蒸养混凝土中GFRP筋微观结构与抗拉性能分析

为了研究服役前蒸养养护过程对混凝土中玻璃纤维材料(glassfiber reinforced plastic,GFRP)筋抗拉强度的劣化程度,减小不同养护制度下混凝土中GFRP筋抗拉性能设计的误差,本文从微观与宏观角度分析标准养护制度(20℃)、蒸养养护制度(40℃、60℃、80℃)对混凝土中GFRP筋微观结构及抗拉性能的影响。并为减小混凝土中GFRP筋抗拉性能测试的难度及对GFRP筋裸筋耐久性研究成果的拓展,同时针对裸筋与混凝土包裹两种试验方法中的GFRP筋微观及抗拉性能进行研究。研究结果表明:不同养护制度对混凝土中GFRP筋的微观结构与抗拉强度的劣化程度随养护温度的提高而不断增大;不同养护制度对混凝土中GFRP筋抗拉强度的劣化影响与裸筋有所不同;并且不论是养护制度的影响还是试验方法的影响,都随直径的增大而有所降低。基于GFRP筋抗拉试验数据建立了与养护温度、直径同时相关的不同试验方法差异性方程,实现通过裸筋养护试验预测不同养护制度下混凝土中GFRP筋抗拉强度的衰减率。     

不同侵蚀环境下GFRP筋抗拉性能退化试验

为研究GFRP（glass fiber reinforced polymer）筋在不同侵蚀环境下的抗拉性能,对侵蚀前后GFRP筋进行了拉伸试验,重点分析了侵蚀环境类别和暴露时间对GFRP筋抗拉性能的影响.采用了两种侵蚀方式:一是直接将GFRP筋浸泡在碱、盐和清水溶液中,浸泡周期为180 d;二是将GFRP筋埋置于混凝土梁内,加载后将梁置于大气和氯盐干湿环境中,周期为366 d.借助扫描电子显微镜SEM（scanning electron microscopy）对埋置于混凝土梁内GFRP筋的微观结构变化及其损伤机制进行了分析.试验及分析结果表明:GFRP筋的抗拉性能随溶液直接浸泡时间的增加出现不同程度的降低,浸泡180 d后,GFRP筋的抗拉强度在碱、盐和清水溶液中分别退化30.0%、21.3%和11.3%;对于混凝土梁内GFRP筋,366 d后其抗拉强度下降约为10%;结合试验结果和SEM微观结构分析,可认为导致GFRP筋抗拉性能退化的主要原因是纤维与树脂基体黏结性能降低.最后,基于Arrhenius模型对GFRP筋在两种侵蚀方式下的抗拉性能退化进行了拟合分析,并对其在碱、盐直接浸泡和混凝土梁内环境下的长期性能进行了预测.     

混凝土环境中GFRP筋抗拉性能加速老化试验研究

采用加速老化试验方法对混凝土碱性环境中GFRP筋抗拉性能进行了研究.将112根GFRP筋混凝土试件分为6组,试验参数包括持续荷载、温度和侵蚀时间.试验结果表明,混凝土环境中GFRP筋抗拉强度在早期退化较快,试件在40℃、60℃环境中浸泡30 d后GFRP筋抗拉强度分别下降了5.4%和13.7%;温度的升高加速了混凝土环境中GFRP筋抗拉强度的退化速率;持续荷载水平对GFRP筋抗拉强度退化有较大影响,且随着温度的升高,持续荷载所造成退化的效果愈加显著;最后,基于Arrhenius方程建立了实际混凝土环境下GFRP筋长期抗拉强度预测模型,并对北京、武汉和广州等地区实际混凝土环境中GFRP筋抗拉强度保留率进行了预测.     

碱和海水环境下GFRP筋的抗拉性能加速老化试验研究

基于ACI 440.3R—04及ASTM D665—06规定的试验方法,分别开展了碱环境及海水环境下共70根玻璃纤维塑料(GFRP)筋抗拉性能的加速老化试验.结果表明:侵蚀183 d和365 d后,碱环境下GFRP筋的抗拉强度分别下降了48.81%和55.00%;而海水环境下其抗拉强度则分别下降了24.99%和30.55%;侵蚀环境及侵蚀时间对GFRP筋弹性模量影响不明显.结合加速老化试验结果及电子扫描电镜对腐蚀前后GFRP筋微观形貌的观测结果,对2种环境下GFRP筋的劣化机理进行了对比分析.结果表明,2种环境下GFRP筋劣化机理类似,劣化程度不同.其主要原因是OH-离子来源不同,浓度存在差异:碱环境中OH-离子是原有溶液中的,而海水环境中的OH-离子须通过树脂水解反应产生.     

