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.     

蒸养混凝土中GFRP筋微观结构与抗拉性能分析

为充分考虑服役前蒸养养护过程对混凝土中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,通过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前人GFRP筋裸筋耐久性研究成果的拓展,试验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。     

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。     

碱环境下玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁的受力性能

为了研究碱环境对玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁受力性能的影响,对经历碱溶液侵蚀作用后的玻璃纤维布和玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁试件分别开展单调静力试验。研究表明:碱环境下玻璃纤维布的受力性能退化明显,但浸渍树脂的存在可显著改善其耐久性能;在p H值为12.8的碱溶液中浸泡60 d后,玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁的承载能力和变形性能无明显退化;GFRP加固钢筋混凝土梁的受力性能与玻璃纤维布和混凝土梁界面处的粘结性能密切相关。     

硫酸盐腐蚀环境下CFRP-混凝土界面性能研究

通过10%硫酸钠溶液加速劣化试验,研究CFRP-混凝土粘结界面的力学性能,包括混凝土圆柱体的抗压强度、 CFRP片材的拉伸强度、混凝土的抗压强度及弹性模量.通过CFRP-混凝土粘结界面的单剪试验,研究硫酸钠溶液浸泡对CFRP与混凝土剪切粘结性能的影响,采用SEM和XRF等从微观层面探讨硫酸盐腐蚀机理.研究表明,硫酸钠溶液浸泡对CFRP的拉伸强度无影响;混凝土会受到硫酸盐的侵蚀,侵蚀程度与浸泡时间相关;因树脂的保护作用,10%硫酸盐溶液腐蚀118d对CFRP-混凝土界面的粘结性能基本无影响.     

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筋抗拉强度与弹性模量腐蚀反应速率转化

为了研究碱性环境下GFRP抗拉强度的衰减规律,基于阿伦利乌斯方程,建立了玻璃纤维(GFRP)筋在碱性腐蚀环境下的弹性模量退化模型,推导出GFRP筋抗拉强度与弹性模量反应速率之间的转化理论,并通过相关试验,验证转化理论的正确性。结果表明:采用阿伦利乌斯方程来模拟GFRP筋弹性模量的退化模型是可行的,GFRP筋在腐蚀过程中抗拉强度与弹性模量是存在对应转化关系的。运用所提出的转化理论可以通过实时监测GFRP筋材的弹性模量对其抗拉强度进行正确地预测。     

掺离子侵蚀抑制剂对海工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能及其防护研究

针对伶仃洋大桥墩柱混凝土服役于海洋环境中易出现腐蚀的耐久性问题,研究了离子侵蚀抑制剂对暴露在硫酸钠溶液中的矿物掺合料混凝土力学性能退化,离子传输和微结构的影响;另外,还研究了钢管防护对半浸泡在硫酸钠溶液中的混凝土力学性能和微结构的影响。结果表明：硫酸盐干湿循环作用下,掺加适量的离子侵蚀抑制剂制备的混凝土具有良好的孔隙分布(有害孔比例降低),导致硫酸根离子在混凝土中的含量和渗透深度降低。此外,钢管对混凝土的防护显著提高了混凝土抗硫酸盐侵蚀性能(浸泡250 d,耐蚀系数96.93%),其作为隔离混凝土与其周围环境的屏障,减轻了硫酸钠溶液在混凝土上的毛细上升现象,从而消除了盐结晶造成的表层剥落。同时钢管的环箍约束限制了硫酸盐侵蚀引起的基体膨胀,导致孔径分布密实度的增加。     

海水环境腐蚀下的GFRP筋抗压性能试验

目的 研究海水环境腐蚀下GFRP筋的抗压性能,以期替代钢筋应用于海港工程.方法 人工配制5倍海水质量浓度的盐溶液,将GFRP筋浸入配置的溶液中,预定龄期后取出筋体,截成长细比为2.5的小试件,在300 T液压试验机上进行GFRP筋的受压性能试验.结果 随着GFRP筋体在海水溶液中浸渍时间的增长,GFRP筋的极限荷载、抗压强度保留率和弹性模量保留率逐渐下降;试件的直径越小,浸渍时间越长,筋体腐蚀相对越严重,产生劈裂破坏的概率越大,极限荷载与抗压强度下降幅度越明显.结论 GFRP筋作为受压筋应用到海水盐腐蚀环境中具有很大的优越性.     

