氯盐干湿环境下TRC与老混凝土的界面特性研究

采用双面剪切的加载方式研究了氯盐干湿循环对纤维编织网增强混凝土(Textile reinforced concrete,TRC)与普通硅酸盐混凝土界面性能的影响,并通过SEM(Scanning electron microscope)技术探究了氯盐干湿循环作用下界面的微观结构。研究发现:氯盐干湿循环下,TRC与老混凝土界面微观结构会损伤劣化;与连续氯盐浸泡相比,氯盐干湿循环对界面粘结性能的影响较大;相同干湿循环次数下,加固界面的粘结强度随着氯盐溶液浓度的增加而降低;相同氯盐溶液浓度下,加固界面的粘结强度随着循环次数的增加而降低。     

聚乙烯醇纤维增强水泥复合材料板的冲切性能

利用MTS试验机对聚乙烯醇纤维(PVA)/水泥复合材料板进行准静态冲切试验,研究了不同PVA纤维掺量对其破坏形态和承载力的影响。结果表明:掺入PVA纤维能够将水泥基板的破坏形态由脆性破坏转为延性破坏。PVA/水泥复合材料板的冲切极限荷载和耗能能力均随PVA纤维掺量增加而增大,其中耗能能力的增大更显著。进一步采用Instron 落锤冲击系统对PVA纤维体积分数为2vol%的PVA/水泥复合材料板进行动力冲切试验,研究冲切速度(2.0~4.2 m/s)对PVA/水泥复合材料板的破坏形态、初裂荷载、极限荷载、初始刚度及耗能性能的影响。结果表明:与准静态试验相比,冲切荷载作用下PVA/水泥复合材料板的极限荷载增大,而耗能减少;此外相对初裂荷载和耗能,极限荷载的冲切速度相关性最显著。基于上述结果,构建了纤维增强水泥复合材料四线型拉伸本构模型,并通过反算模型和塑性铰线方法对纤维增强水泥复合材料板的冲切力学性能进行模拟,并得到材料的本构参数。本研究可以为PVA/水泥复合材料的抗冲切设计提供技术支撑。      

干湿循环作用对混凝土抗氯离子渗透侵蚀性能的影响

为了加速模拟海洋潮差区环境对混凝土耐久性能的影响,掺入矿粉和纳米改性矿物掺合料,研究了氯盐干湿循环作用对混凝土抗氯离子侵蚀性能及微观结构的影响,并将干湿循环试验与常规浸泡试验进行了对比。结果发现,干湿循环作用粗化了混凝土试件表层孔结构,增大了孔径>50 nm的孔隙含量,显著提高了自由及总氯离子浓度;掺入纳米改性矿物掺合料能降低混凝土内部孔隙率,减少有害孔含量,提高混凝土内部氯离子结合能力;干湿循环60天后混凝土表层Ca（OH）₂逐渐被消耗,生成了Friedel盐和CaCO₃。      

恶劣环境下纤维增强聚合物片材拉伸性能

通过拉伸试验,研究了恶劣环境作用后纤维增强聚合物(FRP)片材的拉伸性能。试验参数包括恶劣环境类别和作用方式、FRP片材种类和层数。试验结果表明,常温环境下、冻融和干湿循环作用后,碳纤维增强聚合物(CFRP)片材和玻璃纤维增强聚合物(GFRP)片材的拉伸应力-应变关系近似为直线;常温环境下,CFRP片材和GFRP片材的拉伸强度和延伸率几乎不受片材层数的影响;冻融循环对GFRP片材的影响大于CFRP片材,冻融循环75次时,CFRP片材和GFRP片材的拉伸强度分别是未冻融的0.978倍和0.898倍,并且随着循环次数的增加,CFRP片材和GFRP片材拉伸强度逐渐下降;干湿循环作用对GFRP片材拉伸性能没有明显的影响。基于对有关文献及本文试验结果的分析,提出了恶劣环境下FRP片材拉伸强度的计算方法。     

