盐溶液干湿循环对CFRP-混凝土界面粘结性能的影响

为了考察盐溶液干湿循环条件对碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）-混凝土界面粘结性能的影响,本文采用5%的NaCl溶液来模拟海水环境,经过不同次数的干湿循环后,利用单面剪切试验对48个试件界面性能的变化情况进行了研究,分析了上述环境对界面破坏形式、界面承载力及界面剪应力等参数的影响。结果表明：在盐溶液干湿循环作用下,界面粘结性能发生显著地退化,具体表现为,随着干湿循环次数的增加,界面承载力会不断降低,且下降程度与混凝土强度和CFRP的粘贴尺寸有关,界面剪应力在不同环境下的分布具有相似性,即荷载的不断增加会使剪应力逐渐由加载端向自由端传递,但在传递过程中,有效传递区域的长度不会发生改变。     

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。     

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。      

超高性能RPC钢筋网加固混凝土界面粘结性能试验研究

针对现有混凝土加固技术导致的耐久性弱、承载力低的问题,该文基于活性粉末混凝土钢筋网加固混凝土技术(Technical for strengthening concrete structures with reactive powder concrete and bar mesh, RPCBM),展开了双面剪切试验。该文评估了各试件的抗剪强度、破坏形态与荷载位移曲线,系统性地探讨了粗糙度、植筋率、钢筋网规格对RPCBM加固旧混凝土结构界面剪切性能的影响。结果表明：RPCBM加固混凝土结构的界面抗剪强度和延性提升幅度较大,具有良好的粘结性能。在一定范围内,随着粗糙度增大,粘结界面抗剪强度提高;植筋率增高,抗剪强度与延性增强;钢筋网规格是改善界面延性的重要因素。在此基础上,为了更好地计算RPCBM加固混凝土的界面粘结强度,该文基于以上数据建立了粘结界面抗剪强度的模型,提出了综合计算RPCBM加固普通混凝土(Ordinary Concrete, OC)界面抗剪强度的公式,试验结果与理论分析吻合较好,为工程实践中加固材料的选择和改进施工方法提供了理论依据。     

氯盐环境下纤维编织网增强混凝土拉伸性能

通过拉伸试验研究了氯盐干湿、氯盐冻融循环和常规环境下纤维编织网层数、种类以及氯盐浓度和循环次数等因素对纤维编织网增强混凝土（纤维/混凝土）拉伸性能的影响。结果表明：三种环境下,增加纤维编织网层数均可提高纤维/混凝土的拉伸性能,且碳纤维编织网较玄武岩纤维编织网的增强作用更明显;氯盐浓度、干湿或冻融循环次数对纤维/混凝土拉伸极限荷载影响不明显;常规环境和氯盐干湿循环下,掺入短切聚乙烯醇（PVA）纤维和耐碱玻璃（AR-glass）纤维均可以提高纤维/混凝土的拉伸极限荷载;氯盐冻融循环下,掺入短切PVA纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载未有提高,而掺入短切AR-glass纤维的纤维/混凝土的拉伸极限荷载增大。     

人工海水环境下GFRP筋受压性能试验研究

该文开展了人工海水环境下GFRP(玻璃纤维增强塑料)筋(玻璃纤维增强塑料筋)持续浸泡及干湿循环腐蚀试验,探讨研究了两种腐蚀方式对GFRP筋受压力学性能的劣化机理。研究结果表明:试件抗压强度随浸泡时间和干湿循环次数的增长基本呈线性下降;干湿交替循环腐蚀作用对GFRP筋受压性能的影响大于单纯氯盐溶液浸泡腐蚀;与碱溶液浸泡腐蚀数据对比可知,相同腐蚀条件下,碱溶液环境对GFRP筋抗压性能的劣化较氯盐溶液更为严重。     

硫酸盐干湿交替对碳纤维增强环氧树脂-混凝土界面粘结性能的影响

为了研究硫酸盐腐蚀对碳纤维增强环氧树脂复合材料（CF/EP）-混凝土界面性能退化的影响。通过硫酸盐干湿交替加速腐蚀试验模拟硫酸盐环境,对硫酸盐腐蚀下CF/EP-混凝土界面粘结性能退化规律进行了研究。结果表明：硫酸盐干湿交替作用对CF/EP-混凝土界面的破坏形态影响较大;界面粘结性能（峰值剪应力、极限承载力和初始剪切刚度）随腐蚀时间呈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,提出了考虑腐蚀时间的界面粘结-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硫酸盐干湿交替作用下界面粘结性能退化规律。     

