硫酸盐环境下碳纤维增强复材-混凝土界面黏结性能研究

通过硫酸盐干湿循环加速腐蚀试验模拟硫酸盐环境,对硫酸盐干湿循环作用下碳纤维增强复材(CFRP)-混凝土界面的黏结性能进行了研究。结果表明:随着腐蚀时间的延长,破坏面进入混凝土层的深度逐渐变浅,黏结强度逐渐降低。通过对试验结果的统计回归分析,建立了硫酸盐干湿循环作用下CFRP-混凝土界面黏结强度退化模型,预测模型能够很好地反映正拉黏结强度随硫酸盐腐蚀时间的退化规律。     

氯盐干湿循环作用下CFRP混凝土界面黏结性能研究

为了考察碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)与混凝土结构在氯盐干湿循环作用下界面黏结强度,开展不同干湿循环周期下混凝土的弹性模量、抗压强度和CFRP混凝土单剪试件界面黏结性能的腐蚀劣化试验研究。通过模拟氯盐的干湿循环作用和自主设计的单剪试验稳定装置,对混凝土基体的腐蚀劣化性能和界面的有效黏结长度进行研究,基于Popovics方程分别对不同腐蚀周期的界面黏结应力-滑移关系和界面断裂能进行研究。在此基础上,分析干湿循环作用下CFRP-混凝土界面黏结强度的劣化机理,并建立界面的时变黏结强度计算模型。结果表明,随着干湿循环周期的增长混凝土基体的弹性模量整体变化不大,而抗压强度则呈现出先增大后减小的趋势,最终腐蚀120 d后较未腐蚀混凝土抗压强度降11.2%;界面的有效黏结长度从未腐蚀的120 mm降低到腐蚀120 d后的72 mm,界面的断裂能也大幅下降。基于Popovics方程得到的腐蚀环境下CFRP混凝土界面黏结应力-滑移关系可揭示界面黏结强度劣化机理,建立的界面时变黏结强度模型有效,可应用于不同干湿循环作用下CFRP混凝土界面黏结强度的计算。     

硫酸盐环境下粗糙度对CFRP-混凝土界面黏结应力试验研究

为了考察硫酸盐环境下CFRP-混凝土界面黏结性能的退化规律,开展了162块CFRP-混凝土试件的单剪试验,研究了混凝土黏结面粗糙程度、混凝土强度等级、腐蚀龄期对CFRP-混凝土界面极限荷载、最大滑移量、黏结强度、断裂能的影响,并基于SEM扫描电镜技术分析了界面破坏机理。结果表明,混凝土强度从C30提升至C50,极限荷载上升幅度在1%～7%不等,总体上混凝土强度等级对提高界面黏结性能的影响不明显;硫酸盐环境下,环氧树脂胶体能较好的保护CFRP黏结区域;随着腐蚀龄期的增长,CFRP-混凝土界面的黏结性呈先增高后降低的趋势,增强点出现在第7天,30 d后界面极限荷载呈高速下降趋势;界面能在7 d时达到最大,随后逐渐降低;硫酸钠晶体的膨胀劣化是影响CFRP-混凝土界面黏结性能的主要因素。     

硫酸盐作用下后贴CFRP-混凝土界面黏结强度试验研究

硫酸盐腐蚀是引起混凝土表面强度、耐久性退化的一个重要因素。通过硫酸盐干湿交替加速侵蚀试验模拟硫酸盐环境,对先受硫酸盐腐蚀后粘贴CFRP-混凝土界面黏结性能退化规律进行研究。结果表明:硫酸盐干湿交替作用对混凝土强度和CFRP-混凝土界面黏结性能影响较大,随腐蚀时间呈现先小幅增加后加速下降的趋势。在试验和已有界面理论的基础上,引入考虑腐蚀时间对混凝土强度影响的界面黏结-滑移模型,通过模型预测数据与试验数据的对比分析,该模型能够很好反映先受硫酸盐干湿交替作用后粘贴CFRP界面黏结性能退化规律。     