复掺天然植物油与青麻纤维对古建筑修复灰浆抗盐冻性能的影响

以石灰、熟桐油和青麻纤维为主要原材料，设计并制备一种适用于古建筑修复的性能增强灰浆材料。采用宏观试验与微观试验相结合的方法探究了熟桐油和青麻纤维复掺情况下石灰灰浆强度、吸水率和耐水耐盐性等各项物理力学性能增强机理及在氯盐侵蚀-冻融循环环境下的耐久性能变化规律。结果表明:桐油的掺入可有效抵御水分与氯盐对灰浆浆体的侵蚀，并调控灰浆中碳酸钙的结晶类型，使其向性能更好的球霰石和文石转变，形成更为致密的微观结构。青麻纤维可以在灰浆中起到较好的加筋与桥联阻裂作用，提升灰浆抗压强度与抗折强度，同时抑制冻融环境下灰浆裂缝的扩展，提升灰浆抗冻性。其中掺加5%桐油与1.5%麻纤维的LO₅H组灰浆性能最优，其90 d抗压强度与抗折强度较石灰灰浆分别提高了45.3%与182%，在水/氯盐环境下的耐冻融循环次数较石灰灰浆均提升了约五倍，提升效果较为明显。     

侵蚀环境下FRP条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压试验

通过侵蚀环境下碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料条带和玻璃纤维增强聚合物(GFRP)复合材料条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱试验,分析了侵蚀环境对混凝土强度、纤维增强聚合物基复合材料加固锈蚀柱的极限荷载和荷载-轴向位移曲线的影响。结果表明,混凝土强度受冻融环境影响较大,受干湿环境影响较小;纤维增强聚合物(FRP)复合材料加固锈蚀柱的轴向极限荷载与冻融循环次数、钢筋锈蚀率及FRP复合材料种类有关,随冻融循环次数分别增加到25次、50次、75次,GFRP复合材料条带和CFRP复合材料条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱的轴向极限荷载分别降低了10.97%、13.37%、16.04%和5.95%、4.66%、4.33%;FRP复合材料加固锈蚀柱的刚度和耗能受侵蚀环境种类、侵蚀环境作用次数、锈蚀率及FRP复合材料种类的影响。在试验研究的基础上,通过理论分析侵蚀环境下混凝土强度损伤系数和锈蚀钢筋强度退化方程,提出了侵蚀环境下FRP复合材料条带加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压承载力计算方法。      

玄武岩纤维混凝土在冻融环境下的力学性能研究

为了研究玄武岩纤维混凝土在西北寒冷地区盐冻作用下,性能是否满足工程要求,对此,该文对玄武岩纤维混凝土在冻融循环作用下的力学性能进行研究,研究结果表明以下3点：1）在75次冻融循环前,素混凝土和纤维掺入量分别为0.04%、0.08%和0.12%玄武岩纤维混凝土的质量损失率均增长缓慢,在75次冻融循环后,其质量损失率快速增大。2）在50次冻融循环前,素混凝土和不同掺量玄武岩纤维混凝土的相对动弹性模量变化较小,在50次冻融循环后,其相对动弹性模量快速变小。3）在相同冻融次数条件下,素混凝土质量损失率最大,而相对动弹性模量最小,纤维掺入量为0.12%玄武岩纤维混凝土质量损失率最小,而相对动弹性模量最大。以上研究可供类似混凝土工程参考。     