矿粉改性高性能混凝土的力学性能和耐久性能研究

以S115矿粉为掺和料,制备了矿粉改性高性能混凝土,通过XRD、SEM、复合盐溶液干湿循环测试等手段,分析了矿粉取代率对混凝土的晶格结构、微观形貌、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,适量矿粉的掺入能够加速水泥的水化反应速率,增加网格结构的致密度,从而改善混凝土的微观形貌,提高混凝土的强度。矿粉取代率的增大会降低水泥石前期的强度,显著提高水泥石后期的强度。当矿粉取代率为50%时,养护28 d的混凝土的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为52.5和7.4 MPa。矿粉取代水泥后,混凝土在复合盐溶液的侵蚀下相对动弹性模量和质量损失率的下降趋势变得平缓,在30次干湿循环后,矿粉取代率50%的混凝土的相对动弹性模量最高为88%,质量损失率最小为1.6%,抗盐溶液侵蚀性能最佳。混凝土的腐蚀产物主要是针状结构的钙矾石和块状的石膏,这些产物存在于混凝土的孔隙和裂纹中,多次干湿循环后体积膨胀产生了内部应力,生成了深裂纹,最终撑裂混凝土,使混凝土失效。综合可知,矿粉的最佳取代率为50%。     

碳纤维布加固混凝土结构疲劳特性试验研究

首次提出了界面剪切疲劳试验的新方法,借此研究了疲劳荷载作用下的碳纤维与混凝土粘结界面间的抗疲劳性能。并基于弹性理论,得出剪切变形条件下与弯曲变形条件下的碳纤维与混凝土界面间粘结剪应力的计算公式是相同的结论。因此用界面剪切疲劳试验代替弯曲疲劳试验去考察碳纤维与混凝土界面间粘结强度的疲劳性具有更高的精度和效率。同时试验结果表明:在应力比R=0.2条件下,碳纤维布与混凝土界面间的极限粘结疲劳强度约是其静粘结强度的64%,可见在疲劳荷载的作用下,碳纤维布与混凝土界面间的粘结强度将下降,因此在碳纤维加固的混凝土梁的设计中,应重视疲劳荷载导致的界面粘结强度降低的问题,并且设计时应对粘结剪切强度赋予一定的安全系数。     

组合混凝土界面粘结性能多因素正交试验分析

组合混凝土叠合构件通过在预制陶粒混凝土部件上现浇普通混凝土而制成,兼具预制结构的施工方便和工期较短、现浇结构的整体性能和抗震性能良好等优点;同时,可充分发挥两种不同混凝土材料各自的性能优势.为分析叠合浇筑间隔时间、混凝土强度等级匹配、浇筑结合面处理方式、钢纤维掺入及附加法向约束力等因素对组合混凝土叠合界面粘结性能的显著影响,本工作设计制作了40组双面直剪组合混凝土试块进行正交试验分析.试验结果表明:附加法向约束力的施加对叠合界面粘结剪切强度的影响高度显著,法向力的增加可明显提高粘结剪切强度;次之,影响程度相接近的为混凝土强度等级匹配及结合面处理方式,在试验所考虑变化范围内,混凝土强度等级的提高可有效改善叠合界面粘结剪切强度,露骨料剂处理方式相比较人工凿毛、粉煤灰砂浆涂刷及自然浇筑面等具有更好的粘结剪切性能;而混凝土内钢纤维的掺入对叠合界面粘结剪切性能的影响不显著.不同浇筑界面处理方式下,随着浇筑间隔时间的延长,界面粘结剪切强度均发生较明显的、规律近似相同的降低变化;当叠合浇筑间隔时间从10 h变化到28 d,在粉煤灰砂浆涂刷、人工凿毛与露骨料剂不同处理方式下,界面粘结剪切强度分别降低为原强度的43.4％、48.1％和46.2％.在不同浇筑间隔时间情况下,露骨料剂处理方式可获得比人工凿毛处理和自然浇筑状态方式下相对较好的界面粘结剪切性能.     

