸效應(yīng),并且還和其長(zhǎng)徑比有很大關(guān)系。3、侵蝕作用后GFRP筋彎曲、剪切力學(xué)性能退化試驗(yàn)研究。分別對(duì)受侵蝕作用后的22根彎曲試樣和44根剪切試樣進(jìn)行了彎曲、剪切試驗(yàn),主要對(duì)比分析了浸泡時(shí)間、侵蝕環(huán)境和直徑對(duì)GFRP筋的彎曲、剪切性能的影響等。試驗(yàn)結(jié)果表明:侵蝕環(huán)境以及浸泡時(shí)間對(duì)彎曲彈性模量和最大應(yīng)變的影響不大;直徑越大的剪切試樣,其端部破壞的斷層越多,而且整體破壞更為嚴(yán)重;侵蝕環(huán)境對(duì)試樣的彎曲、剪切強(qiáng)度均有不同程度的退化作用;試樣的剪切強(qiáng)度隨浸泡時(shí)間的增加而降低,并且在前36d其剪切強(qiáng)度下降較快,36d后下降速度減緩。4、GFRP筋與混凝土粘結(jié)性能退化試驗(yàn)研究與理論分析。通過對(duì)36個(gè)受侵蝕作用后的粘結(jié)試件進(jìn)行拉拔試驗(yàn),對(duì)比分析了侵蝕環(huán)境、浸泡時(shí)間以及尺寸對(duì)試件粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)-滑移關(guān)系的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:侵蝕環(huán)境對(duì)其粘結(jié)強(qiáng)度有較明顯的影響,其中鹽環(huán)境對(duì)其影響最為敏感,其次為清水環(huán)境,影響較小的是堿環(huán)境;粘結(jié)性能隨時(shí)間的增加而降低,基本呈現(xiàn)先陡后緩趨勢(shì);粘結(jié)-滑移曲線主要分為微滑移階段、線性上升階段、雙曲線下降階段和周期性波動(dòng)殘余應(yīng)力階段等;基于彈性力學(xué)厚壁圓筒模型,建立了GFRP筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度理論模型,結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果,通過試驗(yàn)值和理論值對(duì)比分析,得到均值為1.02,變異系數(shù)?為0.09,表明試驗(yàn)值與理論值吻合良好,從而驗(yàn)證了本文推導(dǎo)出的粘結(jié)強(qiáng)度理論模型的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

2.1 引言試驗(yàn)是指導(dǎo)人們認(rèn)識(shí)世界和改造世界的必要手段，但是并不是所有試驗(yàn)都適用于實(shí)體進(jìn)行。用模型進(jìn)行模擬試驗(yàn)不但能夠低成本、有效、方便地對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行研究，而且能夠?qū)ξ磩?chuàng)造出來的實(shí)物對(duì)象進(jìn)行預(yù)測(cè)。所以，本課題圍繞筋材直徑、浸泡時(shí)間、侵蝕環(huán)境等主要參數(shù)，設(shè)計(jì)制作了一批 GFRP 筋材試樣及其與混凝土的粘結(jié)構(gòu)件，開展室內(nèi)侵蝕試驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境結(jié)構(gòu)作用下的性能劣化行為分析。2.2 試驗(yàn)材料的物理力學(xué)性能2.2.1 GFRP 筋材的物理力學(xué)性能拉伸試樣采用南京鋒暉復(fù)合材料有限公司拉擠成型的 GFRP 筋，由玻璃纖維和乙烯基酯樹脂組成。筋材試樣如圖 2.1 所示，其物理力學(xué)性能參數(shù)見表 2.1。