GFRP/钢绞线复合筋黏结性能的试验研究

目的 研究肋间距、筋直径、埋置长度、混凝土强度、混凝土保护层厚度和浇注深度等因素,对GFRP/钢绞线复合筋与混凝土黏结性能的影响.方法 利用拉拔试验,对180个GFRP/钢绞线复合筋混凝土试件进行试验,测定每个试件的黏结强度和加载端滑移,根据试验结果研究不同因素对黏结性能的影响.结果 肋间距为筋直径的1倍时,GFRP/钢绞线复合筋的黏结性能最佳;GFRP/钢绞线复合筋的黏结强度,随筋直径和埋置长度的增大而减小,随混凝土强度等级和保护层厚度的增加而增大;GFRP/钢绞线复合筋的"顶部筋"效应明显,黏结强度随浇注深度的增大而增大.结论 肋间距、筋直径、埋置长度、混凝土强度、混凝土保护层厚度和浇注深度等均显著影响GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的黏结性能;试验结果可为确定GFRP/钢绞线复合筋的锚固长度、构建GFRP/钢绞线复合筋的黏结-滑移模型以及制定相关规范提供理论依据.     

玻璃纤维增强塑料（GFRP）锚杆粘结性能的影响因素分析

通过对国内外大量拉拔试验和梁式试验得到GFRP筋与混凝上粘结性能试验结果的调查分析,探讨了GFRP筋的表面形状与表面处理方法,GFRP直径、GFRP埋入长度、混凝土强度等级与使用环境等因素对GFRP筋粘结强度的影响,指出了FRP筋的粘结滑移关系模型与粘结长度计算公式的特点与应用条件.分析表明：①粘结强度随着肋间距的增大先增加后下降,随着肋高度的增大也是先增加后下降,随着肋宽度的增加而增大;GFRP筋的粘结强度随着埋入长度的增加而降低,随着混凝土强度的提高而增加;GFRP筋在使用环境中性能的劣化使得其与混凝土粘结强度降低.②试验方法与试件没有统一标准,GFRP锚杆粘结性能研究缺少大量实验数据的支撑.     

二次高温养护对高强混凝土抗Cl^-渗透性的影响

利用氯离子快速渗透法（RCM）研究了普通蒸汽养护后（80℃,0.1 MPa）再进行压蒸（180℃,1 MPa）养护,即二次高温养护,对不同胶凝材料体系的高强混凝土抗Cl-渗透性的影响。结果表明：对于纯水泥混凝土,与标养相比,＂蒸养-压蒸＂养护使混凝土抗Cl-渗透性能劣化。掺入粉煤灰、矿粉以及硅灰以等比例取代水泥时,＂蒸养-压蒸＂都较为充分地激发了上述混合材的火山灰活性,但不同掺合料对＂蒸养-压蒸＂后高强混凝土抗Cl-渗透性能影响差别较大。XRD和SEM研究表明上述结果的产生与高温下水化产物的种类和分布有关。     

GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面抗裂度计算方法

为研究GFRP筋活性粉末混凝土梁抗裂性能,进行8根GFRP筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验,获得这类梁的开裂荷载试验值.参照普通钢筋混凝土梁正截面抗裂度计算方法,结合活性粉末混凝土受拉应力-应变关系,建立GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面抗裂度计算模型,得到与配筋率成线性关系的截面抵抗矩塑性影响系数的计算公式.将按此公式计算得到的开裂荷载计算值与试验值进行对比,结果表明两者吻合良好.由此得到GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面抗裂度计算方法.     

GFRP 筋混凝土短柱偏压性能试验研究

进行了3组玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋混凝土短柱偏心受压破坏试验,对GFRP筋混凝土偏心受压柱的破坏形态、侧向挠度、内部筋体应变与混凝土表面的应变等试验结果进行了分析。结果表明：GFRP筋混凝土柱的破坏形式为受压破坏,随着初始偏心距的减小,GFRP筋混凝土柱的承载力有增大趋势;GFRP筋作为受压筋与混凝土的协同作用良好,且试件加载时的初始偏心距越小,混凝土与GFRP筋的协同作用越好;GFRP筋有较好的抗压性能,作为受力筋应用到混凝土受压构件中有很大的优越性。     

FRP带肋筋粘结性能试验研究

为了研究FRP筋与混凝土间的粘结力构成、粘结的工作原理以及粘结强度的影响因素,针对30种不同肋参数的GFRP带肋筋,进行GFRP带肋筋粘结性能的拉拔实验,通过FRP筋与混凝土构件粘结滑移机理、粘结滑移本构模型,系统地研究GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能.研究结果表明:在FRP带肋筋混凝土构件的拉拔试验中会出现筋的剪切滞后现象,FRP带肋筋的粘结强度随筋直径的增大而减小.同时在凸肋和混凝土之间发生楔块效应,FRP带肋筋与混凝土之间的粘结强度主要影响因素为FRP带肋筋表面凸肋与混凝土的胶着力、咬合力.对以后FRP带肋筋的生产及实际应用提供参考依据.     

