酸雨环境下CFRP增强钢筋混凝土受弯构件耐久性研究

发布时间：2020-10-12 20:22

　　 酸雨环境下CFRP增强钢筋混凝土受弯构件长期受到H+与SO42-等有害介质腐蚀作用,导致混凝土构件力学性能和耐久性退化,造成重大经济损失,已成为土木工程界面临的一项挑战。酸雨腐蚀及二次锈蚀条件下CFRP增强钢筋混凝土受弯构件耐久性的退化主要缘于混凝土材料及粗骨料-砂浆界面过渡区物理力学性能、钢筋锈蚀状态和CFRP-混凝土界面粘结性能的劣化,相关研究亟待开展。本文在国内外有关酸雨环境下混凝土力学性能和耐久性研究基础上,在国家自然科学基金(51178069)和国家建设高水平大学公派研究生项目(201506570009)共同资助下,从微观、细观和宏观尺度开展试验研究、理论分析、数值模拟和现场监测,探讨了酸雨环境下混凝土及界面过渡区物理力学性能、钢筋锈蚀状态、CFRP-混凝土界面粘结性能和CFRP增强混凝土梁抗弯性能的劣化机理。主要研究工作包括:1.酸雨环境下混凝土及粗骨料-砂浆界面过渡区物理力学性能研究。从微观尺度利用扫描电镜、能谱分析和纳米压痕等试验方法揭示酸雨腐蚀对混凝土内部粗骨料-砂浆界面过渡区物理性能(微观形貌、表面裂缝和元素组成)和力学性能(硬度、刚度和弹性模量)的影响;提出受酸雨腐蚀砂浆与界面过渡区应力-应变关系修正權型;建立包含粗骨料、砂浆和界面过渡区三相组成的混凝土数值模型,从细观尺度探讨酸雨腐蚀对混凝土开裂、损伤扩展和破坏模式的影响规律。2.混凝土内部钢筋锈蚀状态监测与评价。从宏观尺度利用电加速腐蚀试验、氯离子单向扩散计算模型和工程监测等方法,建立腐蚀电位与钢筋锈蚀率、氯离子扩散深度和特定位置氯离子浓度之间的关系,并应用试验结果对实际工程中钢筋锈蚀状态进行评价;提出基于光纤光栅光折变特性和碳纳米管压敏特性的两种混凝土内部钢筋锈蚀状态监测方法。3.酸雨环境下CFRP-混凝土界面粘结性能研究。从宏观尺度利用单剪试验和内聚力牵引-分离行为得到受酸雨腐蚀CFRP-混凝土界面粘结应力、滑移量和断裂能,建立粘结-滑移关系,揭示酸雨腐蚀对CFRP剥离破坏过程的影响;从微观尺度利用纳米压痕技术探讨酸雨对环氧树脂胶基-砂浆界面元素含量和弹性模量的影响规律。4.酸雨环境及二次锈蚀条件下CFRP增强混凝土梁抗弯性能研究。利用四点弯曲试验方法,从宏观尺度揭示酸雨环境下CFRP增强混凝土梁抗弯性能(混凝土强度、损伤深度、一阶频率、应变分布、荷载-挠度曲线、延性、极限承载力、开裂模式、损伤扩展和破坏模式)的劣化机理;探讨声发射参数(RA、AF和b值)与CFRP增强混凝土梁开裂模式之间的关系;建立CFRP增强混凝土梁裂缝分形维数与其抗弯性能之间的联系;揭示二次锈蚀条件下CFRP增强混凝土梁抗弯承载力退化规律。
【学位单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU37
【部分图文】：

细观材料力学性能退化，微细观尺度下不同材料及材料间界面粘结性能等多种劣??化过程相互耦合，最终形成宏观尺度下结构耐久性退化。受酸雨腐蚀钢筋混凝土??结构如图１．２所示。??Ｈ＇?，叫避涵??图１．２受酸雨腐蚀混凝土结构??Ｆｉｇ?１．２?Ｃｏｎｃｒｅｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｅｘｐｏｓｅｄ?ｔｏ?ａｃｉｄ?ｒａｉｎ?ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ??纤维增强材料（Ｆｉｂｅｒ?Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ?Ｐｏｌｙｍｅｒ，ＲＦＰ）在混凝土加固结构中广泛应??用，根据纤维成分不同主要分为碳纤维增强材料（Ｃａｒｂｏｎ?Ｆｉｂｅｒ?Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ?Ｐｏｌｙｍｅｒ，??ＣＦＲＰ）、玻璃纤维增强材料（Ｇｌａｓｓ?Ｆｉｂｅｒ?Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ?Ｐｏｌｙｍｅｒ，ＧＦＲＰ）、玄武岩纤??维增强材料（Ｂａｓａｌｔ?Ｆｉｂｅｒ?Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ?Ｐｏｌｙｍｅｒ，ＣＦＲＰ）和芳纟仑纤维增强材料（Ａｒａｍｉｄ??Ｆｉｂｅｒ?Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ?Ｐｏｌｙｍｅｒ，ＡＦＲＰ）等主要加固形式有纤维板、纤维布和纤??维筋等［１２］。其中ＣＦＲＰ布是应用最为广泛的加固材料之一，其具有质量轻、耐腐??蚀、耐疲劳、抗拉性能高和适应性强等特点

