盐碱环境下GFRP筋及其混凝土构件的耐久性研究

发布时间：2020-08-06 23:46

【摘要】：钢筋混凝土结构使用过程中由于钢筋锈蚀问题引发一系列事故,特别是在温度高、湿度大以及盐腐蚀等恶劣环境下,钢筋的锈蚀问题尤为严重,世界各国每年需要花费巨资用于修缮因钢筋锈蚀损坏的混凝土建筑物。FRP(Fiber Reinforced Plastic)具有良好的抗腐蚀性能,采用FRP筋代替钢筋是彻底解决混凝土结构中钢筋锈蚀问题的有效方法。在众多FRP材料中,GFRP筋价格较低廉,其性能可以满足众多使用条件,因此备受研究者的青睐。随着GFRP材料的广泛应用,GFRP筋材和GFRP混凝土构件的耐久性成为众多学者关注的问题,但目前对二者的耐久性研究时间较短,且研究多集中在筋材本身,研究内容单一,特别是对GFRP筋及其混凝土构件退化规律和寿命预测的研究几乎空白。基于以上,本文首先对GFRP筋强度退化规律进行了系统的研究,在此基础上,详细分析了GFRP筋混凝土构件粘结退化过程,并提出了GFRP筋混凝土构件使用寿命预测模型。论文的主要研究内容及结论包括以下几个方面:(1)本文展开GFRP筋在腐蚀环境下的试验研究,重点研究了温度、荷载等级和腐蚀环境对GFRP筋抗拉强度的影响。结果表明,温度的提升和荷载等级的提高会加速GFRP筋的退化,GFRP筋的抗盐腐蚀性能优于其抗碱腐蚀性能。(2)基于Fick第二定律,从理论推导GFRP筋抗拉强度的退化模型,采用试验结果对抗拉强度退化模型进行验证。经验证,退化模型与试验结果吻合良好,推导得出的退化模型合理。(3)研究氯离子对混凝土的渗透侵蚀问题,建立氯离子在混凝土中的渗透数值模型,并通过试验数据对比裸筋与包裹筋的退化规律。结果表明,混凝土并没有对内部筋材的抗拉强度起到有效的保护作用,因此本文提出的退化模型可以准确地描述实际工程中的GFRP筋抗拉强度退化规律。(4)本文提出GFRP混凝土构件粘结力退化模型,采用多组试验数据求解退化模型,经验证,提出的退化模型合理。本文进一步在考虑实际环境温度和湿度的情况下,对其粘结强度加以预测。本文对GFRP筋及其构件进行了一系列的耐久性能研究,经过研究得到多项具有实际意义的结论,对于GFRP筋在实际工程中的应用和制定相关设计规范具有较强的指导意义。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU37
【图文】：

示意图,拉挤工艺,示意图

图 1-1 拉挤工艺示意图1.2.2.2 表面变形热固性 FRP 筋等截面热固性 FRP 筋的表面是没有变形的，这种工艺的筋材往往并不能很好的运用于内部加固混凝土结构，因为筋材不能很好的与混凝土有效粘结，参考钢筋需要一种表面变形的 FRP 筋，保证它能与混凝土有效粘结，因此出现了以下几种单向纤维并有外表面变形的 FRP 筋加工工艺以及方法[20]：（1）用树脂浸渍 FRP 材料后，在尚未固化的时候，在纤维表面螺旋缠绕纤维束，然后加热固化；（2）用树脂浸渍 FRP 材料后，在尚未固化的时候，在纤维表面喷涂细砂，然后加热固化，使细砂与材料良好粘结；（3）用树脂浸渍 FRP 材料后，在尚未固化的时候，对 FRP 树脂进行短切，然后连续压模；（4）直接将加工成型的 FRP 筋通过机械加工进行表面变形处理。

设计图,化学药剂

其中 NaOH、KOH以及 Ca(OH)2都是由国药集团化学试剂有限公司制作的商品化学试剂，见下图2-2 所示。试验所采用的腐蚀装置是由本课题组自行设计的，主要套筒为 PVC 管，设计图和成品图，如图 2-3 所示。试验中部分试件是在 40℃和 60℃的高温条件下完成的，针对此类试件，需要对其进行加温，且需要保持温度恒定，所以本课题组采用美控 TN-99 型温控仪进行温度控制。图 2-1 GFRP 筋图 2-2 化学药剂（a）设计图

加载装置,反力,加载,腐蚀装置

（b）成品图图 2-3 腐蚀装置图试验中部分试件是在持续荷载作用下进行腐蚀试验，因此针对此类试件，本课题组也自行设计了加载装置，加载装置主要由两部分组成，加载部分和反力部分，加载部分主要由定制弹簧、固定装置和高强螺母组成，加载的原理主要是通过反力架来完成的，如下图 2-4 为加载装置制作图，2-5 为反力部分，2-6为加载部分所示。

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