免压蒸预应力离心桩用C80高强混凝土抗氯离子渗透性能研究

为探索蒸汽养护对采用水泥-硅灰-矿渣粉复合胶凝材料的C80高强混凝土渗透性的影响规律,研究了不同养护条件下(蒸汽养护和标准养护)C80高强混凝土抗氯离子渗透性能(6h电通量和氯离子迁移系数),并分析了不同蒸汽养护恒温静停时间对复合胶凝材料水化程度的影响。结果表明,蒸汽养护能有效提高预应力离心桩用C80高强混凝土早期强度;标准养护下的预应力离心桩用C80高强混凝土抗氯离子渗透性能要优于蒸汽养护,且矿物掺合料的合理复掺可明显改善其氯离子抗渗透性能;电通量和扩散系数之间均存在一定的线性相关性,标养和80℃蒸养4h的要优于80℃蒸养3h和5h,80℃蒸养5h的最差。     

高温下GFRP筋和混凝土粘结性能的实验研究

为了研究高温下GFRP筋和混凝土的粘结性能,采用直径8 mm的GFRP筋和100 mm×100 mm×100 mm立方体混凝土试块组成的粘结试件,在20～190℃温度范围内选定5种工况,进行了一系列GFRP筋和混凝土之间的粘结性能实验.为了获得2种材料的力学性能,实验中测量了GFRP筋在高温下的抗拉强度以及混凝土的抗压强度.实验分别测量了不同温度条件下GFRP筋和混凝土之间的粘结强度、残余粘结应力以及不同时刻粘结实验段两端(包括自由端和加载端)的滑移量值.基于实验结果确定出了粘结滑移方程的参数,为理论分析两种材料的粘结滑移本构关系提供了有效的帮助.     

基于三参数Weibull分布的GFRP筋材抗拉强度确定方法

进行了一百多根包括5种不同直径8 mm、10 mm、12 mm、16 mm、20 mm的GFRP筋的拉伸试验,测得了GFRP筋的极限抗拉强度和弹性模量等参数并做了回归分析。以试验结果数据为基础,提出了三参数Weibull概率分布模型,完成了模型参数拟合,将试验结果数据、Weibull分布模型和正态分布模型进行了比较,表明GFRP筋抗拉强度分布特性用Weibull分布描述比用正态分布描述会更为精确。最后,讨论了GFRP筋抗拉强度与有效体积之间的关系,得出不同直径GFRP筋抗拉强度标准值计算公式,为GFRP筋抗拉强度标准值的选取提供理论依据。     

GFRP筋混凝土梁受弯性能试验

为改善GFRP(glass-fiber reinforced polymer)筋混凝土梁裂缝宽度较大的缺陷,提出一种将GFRP筋穿入金属波纹管并灌注水泥基高强灌浆料的新型构造措施,内部高强水泥基灌浆料与GFRP筋的黏结性能较好,共同参与受拉,外部金属波纹管可约束内部黏结裂缝的扩展,并增强与混凝土之间的黏结作用,进而减小GFRP筋混凝土梁的裂缝宽度.为验证其可行性,对配置钢筋、拉挤GFRP筋以及新型构造措施GFRP筋的6根简支梁开展了单调加载受弯试验,考察了GFRP筋混凝土梁在正常使用极限状态下的裂缝分布、平均裂缝间距以及平均裂缝宽度的发展规律.试验结果表明:与普通拉挤GFRP筋相比,新型构造措施可减小梁在使用阶段的裂缝宽度,延缓顺筋裂缝的出现;新型构造措施GFRP筋混凝土梁可满足各国规范0.5 mm最大裂缝宽度的限值规定,普通GFRP筋混凝土梁则不能满足要求;当GFRP筋配筋率接近或大于界限配筋率时,梁表现为首先混凝土受压破坏、最后FRP纵筋受拉断裂的失效模式,其受弯承载力高于钢筋混凝土梁,破坏前有较大的变形能力,平均挠跨比约为1/56.     