硫酸盐环境下CFRP加固顺序对混凝土梁界面黏结性能影响

提出了先粘贴CFRP后硫酸盐腐蚀以及先硫酸盐腐蚀后粘贴CFRP两种加固顺序,开展了64块CFRP-混凝土试件的双剪试验,分析了CFRP粘贴顺序、粘贴长度、粘贴宽度对混凝土界面破坏模态、抗压强度、剥离荷载、黏结强度、界面能、黏结应力-滑移曲线的影响,并基于硫酸盐环境影响系数建立了CFRP-混凝土界面黏结强度模型。试验结果表明,硫酸盐环境下,环氧树脂胶体能较好的保护混凝土黏结区域;随着硫酸盐腐蚀时间的延长,界面的剥离荷载、黏结强度均呈下降趋势,腐蚀至123 d时,下降最为严重,而对于界面断裂能,腐蚀至123 d时,下降幅度反而降低;CFRP黏结长度为65 mm下的界面黏结强度最大,随着黏结长度的增加,CFRP-混凝土界面的黏结性能逐渐降低;硫酸盐环境影响系数的提出可为恶劣环境的分类提供科学依据。     

干湿交替作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

研究了干湿交替-硫酸盐溶液耦合作用下混凝土的损伤过程,以混凝土相对动弹性模量的变化来表征混凝土内部的损伤程度.采用环境扫描电镜(ESEM)分析了干湿交替与硫酸钠溶液作用下混凝土的微观结构.结果表明,与自然浸泡硫酸盐溶液腐蚀方式相比,干湿交替作用加剧了混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度:干湿循环早期,硫酸盐对混凝土有填充空隙缺陷的作用.同时试验表明,水胶比对混凝土的相对动弹性模量有重要影响:矿物掺舍料的加入能显著提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力.     

CFRP加固混凝土结构耐久性试验研究

为了对海水环境下CFRP-混凝土界面性能进行研究,采用42个CFRP片材进行了CFRP材料物理力学性能试验,采用72个混凝土单剪试件对海水环境下CFRP-混凝土界面黏结性能进行试验。结果表明:CFRP材料的耐久性良好,长时间的海水腐蚀对CFRP材料的物理性能没有太大影响;CFRP-混凝土黏结强度随腐蚀时间增加而降低;长时间海水腐蚀对界面延性有不利影响,对界面应变发展规律和黏结滑移关系没有明显影响。     

硫酸盐和干湿循环作用下玄武岩纤维混凝土劣化规律

盐湖、盐渍土地区水位变幅区的混凝土材料劣化问题突出。该文开展不同质量浓度硫酸盐溶液干湿循环侵蚀作用下玄武岩纤维混凝土侵蚀试验、材料力学试验和微观测试,测试分析混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度、质量变化、相对动弹性模量等参数的演变规律,揭示不同浸泡浓度及龄期下玄武岩纤维混凝土的劣化机制;结合混凝土试件侵蚀后的表观形态和细观结构特征,研究不同侵蚀周期下掺玄武岩纤维混凝土的细观结构演变机理。结果表明：掺入长度6mm玄武岩纤维的混凝土抗压及劈裂抗拉强度增强效果优于长度12mm纤维;硫酸盐和干湿循环侵蚀作用下玄武岩纤维混凝土劣化规律受硫酸盐溶液浓度、干湿循环次数和纤维掺量3个因素协同作用影响,干湿循环作用下硫酸盐侵蚀产物主要为石膏型侵蚀和钙矾石型侵蚀。掺玄武岩纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀能力明显优于于素混凝土。     

混凝土表面粗糙度参数下的CFRP-混凝土界面抗冻性研究

为了研究不同混凝土表面粗糙度在盐冻环境下的CFRP-混凝土界面黏结性能退化规律,通过制作具有三面粗糙度的CFRP-混凝土试块,开展了84次CFRP-混凝土界面正拉黏结试验。探讨了混凝土强度、界面粗糙度、盐冻循环次数对CFRP-混凝土梁界面黏结性能的影响,建立了基于粗糙度f_i,盐冻循环次数n两参数下的界面剥离承载力回归模型,基于SEM检测技术分析了界面性能退化机理。结果表明:混凝土强度对界面黏结性能影响不大,当混凝土表面粗糙度为0.33时,界面黏结性能最佳;平均单个粗骨料漏出尺寸为整个粗糙度的20%时,界面黏结效果最好;在(-15～8)℃范围内,6次盐冻循环后,界面开始出现劣化,到了12次界面黏结性能降低较为明显。     