碳化混凝土再碱化后钢筋混凝土粘结性能研究

碳化混凝土再碱化过程中,由于物理和化学作用,对钢筋与混凝土的粘结性能有影响。采用拉拔试验,考虑到电流密度、再碱化时间、碳酸钠溶液浓度等因素研究了再碱化后钢筋混凝土的粘结强度。采用扫描电镜(SEM)分析了混凝土的微观结构,结果表明,再碱化后,钢筋混凝土的粘结强度得到明显提高;电流、碳酸钠溶液浓度以及再碱化时间对再碱化后的粘结强度有显著影响;混凝土的微观结构发生了改变,孔隙率减小,有利于粘结强度的增加。     

Influence of silane coupling agent on quality of interfacial transition zone between concrete substrate and repair materials

Silane coupling agent (SCA) was introduced as a modifying material to significantly improve the bond quality of the repaired interfacial transition zone. SCA aqueous solutions with various concentrations were used to coat the surfaces of a granite and of old concrete substrates before applying the repair materials. Both pull-off bond strength test and microstructure observation of the different repair interfacial layers were performed. The test results show that coating a concrete substrate with a SCA aqueous solution with an appropriate concentration can noticeably modify the microstructure of the interfacial transition zone, and therefore, significantly increase the bond strength.     

Characterization of the interfacial bond between old concrete substrate and ultra high performance fiber concrete repair composite

The interfacial bond characteristics between normal concrete substrate as old concrete and ultra high performance fiber concrete as repair material have been investigated. Normal concrete substrates were first subjected to different surface preparation methods prior to bonding the ultra high performance fiber concrete to form repair composites. The interfacial mechanical bond of the composites was assessed using slant shear and tensile splitting strength tests. In addition, rapid chloride permeability test was performed to ascertain the potential chloride resistance of the composites. The microstructure of the transition zone between the normal concrete and ultra high performance fiber concrete was also studied using scanning electron microscope. The results generally indicate that surface preparation of the substrate is very much required to obtain superior mechanical bond of the composites; whereby the composites with the sand-blasted substrate providing the most superior mechanical bond. The excellent bond of the composite is also evident through the rapid chloride permeability test, as well as confirms by the scanning electron microscope image of the interface. Hence, the ultra high performance fiber concrete exhibits significant potential as an excellent material for repair and rehabilitation of concrete structures.     

偏高岭土-矿渣基地聚物与花岗岩骨料界面的分布特性及影响因素

以碱激发偏高岭土-矿渣作为胶凝材料、花岗岩为骨料制备地聚物混凝土,通过扫描电镜SEM-EDS及显微硬度分析研究地聚物与骨料的界面粘结区的微观结构、分布,以及液固比和骨料尺寸对地聚物-骨料界面的影响。研究结果表明,在地聚物与骨料的界面区域存在界面过渡区(ITZ),包含了以N-A-S-H凝胶为主的固相和收缩裂缝,化学组分与地聚物凝胶有较大不同。界面过渡区沿骨料周围不同位置表现出明显的分布不均匀特性,骨料下缘处的界面过渡区的微观结构和硬度都显著更差。随着液固比及骨料半径的增大,其分布的不均匀性增加:骨料下界面ITZ中的裂缝宽度增大,N-A-S-H凝胶厚度减小且强度降低;但配比及骨料尺寸对骨料上界面及侧界面的ITZ影响并不显著。骨料下界面ITZ应是偏高岭土-矿渣基地聚物混凝土的薄弱区域。     

纳米SiO2改性轻骨料混凝土性能

纳米SiO₂（NS）具有极强火山灰活性、晶核作用和填充效应,因此用NS改善水泥基材料性能成为众多学者研究的热点。本课题对不同掺量的NS对轻骨料混凝土强度及耐久性的改性效果进行了研究。通过测试轻骨料混凝土的力学性能（抗压和抗折）和氯离子渗透性能及利用SEM和EDS测试分析了NS对混凝土宏观和微观结构的影响。研究结果表明:在适当的掺量下,NS能够有效地提高轻骨料混凝土的力学性能,其中28 d的抗压强度和抗折强度比空白组混凝土分别提高了21.6%和46.2%。氯离子渗透的结果表明,轻骨料混凝土的抗氯离子渗透性能随着掺量的增加而呈线性增强。混凝土界面过渡区（ITZ）也发生了显著变化,其厚度减小,形貌也更加致密。ITZ的钙硅比随着NS掺量增加而减小,说明该区域内水化产物C-S-H凝胶增多,Ca（OH）₂被消耗,从而形成致密的过渡区,有利于强度提高。      