缝分形维数与ＣＦＲＰ增强混凝土梁抗弯性能之间的关系；对ＣＦＲＰ增强混凝土梁在??二次锈蚀条件下的抗弯性能进行试验分析与评价。??论文技术路线如图１．４所示。??材料层次?、、??７??＼??；???｜微观形貌｜｜元素含量｜｜裂缝特征??Ｉ?混凝土材料□！〇＞！??Ｉ??＇???１?开裂、损伤扩展与破坏模式?｜??混凝土?ｈ??！??Ｐ物理力学性能ｗ????＇???！?基于纳米压痕的力学性能分析??酸丨?界面过渡区□＝＞?Ｉ??雨｜??１?开裂、损伤扩展与破坏模式?丨??环Ｉ???！??下丨?钢筋锈蚀状态试验研究?Ｉ??〇???：??｜?ｄ＝＞｜钢筋锈蚀状态｜ｃ＝＾｜混凝土内部钢筋锈蚀监测??ｉｆ?＇?｜钢筋锈蚀状态监测方法研究??强????ｇ?！????盟！?｜?ＣＦＲＰ－混凝土界面粘结性能试验研宄??ｆ?ＣＦＲＰ－混凝土界面粘结性能基于纳米压痕的界面力学性能分析?ｊ??６、、、?｜?ＣＦＲＰ－混凝土界面剥离破坏过程分析｜／Ｚ??褐?、、??一」??＃????ｗ?，－构件层次?、??ｇ?Ｉ??＾?｜开裂荷载｜极限荷戟Ｄ??ｇ?ｄｚ）?ＣＦＲＰ增强混凝土梁抗弯性能??－?Ｉ??宄！??１?应变分布一阶频率?＾＾?！??！??Ｖ?｛＝＝＾?卜形理??｜?＇?二次锈蚀条件下?｜烧丨璧?延性?ｃ．，？ｊ??混凝土加固梁抗弯性能?开裂模式损伤扩展Ｊ??ｖ?Ｊ??、一????????????一?

根据我国辽宁地区酸雨成分报告，典型组成为硫酸型酸雨，常见ｐＨ值为??５．０－５．５＂６９］。主要阳离子有Ｃａ２＇?Ｍｇ２＼?Ｋ＋、Ｎａ＋和ＮＨ４＋等；主要阴离子有Ｓ０４２－、??Ｎ０３＿和（：１＿等［１９］。典型酸雨化学成分及比例关系如表２．３和图２．２所示。??表２．３我国典型酸雨离子浓度（单位：坤ｑ／Ｌ）??Ｔａｂ．?２．３?Ｉｏｎｉｃ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｅｐｉｃａｌ?ａｃｉｄ?ｒａｉｎ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ?（ｕｎｉｔ：?ｊｉｅｑ／Ｌ）??年份?Ｓ０４２－?Ｎ０３＇?ＮＨ４＋?Ｍｇ２＋?Ｃａ２＋?Ｓ０４２７Ｎ０，（ＮＨ４、Ｃａ２＋）／（Ｓ０４２－＋ＮＣＶ）??２０１５?３４３．５?４０．２?２４９．５?３８．７?１１２．４?８．５４?０．９０??１．４５％??１４．０９％?｜—￣??／＾＝ｉ?＼?關?ＮＨ，??＼?圓?ＮＯ，??＇ｆ．°６％?斷??Ｗ??３１．２８％??图２．２我国典型酸雨离子比例??Ｆｉｇ．?２．２?Ｉｏｎｓ?ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ?ｏｆ?ｔｙｐｉｃａｌ?ａｃｉｄ?ｒａｉｎ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??Ｓ０４２＿相对含量为Ｎ０３＿的８．５４倍，为主要腐蚀阴离子；ｃｒ相对含量较少因此忽??
【参考文献】

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本文编号：2838229