混凝土攪拌機(jī)攪拌均勻后澆筑到試模中，然后置于振動(dòng)臺(tái)上振搗保證其密實(shí)性。澆筑的試件如圖2.3a 所示。三種直徑的筋材總共澆筑了 90 個(gè)粘結(jié)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù) 28d，養(yǎng)護(hù)狀態(tài)如圖 2.3b 所示。澆筑拉拔試件時(shí)，每批澆筑 6 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28d 后測(cè)試其力學(xué)性能指標(biāo)。(a) 澆筑完成的試件 (b) 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)狀態(tài)圖 2.3 拉拔試件的制備與養(yǎng)護(hù)Fig 2.3 Preparation and maintenance of pull-out specimen2.4 侵蝕環(huán)境浸泡試驗(yàn)在自制的無蓋鐵皮箱以及玻璃溶液箱中進(jìn)行，溫度為常溫。侵蝕環(huán)境主要有以下幾種。(1)堿環(huán)境：根據(jù) ACI 440.3R-04 規(guī)范[67]建議的方法進(jìn)行配置，在 1L 去離子水中加入 118.50g Ca(OH)2、0.90g NaOH、4.20g KOH，實(shí)測(cè) pH 值為 12.82；(2)鹽環(huán)境：依據(jù) ASTM d665-06 規(guī)范[68]

2.5.1 軸向拉伸試樣侵蝕試驗(yàn)方法GFRP 筋拉伸試樣浸泡時(shí)間為 180d，試樣總共 34 根。惡劣侵蝕環(huán)境特別是鹽、堿環(huán)境對(duì)筋材的腐蝕較大，所以主要針對(duì)這兩種環(huán)境，每種直徑筋材分別準(zhǔn)備了 4 根；而清水、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境是為了做對(duì)比分析，樣本略少，每種直徑分別有1~2 根。避免 GFRP 筋兩端被溶液腐蝕造成試驗(yàn)結(jié)果誤差，用環(huán)氧樹脂封住試樣兩端，在放入浸泡池之前，試樣需要編號(hào)標(biāo)記，便于表觀觀測(cè)以及試驗(yàn)時(shí)容易區(qū)分，浸泡池如圖 2.4 所示。在試驗(yàn)周期內(nèi)，為了減緩溶液中水分的蒸發(fā)，試樣放入容器之后，用聚乙烯薄膜封住容器口，并定時(shí)補(bǔ)充水分，使腐蝕溶液的水位保持恒定。定期檢測(cè)溶液的 pH 值，保證 pH 值的穩(wěn)定。取出達(dá)到齡期的試樣，用無離子水洗凈干燥后進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試。

【參考文獻(xiàn)】

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3 武軍;陳文學(xué);焦裕釗;;不同直徑GFRP筋的拉伸性能尺寸效應(yīng)試驗(yàn)研究[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2015年04期

4 吳剛;朱瑩;董志強(qiáng);汪昕;吳智深;;堿性環(huán)境中BFRP筋耐腐蝕性能試驗(yàn)研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2014年08期

5 單煒;張紹逸;;BFRP筋與混凝土的粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2013年02期

6 薛偉辰;王偉;付凱;;堿環(huán)境下不同應(yīng)力水平GFRP筋抗拉性能試驗(yàn)[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2013年06期

7 武勝萍;蔣金洋;;FRP筋的耐久性能研究現(xiàn)狀[J];華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào);2012年06期

8 李國(guó)維;葛萬明;倪春;戴劍;牟春林;;加載速率對(duì)大直徑GFRP筋足尺試件抗拉性能的影響[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2012年07期

9 劉小艷;王新瑞;劉愛華;陳雷;蔣亞清;;海洋工程中GFRP筋耐久性研究進(jìn)展[J];水利水電科技進(jìn)展;2012年03期

10 師曉權(quán);張志強(qiáng);李志業(yè);李化云;;GFRP筋與混凝土黏結(jié)性能拉拔試驗(yàn)研究[J];鐵道建筑;2010年10期

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6 陳詩學(xué);玻璃纖維筋與混凝土粘結(jié)性能耐久性短期研究[D];河海大學(xué);2007年

7 鄭喬文;FRP筋混凝土梁設(shè)計(jì)理論研究[D];同濟(jì)大學(xué);2006年

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9 王恒武;玻璃纖維/聚合物基復(fù)合材料界面粘結(jié)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)與理論研究[D];武漢理工大學(xué);2003年

本文編號(hào)：2809480