GFRP筋纤维混凝土圆柱轴压性能研究

为研究配筋种类、纵筋配筋率、箍筋间距和箍筋直径对纤维混凝土柱轴压性能的影响,对7个玻璃纤维增强聚合物、筋聚乙烯醇纤维混凝土柱、1个钢筋PVA纤维混凝土柱和1个未配筋PVA纤维混凝土柱进行轴压试验。通过研究试件的破坏过程和破坏形态,建立了轴压承载力、峰值强度、峰值应变计算公式,得到适合GFRP筋约束纤维混凝土的轴压应力-应变本构模型。研究结果表明:GFRP筋纤维混凝土柱和钢筋纤维混凝土柱破坏过程和破坏形态相似;提高GFRP纵筋配筋率能显著提高试件轴压承载力;减小箍筋间距或保持配箍率不变时减小箍筋直径能显著提高试件延性,但对约束效率的提高作用较小。     

GFRP筋加强混凝土的粘结性能研究

采用拔出试验研究分析了玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋和呋喃混凝土、普通水泥混凝土之间的粘结性能，比较了对GFRP筋表面进行不同方法处理后的拔出强度，并对GFRP筋加强呋喃混凝土梁进行了弯曲试验分析，结果表明当对GFRP筋表面进行缠绕纤维等处理后它与混凝土之间的粘结强度将得到较大提高，相对于普通混凝土来说GFRP筋与呋喃树脂混凝土之间具有更好的粘结性能，并且在粱中使用GFRP筋代替普通钢筋可以使梁承受更高的破坏荷栽和更好的防腐性能。     

GFRP筋砂浆试件拉拔试验及仿真分析

对26个不同埋深、不同直径和不同砂浆强度的GFRP筋与砂浆拉拔试件进行了拉拔承载力以及粘结强度的研究。结果表明,拉拔承载力随着埋深的增加而增大,随着砂浆强度的增大而增大,但随着直径大小的变化不明显;粘结强度随着拉拔试件的埋深的增大而减小,随着直径的增大而减小,随着砂浆强度的增加而增大。利用ANSYS程序对GFRP筋与砂浆拉拔试件进行了仿真分析,结果表明,模拟结果与试验结果较为接近,即利用ANSYS软件能够较为准确用来验证试验结果。     

GFRP抗浮锚杆在基础底板中的锚固性能现场试验研究

通过现场拉拔破坏性试验,测得不同直径的GFRP抗浮锚杆在基础底板内的极限承载力和滑移量,并与实际工程中不同形式的钢筋抗浮锚杆作比较,分析其承载性能和粘结特性。研究表明,在相同的混凝土强度与养护条件下,相同直径的GFRP抗浮锚杆的极限承载力、平均粘结强度与钢筋抗浮锚杆相比较高,且GFRP抗浮锚杆的变形能够满足实际工程需求,充分验证了GFRP材料用作抗浮锚杆的先进性与合理性。基于试验结果与理论分析,给出了GFRP抗浮锚杆与基础底板的最佳锚固面积,并提出了计算公式。     

纤维对GFRP筋与混凝土粘结及锚固性能的影响

为了研究结构型纤维对GFRP筋与混凝土粘结性能的影响,对36个中心拉拔试件进行试验,主要变化参数为纤维掺量和粘结长度。考虑结构型纤维对GFRP筋与混凝土基体粘结性能的改善作用,改进了ACI 440.1R-06中GFRP筋与混凝土之间锚固长度的计算公式。研究结果表明:掺加2~6 kg/m3的结构型合成纤维,可使GFRP筋与混凝土基体的极限粘结应力提高12%~35%;纤维掺量相同的情况下,极限粘结应力随粘结长度的增加而降低。将改进公式与不同规范中GFRP筋锚固长度公式的计算结果进行对比,建议的公式能够较为合理地反映结构型纤维对GFRP筋与混凝土粘结性能的影响。     

GFRP抗浮锚杆与混凝土底板黏结特性现场试验

采用倒置的混凝土底板开展GFRP抗浮锚杆与其黏结性能的现场试验,探究实际工程中GFRP抗浮锚杆在混凝土底板中的受力特性,并测量GFRP抗浮锚杆与混凝土底板的相对滑移.结果表明:GFRP抗浮锚杆主要发生剪切滑移与拔断两种破坏形态,GFRP抗浮锚杆的弯折长度越大,其破坏荷载和极限抗拔承载力越小;直径28 mm的GFRP抗浮锚杆的弯折影响系数为0.56～0.89,弯折处理后GFRP抗浮锚杆的滑移量比未经弯折的滑移量小;未弯折与弯折处理后的GFRP抗浮锚杆相比,锚杆与混凝土的平均黏结强度提高1.6倍,锚杆杆体与混凝土底板的平均黏结强度随弯折长度的增加呈线性减小的趋势;通过将锚杆弯折或增加锚杆弯折长度的方法来提高GFRP抗浮锚杆与混凝土底板的抗拔承载力不可行,建议采取增大锚杆直径、增加混凝土底板厚度和增设应力扩散托盘等措施.