地铁混凝土硫酸盐腐蚀研究

C45混凝土在地铁施工现场养护和标准养护,测试混凝土强度发展,并研究混凝土在硫酸盐浸泡环境和干湿循环条件下的强度演变与硫酸根离子渗透。研究结果表明:相比标准养护,地铁现场养护降低混凝土28d抗压强度10%左右,硫酸盐浸泡环境下二者强度演变差别很小,干湿循环120d后现场养护混凝土强度下降2MPa,养护制度对混凝土抗硫酸盐腐蚀能力影响较小。混凝土在硫酸盐环境下强度先增加后下降,硫酸根离子随深度增加而下降,随腐蚀龄期增加而增加,符合扩散规律。相比浸泡腐蚀,干湿循环加速了混凝土的硫酸盐腐蚀速度。     

外粘贴CFRP加固混凝土结构在海洋环境下的耐久性试验研究

外粘贴CFRP加固混凝土结构的耐久性取决于CFRP材料、CFRP-混凝土粘结界面的耐久性以及外界环境。本文主要针对海洋环境下CFRP材料、混凝土、CFRP-混凝土粘结界面以及加固后混凝土结构的耐久性进行了试验研究。代表性结构为条带包裹CFRP和全裹CFRP的两种混凝土柱。研究表明,海洋环境对材料、粘结界面和加固后柱的性能均有影响,使其相应的力学性能指标值降低。环境作用后,加固柱的承载力降低幅度较大,但并非材料、粘结界面等劣化程度的叠加。而且柱的延性和刚度降低幅度很小,破坏形式主要是CFRP被崩断。两种包裹方式均可大幅度提高混凝土柱的承载力和延性,但提高幅度与CFRP用量不成比例。条带包裹CFRP的柱比全裹CFRP的柱受环境影响的劣化程度大。     

CFRP板加固高强混凝土梁试验研究

通过三点弯曲试验,并利用CCD相机及数字散斑分析技术研究了CFRP板裂缝扩展至破坏的全过程。结果表明:各因素对试件承载力的影响程度从大到小依次为CFRP板厚、加载速率、裂缝深度、混凝土强度;粘贴CFRP板的高强混凝土试件破坏是由混凝土剪切破坏引起的CFRP板粘贴胶层与混凝土之间的界面剥离破坏,其从裂缝开始扩展到完全破坏的时间明显长于未粘贴CFRP板的试件;黏结界面仍是外粘CFRP板加固高强混凝土构件的薄弱部位。     

碳纤维增强塑料布与混凝土基层粘结行为研究

通过自行设计的试验方法,研究了30组粘贴有碳纤维增强塑料布(CFRP布)的混凝土试件粘结界面的破坏形态、粘结应力和碳纤维增强塑料布应变分布特性以及粘结破坏的发展过程.结果表明,粘结应力由碳纤维增强塑料布的加载端向自由端逐渐传递,破坏瞬时发生,破坏形式以剥离破坏为主;存在一个有效粘结长度,约为100 mm.研究结果说明自行设计的粘结试验方法有一定可行性,可为测定CFRP布-混凝土界面粘结强度指标提供新的思路.     

Near-surface mounted carbon fibre rod used for combined strengthening and cathodic protection for reinforced concrete structures

The dual function of a carbon fibre reinforced polymer (CFRP) rod working as the near-surface mounted (NSM) strengthening and impressed current cathodic protection (ICCP) anode for corroded reinforced concrete structures has been proposed and researched. In this paper, a CFRP rod was used for both flexural strengthening of pre-corroded reinforced concrete beams and in a dual functional capacity as an ICCP anode. After a period of ICCP operation at high current density, the beams were subjected to flexural testing to determine the load–deflection relationships. The potential decays of the steel met recognised ICCP standards, and the CFRP remained effective in strengthening the corroded reinforced concrete beams. The bonding at the CFRP rod anode and concrete interface was improved by using a combination of geopolymer and epoxy resin; therefore, the ultimate strength of a dual function CFRP rod with combination of bonding medium (geopolymer and epoxy) increased significantly.     

冻融循环下CFRP—高性能混凝土的粘结性能

通过双面剪切试验,研究了冻融环境下CFRP-高性能混凝土界面粘结性能的发展规律。对比分析了未经冻融和经历25、50、100、150、200及300次冻融循环作用试件的破坏特征、剪应变分布、荷载滑移曲线、粘结承载力以及粘结破坏机理。结果表明,所有试件的界面破坏均发生在混凝土表层内,但随着冻融循环次数的增加,破坏界面有向胶层发展的趋势;经受冻融循环次数较少时(25、50次),界面的粘结强度、刚度及开裂荷载的变化不明显,甚至略微提高;但随着冻融循环次数的进一步增加,界面粘结性能有明显的变化,界面粘结强度、端部滑移量减小,刚度退化,初始开裂荷载水平降低,非线性特征增强。粘结极限承载力与混凝土立方体抗压强度均随冻融循环次数的增长存在先提高后下降的趋势,混凝土强度变化是界面粘结性能变化的最重要因素。     

