粉煤灰混凝土外贴CFRP受硫酸盐侵蚀界面粘结性能耐久性研究

发布时间：2020-10-17 12:44

　　 近年来,外粘纤维增强复合材料(FRP)以裁剪便捷、质量轻、强度高、耐久性好、抗腐蚀、不受磁性介质影响、抗疲劳性能良好等在加固修复混凝土结构过程中被广泛应用。通过试验研究和结合工程实际,经碳纤维增强复合片材加固的梁、板构件主要破坏模式为CFRP和混凝土二者之间界面剥离,因此,确保CFRP加固质量的关键因素是使二者之间具有良好的粘结性能。对于大多数加固结构,其工作环境往往是在室外,更有甚者处于强紫外线、高温、强酸、强碱、严寒、海水浸泡等极度恶劣的环境中。若钢筋混凝土结构或构件长期暴露在一种或多种环境耦合作用环境下,结构的耐久性方面的性能将有显著的下降,使结构的承载能力降低,影响结构的可靠性指标。西北部地区存在大量的内陆湖、盐碱地,湖水中或土中含有以硫酸根为阴离子的盐类,硫酸根离子尤其以硫酸镁为典型的盐类,与混凝土中的水泥石相互反应,生成具有膨胀性的物质。另外,该地区海拔和纬度都较高,气候条件冬季寒冷干燥、夏季高温干旱,常年风速大,地下水位随季节变化明显,昼夜温差大,CFRP-混凝土界面常受到多种环境耦合作用,其侵蚀破坏更加严重。目前,对CFRP-混凝土界面耐久性方面国内外学者已经进行大量实验研究,研究内容主要包括冻融循环、湿度、干湿循环、温度、酸碱盐溶液、水环境、紫外线和碳化等单一环境作用下耐久性,主要集中在我国东南部沿海地区及海水氯盐对界面耐久性的影响,并且研究用混凝土未做抗侵蚀处理,而对西部寒旱地区硫酸盐侵蚀作用下的耐久性影响研究较少。以此为依据结合西部地区特色,在实验室已有设备的基础上,设计高浓度硫酸盐溶液和干湿循环耦合作用,研究碳纤维片材、胶层、混凝土三者界面粘结性能耐久性,具体研究方面如下:(1)将制作好的CFRP片材使用万能试验机通过纵向拉伸破坏,研究经2 4Na SO溶液浸泡不同天数、2 4Na SO溶液干湿循环不同次数后CFRP片材的E(弹性模量)、σ_(max)(抗拉强度)、伸长率等性能指标的变化规律。(2)通过对CFRP-混凝土试件的双剪试验,研究了不同粉煤灰掺量下界面经硫酸钠溶液干湿循环侵蚀作用后的破坏类型和破坏过程,分析了不同侵蚀天数作用下,不同粉煤灰掺量混凝土试件强度变化规律,以及硫酸钠溶液干湿循环作用下界面双剪极限承载力、应变分布、粘结滑移本构关系、应力、局部粘结滑移、有效粘结长度等方面的变化规律。(3)对不同粉煤灰掺量和不同干湿循环后的试件实测值进行回归分析,对三个重要参数进行计算,对比分析了粉煤灰掺量和干湿循环作用对界面延性、应力峰值、临界滑移量的影响。利用假设循环次数与三个参数间的多项式关系拟合了三个参数随干湿循环次数的函数关系式,将三个参数的函数关系式代入Popovics模型,得出适合本试验条件下的粘结-滑移关系模型。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

图 2.1 CFRP 片材纵向拉伸试件尺寸图CFRP 片材试件制作流程：（1）将桌子表面收拾干净，在桌面上铺一层硫酸纸（浸渍胶不与硫酸纸粘接）用尺子量测碳纤维布纵向长度 25cm（多余 2cm 用作刷胶加持固定），用剪刀沿横向剪，依据事先计算好的每个试件需要股数确定一片制作试件的个数，最后确定需要裁的 CFRP 片数。（2）将裁剪好的整块 CFRP 片材使用夹子将其固定拉平，全部固定后，将环氧脂 A、B 胶按照质量比 2:1 进行混合并搅拌均匀，为防止中途凝固一次不宜拌合太多用毛刷将混合好的胶顺着碳纤维布纵向均匀刷涂，一面刷涂完后，中途停顿 1-2h，待不再具有流动性翻转过来进行另一面的刷涂，以碳纤维布缝中含饱和胶为标准使纤维经胶充分浸入。两面均刷涂完毕后在室温环境下固化 12h 以上，直到浸渍胶不粘手且有一定抗弯强度。（3）先将制作好的整块片材从一端裁剪掉 1cm 左右，从此端开始量测 23cm，将余部分裁剪掉。然后用刀片沿长度方向即顺丝方向划开，每一个试件采用六股，游标

图 2.2 CFRP 片材固化后试件方法试验工况分为以下三种：作为对比环境。浸泡：将质量分数为 10%的硫酸钠溶液充P 片材试件，注意温度变化防止因温度过低60d、90d。干湿循环：将质量分数为 10%的硫酸钠溶制的干湿循环箱，将 CFRP 片材放入，注风干过程中蒸发的水分导致硫酸钠溶液浓取出试件。刚度使用金三秒在破坏区域粘贴电阻应变产的 DH3816 静态应变测试与分析系统实控制电子万能试验机（如图 2.4 所示）提

1）室温环境：作为对比环境。2）硫酸钠溶液浸泡：将质量分数为 10%的硫酸钠溶液充分搅拌，待硫酸水中，放入 CFRP 片材试件，注意温度变化防止因温度过低出现盐结晶降数分别为 30d、60d、90d。3）硫酸钠溶液干湿循环：将质量分数为 10%的硫酸钠溶液充分搅拌，待解于水后加入自制的干湿循环箱，将 CFRP 片材放入，注意每天浸泡时的及时加水补上因风干过程中蒸发的水分导致硫酸钠溶液浓度上升，干湿循个阶段，到期即取出试件。量不同阶段试件刚度使用金三秒在破坏区域粘贴电阻应变片，应变值采用股份有限公司生产的 DH3816 静态应变测试与分析系统实时采集（如图学院实验室微机控制电子万能试验机（如图 2.4 所示）提供。在正式拉伸件加载至承载力的 5%，停止加载并检查夹具和各系统是否正常。加载速钟夹具相对位移为 1mm，试件破坏前加载不间断。破坏后对破坏形式、据截面规格计算力学参数。图 2.5 为试验拉伸过程测试系统，图 2.6 为夹
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本文编号：2844796