Tensile strength characteristics of GFRP bars in concrete beams with work cracks under sustained loading and severe environments

To investigate the effect of different environmental conditions of GFRP bars in concrete beams with work cracks subjected to sustained loads, the beams were exposed in indoor, freeze/thaw cycles and immersed in alkaline solution at elevated temperature. The bars were carefully extracted from the beams and tested in order to evaluate residual tensile properties. The results show that the tensile strength decreased significantly in the highly aggressive conditions but not in the natural conditions. The effect of GFRP bars casting in concrete beams demonstrated approximately 2.5% decrease of tensile strength caused by pore water environment in concrete beams on basis of those of the original bars. The effect of sustained loading plus work cracks demonstrated about 10.5% tensile strength decrease on basis of those of the bars only casted in concrete beams. The effect of environments under sustained loading plus work cracks demonstrated about 17% tensile strength decrease caused by a saturated solution of Ca(OH)₂ and 60±2 °C tap water (pH=12–13) and about 8% tensile strength decrease caused by freezing and thawing cycle (F/T), both on basis of those of the bars of the indoor beams only under sustained loading plus work cracks. The results demonstrate the effects of the tensile strengths under different environmental conditions of GFRP bars in concrete beams with work cracks subjected to sustained loads.     

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.     

Analysis on plastic properties of reactive powder concrete continuous beams reinforced with GFRP bars

To study the plastic properties of reactive powder concrete continuous beams reinforced with GFRP bars,the calculation programs for moment redistribution coefficients are prepared by using nonlinear analysis methods such as moment-curvature,conjugate beam method and so on. By comparing the test results of existed FRP bars reinforced concrete continuous beams with simulation results,the accuracy of the calculation program is verified. Then 18 simulated GFRP bars reinforced reactive powder concrete continuous beams are selected whose change parameters are reinforcement ratio of mid-span and middle support. Through the nonlinear analysis of simulated beams,moment redistribution coefficients under mid-span concentrated loads,one-third point loads and uniformly distributed loads are obtained respectively. Thus the formula of moment redistribution coefficients is obtained by fitting moment redistribution coefficients and factors. The results show that the reactive powder concrete continuous beams reinforced with GFRP bars have good plastic properties.     

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。     

玻璃纤维筋增强混凝土梁抗弯承载力试验研究

根据5根玻璃纤维筋增强混凝土梁的抗弯承载力试验,得出截面应变符合平截面假定的结论,其破坏模式有受拉破坏和受压破坏两种,分别由玻璃纤维筋断裂和受压区混凝土压碎控制;由荷载-应变曲线和荷载-挠度曲线可以看出,玻璃纤维筋配筋率的增加,可以在一定程度上提高抗弯承载力和降低截面挠度,因此合理地控制玻璃纤维筋的配筋率是设计中必须考虑的重要因素之一.此外,玻璃纤维筋表面喷砂可有效地提高玻璃纤维筋与混凝土的粘结力,有助于应力的传递和重分布.     

FRP加筋混凝土短柱受压性能试验研究

纤维聚合物筋FRP(Fiber Reinforced Polymer)的耐腐蚀、抗拉强度高、重量轻、非磁性等特点使其在土木工程中的应用前景十分广阔.首先对我们自己研制的GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋和CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋进行了常温下的受压试验,得到了GFRP筋和CFRP筋的抗压强度与抗压弹性模量;然后对GFRP、CFRP、CFRP与GFRP混合加筋混凝土短柱以及钢筋混凝土短柱进行了轴心受压试验,得到了加筋混凝土短柱的极限承载力、荷载-变形关系曲线、破坏形式和加强筋与混凝土的荷载-应变分布曲线,并将试验结果进行比较.结果表明:在没有约束的条件下,GFRP筋的抗压强度高于CFRP筋;在有约束的条件下,CFRP加筋混凝土短柱的抗压强度高于GFRP加筋混凝土短柱的抗压强度;FRP加筋混凝土短柱的抗压强度高于钢筋混凝土短柱的抗压强度;FRP加筋混凝土短柱的协同工作性和钢筋混凝土短柱的协同工作性相比较差.     

玻璃纤维(GFRP)筋替代钢筋在基坑支护桩中的应用

玻璃纤维筋(GFRP)具有抗拉强度高、重量轻、耐腐蚀等良好特性,工程实践中常用于替代结构中的钢筋。以南京某基坑工程为例,探讨了GFRP筋替代钢筋用于基坑支护结构时存在的设计与施工问题,介绍了GFRP筋的基本特性、GFRP筋与支护桩冠梁的连接、GFRP筋自身的连接与搭接、GFRP筋笼制作方法以及浇筑混凝土时GFRP筋笼上浮的处理措施。GFRP筋在实际工程中应用表明:基坑土方开挖施工过程中,支护结构变形及周边地面沉降值均控制在允许范围内,基坑安全可靠。     

纤维增强混凝土梁的力学性能

为了提高梁的抗拉性能和承载力,利用有限元分析软件ANSYS对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)加固钢筋混凝土梁进行研究.建立了GFRP加固混凝土梁的计算模型,结合已有试验对加固梁的力学性能进行分析,验证模型的正确性.将碳纳米管加入混凝土梁中可改善梁的力学特性,不同部位掺入碳纳米管时梁的承载能力不同.结果表明,相对于FRP加固混凝土梁,掺入体积分数2%的碳纳米管GFRP加固梁承载力提高了27%.