Variation in steel-mortar bond strength and microstructure in cathodically protected specimens after two-year exposure

Steel embedded in concrete passivate due to the formation of an oxide film that may be broken by exposure to aggressive environments. In such cases, reinforcing bars need to be cathodically protected. There are several criteria to select the adequate protection potential. In this paper it is proposed that steel could be polarised with three different potentials, ?850, ?1000 and ?1250 mV, taken with respect to the saturated calomel electrode (SCE). Two electrolytes were employed: tap water and 3% sodium chloride solution. Mortar specimens were polarised for two years and, then, subjected to a pullout test in order to determine bond strength variations at the steel-mortar interface. It was found that steel-mortar adhesion diminished 10% when specimens were polarised at ?1250 mV. These changes may be related to hydrogen evolution and to changes in the crystalline microstructure of the cement paste.     

超高性能混凝土与普通混凝土的黏结抗冻性能

对147个超高性能混凝土与普通混凝土的100mm×100mm×100mm立方体黏结试件进行了冻融循环后的黏结性能研究,测量了冻融后试件的相对动弹性模量、质量损失率以及劈裂抗拉强度,研究了超高性能混凝土中的钢纤维掺量、普通混凝土的强度等级、黏结面形式、试件的浇筑方向等因素对黏结试件抗冻性能的影响。结果表明,冻融循环结束后,所有黏结试件中的超高性能混凝土部分都没有出现损伤,超高性能混凝土可以作为普通混凝土结构的理想外围护材料;随着冻融循环次数的增加,黏结试件的相对动弹性模量逐渐减小,质量损失率先降低后增加,黏结试件的劈裂抗拉强度线性下降;影响黏结试件冻融后劈裂抗拉强度下降速度的关键因素是超高性能混凝土中的钢纤维掺量和黏结面的形式。     

Durability of CFRP-concrete joints under freeze-thaw cycling

The long-term durability of fiber reinforced polymer (FRP) strengthening systems under freeze-thaw cycling is crucial to the safety of structures in cold climates. The durability of the FRP-concrete bond interface under freeze-thaw cycling was investigated in the study reported here, with exposure condition, concrete grade, and number of freeze-thaw cycles as the parameters considered. The behavior of the carbon FRP (CFRP)-concrete bond interface was investigated with single-face shear tests. The results indicate that the bond strength, bond stiffness, interfacial fracture energy, and maximum slip of the joints decrease with increases in the number of freeze-thaw cycles, and they are also affected by the exposure environment. The depth of cracking and effective bond length increase with increases in cycle number, thus affecting bond stiffness and strength. The deterioration of bond strength can be attributed to the damage caused to the concrete by the freeze-thaw cycling.     

预应力混凝土组合梁界面粘结的试验研究

新老混凝土界面之间能够很好地传递界面间剪力,是人们普遍关心的一个问题。为研究在预应力作用下新老混凝土界面之间的力学性能,该文进行了施加预应力后新老混凝土组合梁在静载作用下界面间粘结性能的试验研究,试验梁变化的参数为箍筋间距。试验结果表明:新老混凝土组合梁在预应力作用下,粘结面无明显滑移,在静载作用下,荷载达到极限荷载的72%时,剪跨区局部发生粘结破坏,界面间滑移较明显。在Girrhammar给出的组合梁微分方程的基础上,考虑粘结面滑移、箍筋直径和间距,建立了新老混凝土组合梁界面应力、应变及滑移的计算方法。计算结果表明:该文建立的考虑滑移的新老混凝土组合梁界面分析方法与试验值吻合良好,计算结果可靠。     

Transition zone studies of new-to-old concrete with different binders

The weak transition zone between new and old concrete controls many properties of repaired concrete. The transition zone between aggregates and cement pastes of normal concrete has been studied by a number of researchers. But to date, there is little information available about the interfacial zone between new and old concrete. In this paper, major properties of the transition zone between new and old concrete with different binders were studied by using both scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The bond strength was also investigated. The test results show that the binder is a vital factor, which affects the morphology (size and shape), mineralogy and the microstructure of the transition zone in repaired concrete.