复合盐浸下多元外掺剂-混凝土抗干湿-冻融循环性能

通过对粉煤灰、硅灰、矿渣、膨胀剂、引气减水剂（Air-Entrained Water Reduce Agent,AEWRA）和水泥基自愈合防水材料（Cementitious Capillary Crystalline Waterproofing Material,CCCWM）等多元外掺剂进行组合搭配掺入混凝土中,设计了5组混凝土配比。分析了复合盐（氯盐、硫酸盐和碳酸盐）浸-干湿-冻融循环等多种因素共同作用下多元外掺剂-混凝土的腐蚀破坏现象、质量损失率、相对动弹性模量衰减规律和抗侵蚀系数变化规律。采用SEM、EDS和XRD,研究了多元外掺剂-混凝土腐蚀的微观结构变化规律。研究结果表明,双掺粉煤灰和硅灰混凝土提高混凝土的抗侵蚀性能作用有限;在双掺粉煤灰和硅灰基础上加入适量的膨胀剂能够较大幅度提高混凝土的抗侵蚀性能,经11次复合盐浸-干湿-冻融循环后,其相对动弹性模量仍然在80%以上,抗侵蚀系数在0.9以上;CCCWM作为一种外掺剂加入混凝土会降低混凝土的耐侵蚀性,经4次复合盐浸-干湿-冻融循环后,相对动弹性模量就降到了60%以下,抗侵蚀系数从1.0降到了0.3。微观机制研究也表明,在复合盐浸-干湿-冻融循环作用下,腐蚀产物钙矾石和方解石共同作用会加速混凝土的腐蚀破坏。     

弯曲荷载与氯盐侵蚀共同作用下的预应力混凝土梁耐久性能研究

当前在进行海工混凝土结构受氯盐侵蚀的耐久性研究时往往忽略了混凝土力学损伤的影响,这可能会导致高估结构的耐久性能。该文提出了在数值分析中引入损伤因子实现综合考虑结构损伤影响及氯盐侵蚀共同作用的分析方法,通过干湿循环的氯盐侵蚀试验与数值模拟分析,研究遭受氯盐腐蚀且受到长期荷载作用的预应力混凝土梁的耐久性能。结果表明,数值分析结果和试验结果吻合良好。参数分析结果表明:0.2mm宏观裂缝的出现对氯离子浓度有着较为显著的影响,未出现宏观裂缝时,拉应力对氯离子输运的影响较为有限;荷载比的大小影响结构的损伤范围和程度,进而影响氯离子在混凝土内的传输;梁构件施加预应力后,在15%和30%两种低荷载比状态下延缓其力学损伤（裂缝）的开展,减小荷载作用对氯离子扩散系数的增大效应,有效提高构件的抗氯盐侵蚀性能,当荷载比增加到45%以上,普通钢筋混凝土梁相对于预应力梁的氯离子浓度增比降至10%以内,这表明较高应力比下预应力对梁抗氯盐侵蚀能力的影响减弱。     

纤维编织网增强混凝土的拉伸力学模型

通过单束纤维与纤维编织网增强混凝土(TRC)薄板的单轴拉伸试验, 研究了环氧树脂浸渍后纤维束的应力-应变关系。试验结果发现, 即使经环氧树脂浸渍, 也不能完全发挥碳纤维束的抗拉强度; 单轴拉伸碳纤维束获得的应力-应变曲线几乎是完全线性的, 在达到其极限强度80%左右出现一定的非线性特征。假定细粒混凝土开裂后只有纤维编织网承担荷载, 从而由TRC薄板试件单轴拉伸的荷载-变形关系获得的碳纤维束的应力-应变关系可合理简化为双线性的形式, 并针对本文中研究的纤维编织网给出了其相应控制参数点的取值。基于受弯构件计算理论, 采用本文纤维束拉伸模型得到的两种系列受弯构件的计算值与试验值吻合较好。     