冻融环境下CFRP-高强混凝土抗剪性能试验研究

在我国北方地区,冻融环境成为了限制CFRP(碳纤维)在加固混凝土结构中应用的主要影响因素之一。本文考虑冻融循环次数、CFRP与高强混凝土的粘贴顺序等因素,对CFRP与高强混凝土的粘结性能进行了试验研究。作者通过一种简单易行的双面剪切试验方法测定了不同影响因素作用下碳纤维布与混凝土之间的粘结强度,在碳纤维布上设置多个应变测点,得到应变随其距端部距离的变化关系并作出了平均粘结剪应力曲线,分析了冻融环境作用下碳纤维布与高强混凝土粘结性能的变化规律。     

BFRP和CFRP加固受弯混凝土界面疲劳性能试验

以纤维增强复合材料（FRP）片材外贴混凝土受弯构件为研究对象,探讨玄武岩纤维（BFRP）和碳纤维增强复合材料（CFRP）加固混凝土界面疲劳性能。通过实施四点弯曲加载试验,研究了BFRP和CFRP加固混凝土界面疲劳破坏模式、界面疲劳裂缝扩展规律以及构件跨中挠度和FRP应变随加载循环次数的变化规律,并对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力和疲劳寿命进行了分析,给出了BFRP和CFRP加固混凝土界面的疲劳强度。研究结果表明:与BFRP 混凝土界面相比,CFRP 混凝土界面的静载剥离承载力提高了约50%,其疲劳寿命也明显提高;既有疲劳历程对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力影响不大。     

基于三维细观分析方法的CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切强度尺寸效应研究

以CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土悬臂梁为研究对象,从细观角度出发,考虑混凝土细观非均质性及CFRP-混凝土之间的相互作用,建立了单调加载下CFRP侧贴无腹筋钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。通过仅改变CFRP条带的厚度来改变CFRP的配纤率,进而以CFRP的配纤率为主导参数,并且在之前试验工作的基础上,扩展模拟了尺寸和配纤率对梁的剪切破坏机理和失效模式的影响,研究了外贴CFRP加固钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为。结果表明: CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土梁的名义剪切强度尺寸效应明显,CFRP布加固对小尺寸梁贡献最大,其有效性随着梁尺寸的增加而减小; 配纤率的增大提高了悬臂梁的名义抗剪强度,但同时也削弱了抗剪强度的尺寸效应; 当配纤率较大时,峰值剪切应力的增长趋势明显减缓,即层数过多时,加固效果不明显。     

碳纤维增强复合材料布加固损伤预应力混凝土梁剥离性能试验分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)布用于普通混凝土结构加固性能研究较为深入,而对于预应力混凝土结构加固性能的研究相对较少。为了研究CFRP布加固损伤预应力混凝土结构黏结性能对其受力性能的影响,通过对3根CFRP布加固不同损伤程度的高强预应力钢筋混凝土梁进行静载试验,研究损伤程度及预应力度对其黏结性能的影响。试验发现,试件破坏前CFRP布均发生剥离,达到破坏时,CFRP布完全剥离、拉断或受压区混凝土被压碎。通过CFRP布应变-荷载曲线及试件挠度-荷载曲线分析表明,试件的剥离荷载与其损伤程度呈反比,而与预应力度呈正比。     

Strengthening of RC T-section beams with low strength concrete using CFRP composites subjected to cyclic load

Various methods are developed for strengthening reinforced concrete beams against shear. Nowadays, external bonding of different composite members to RC beams was very popular and successful technique internationally. This study presents test results on strengthening of shear deficient RC beams by external bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) straps. Six RC beams with a T-section were tested under cyclic loading in the experimental program. Width of the CFRP straps, arrangements of straps along the shear span, and anchorage techniques that were applied at the ends of straps were the main parameters that were investigated during experimental study. Shear deficient beams with low strength concrete were strengthened by using CFRP straps for obtaining ductile flexural behavior. The test results confirmed that all CFRP arrangements improved the strength, stiffness and energy dissipation capacity of the specimens significantly. The failure mode and ductility of specimens were proved to differ according to the CFRP strap width and arrangement along the beam. Experimental results were compared with the analytical approaches that were suggested by ACI-440 Committee Report.