玄武岩纤维网格布增强混凝土板双向弯曲性能试验

为研究玄武岩纤维网格布增强混凝土(BFT/PC)板的双向弯曲性能，首先进行了耐碱试验，通过碱液处理前后纤维的微观形貌及网格布断裂强力保持率评价了玄武岩纤维网格布的耐碱性能。在此基础上进行了双向板弯曲试验，研究了网格布层数、混凝土保护层厚度和结构型聚丙烯(PP)纤维对BFT/PC板受弯性能的影响。结果表明:玄武岩纤维网格布在NaOH溶液处理28 d后的经向、纬向断裂强力保持率分别为63%和73%，仅次于耐碱玻璃纤维网格布，具有较好的耐碱耐久性能。较小的混凝土保护层厚度可提高BFT/PC板在正常使用极限状态挠度下的残余承载力。增加网格布层数和PP纤维掺量可改善BFT/PC板的内力和应力重分布，提高正常使用极限状态挠度下的残余承载力、极限承载力和弯曲韧性，在BFT/PC板中掺入8 kg/m3 PP纤维，残余承载力、极限承载力和能量吸收值分别提高了1.40倍、0.36倍和5.10倍。本试验将PP纤维和玄武岩纤维网格布作为增强材料应用于混凝土构件的尝试为海工及近海侵蚀环境的基础设施建设提供了新思路。      

干湿循环作用下水泥基复合材料抗氯离子侵蚀性能及其微观结构变化

为了进一步揭示干湿循环条件下氯离子对水泥基复合材料的侵蚀机制,分别研究了两种水灰比水泥混凝土、砂浆及净浆三种层次试件在干湿循环条件下的抗氯离子侵蚀性能。结果发现,干湿循环作用能促进氯离子入侵速度,增加氯离子入侵深度和浓度,并且水胶比越大,干湿循环作用影响效果越明显;掺入矿粉能增加水泥基复合材料抗氯离子入侵性能,并且降低干湿循环作用的影响效果。净浆样品侵蚀前后的微观结构变化表明,干湿循环作用下,经氯盐侵蚀后水泥基复合材料净浆试件表层明显有Friedel盐生成,而矿粉的加入明显增加了样品中Friedel盐的生成量。     

钢纤维对玄武岩纤维编织网增强混凝土板双向弯曲性能的影响

为了研究钢纤维对玄武岩纤维网格布增强混凝土方板双向受弯性能的影响,借鉴欧洲EFNARC标准,利用四边简支方板试验,分别对素混凝土方板、玄武岩纤维网格布增强混凝土方板、钢纤维增强混凝土方板及钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂增强混凝土方板的弯曲性能进行研究,同时与传统钢筋网混凝土方板的弯曲性能进行对比,分析了网格布对混凝土方板的双向增强效果,探讨了钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用代替传统钢筋网的可行性。结果表明:玄武岩纤维网格布可以改善方板的内力重分布,显著提高其承载力,但是破坏时脆性特征明显;钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用表现出显著的正混杂效应,方板的韧性明显提高;在正常使用极限状态下,30 kg/m3的钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂方板的弯曲性能高于传统钢筋网混凝土方板,说明钢纤维与玄武岩纤维编织网混杂使用可以代替传统钢筋网。      

Effect of corrosion-inhibitor-added deicing salts and salt substitutes on reinforcing steels: II. Influence of temperature and oxygen content

The effect of corrosion-inhibitor-added deicing salts and salt substitutes on reinforcing steels (rebars) was investigated at various temperatures and oxygen contents using galvanic cells and optical microscopy. Temperatures and oxygen contents were varied by applying stirring, oxygen-bubbling, high temperature, freeze-thaw cycle, and dry-wet cycle conditions to simulated concrete solutions mixed with 6% corrosion-inhibitor-added deicing salts, salt substitutes, and plain sodium chloride. Corrosion of reinforcing steel varied with oxygen contents and temperatures of the corrosion-inhibitor-added deicing salt and salt substitute solutions. The reinforcing steels under the freeze-thaw cycle condition showed the least corrosion, whereas those under the dry-wet cycle condition showed the most severe corrosion. The effectiveness of corrosion-inhibitor-added deicing salts and salt substitutes was found to vary with temperatures and dissolved oxygen contents.     

饱和钢纤维再生混凝土氯离子扩散特性研究

利用废弃骨料制作再生混凝土是建筑固废弃物的再生资源利用途径之一,其在氯盐侵蚀环境条件下的耐久性规律与普通混凝土不同。本文以模拟海洋侵蚀环境,通过改变水灰比及NaCl溶液浓度,分析各因素对钢纤维再生混凝土氯离子扩散行为的影响规律。结果表明:浸泡液浓度越大,进入混凝土内部的氯离子越多,随着深度的增加氯离子含量逐渐减少;较低的水灰比与适量钢纤维的掺入均可以有效降低氯离子扩散系数,提升钢纤维再生混凝土的抗氯盐侵蚀能力;氯离子扩散系数随着NaCl溶液浓度的增加而增大。     

高轴压比配筋PVA纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土柱在高轴压比下的抗震性能,采用聚乙烯醇（PVA）纤维增强混凝土代替普通混凝土是可选择的措施之一。设计6个剪跨比为4的钢筋混凝土柱试件,其中4个试件采用PVA纤维增强混凝土,另外2个对比试件采用普通混凝土,进行拟静力试验以研究高轴压比下的抗震性能。通过改变轴压比和纤维掺量,在水平循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明:高轴压比下,PVA纤维增强钢筋混凝土柱破坏时,裂缝开展缓慢,纤维的桥接作用有效地抑制了裂缝的开展;纤维增强混凝土柱主要表现为延性破坏模式,极限位移角约为普通混凝土柱的1.47倍~1.53倍,表明其具有良好的塑性变形能力和损伤容限;PVA纤维增强钢筋混凝土柱的耗能比约为普通混凝土柱的1.82倍~1.95倍,表明其耗能能力显著提高,抗震性能优越。     

短切纤维及预应力对玄武岩织物增强水泥基复合材料拉伸力学性能的影响

通过静态拉伸试验研究不同体积掺量的短切碳纤维、钢纤维、耐碱玻璃纤维及预应力对5层玄武岩织物增强水泥基复合材料(BTRC)拉伸性能的影响。试验结果表明:短切碳纤维、玻璃纤维可以提高基体和BTRC的开裂强度,且开裂强度随着碳纤维掺量的增加而增加;预应力使基体产生预压力,明显提高其开裂强度。短切纤维及预应力都显著提高BTRC的峰值荷载和韧性,但峰值应变基本不变;峰值荷载和韧性随着钢纤维掺量的增加而增加,体积分数为1.5vol%掺量时达到最大值;随着碳纤维掺量增加,峰值荷载和韧性先增加后减小,体积分数为1.0vol%掺量时最大。施加预应力且掺入短切碳纤维或钢纤维时,短切纤维增强的基体可以更好地承受张拉力释放后纤维束径向变形引起的环向应力,进一步提高了织物与基体界面的挤压作用力及摩擦力,从而增强效果最明显,峰值荷载分别增加50.4%和58.9%,韧性分别增加84.7%和79.5%。BTRC材料掺入短切玻璃纤维、钢纤维及施加预应力均可以增加其受力后的裂缝条数,减小裂缝间距和裂缝宽度。     

应力-化学介质-冻融循环协同作用下水泥基材料失效机理及寿命预测的研究

针对水泥基材料在应力-化学介质-冻融循环协同作用下的耐久性进行了研究,并开发了多种材料失效试验方法和装置。砂浆试件应力-化学腐蚀协同作用试验装置的特点是加载稳定,克服了应力松弛;协同作用耐久性试验装置可以用于监测协同作用下钢筋混凝土试件性能的衰减过程。研究发现:矿物掺合料改善抗渗性的能力依次是矿渣粉、活化煤矸石粉、粉煤灰;随应力比加大和冻融循环次数增加,水泥基材料中钢筋锈蚀加速、化学介质的渗透速度和深度增大,协同作用加速了水泥基材料的失效;可以用一元二次函数来近似预测氯盐-冻融循环-弯曲荷载协同耦合作用下的寿命。