GFRP筋耐海水侵蚀性能研究

在60℃加速腐蚀试验条件下,将25根I型GFRP筋和25根II型GFRP筋浸泡于海水溶液中,龄期分别为1、2、3、4、6个月,研究海洋环境对GFRP筋耐久性的影响。试验表明:随龄期增长,GFRP筋的力学性能呈衰减趋势;相比于弹性模量,溶液对其抗拉强度的影响更大;6个月后两种GFRP筋的抗拉强度保持率大于80%,表现了较好的抗海水腐蚀性能,有助于解决海洋工程中钢筋易锈蚀的问题。II型GFRP筋具有更好的耐久性,建议可用于实际的海洋工程中。     

持续荷载作用下混凝土梁中玻璃纤维增强复合材料筋抗拉性能试验研究

通过对真实混凝土环境下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的耐久性试验,研究混凝土构件服役状态时所承受的静荷载、裂缝等因素对GFRP筋抗拉强度的影响,并与模拟混凝土孔隙水溶液碱环境下GFRP筋的抗拉强度退化率进行对比分析。试验结果表明:静荷载对混凝土环境作用下GFRP筋抗拉强度的退化有一定的影响,随着荷载的增大,筋体强度退化率也越快;GFRP筋抗拉强度退化率在有工作裂缝的混凝土试件中大于无工作裂缝混凝土环境;模拟混凝土碱环境下浸泡的GFRP筋长期力学性能退化率较快,与实际混凝土环境下GFRP筋的退化规律相比存在一定的偏差,因此,相应试验数据以及在此基础上建立的抗拉强度退化模型偏于保守。     

人工海水环境下GFRP筋抗拉性能加速老化试验

根据ASTM D665规定的试验方法,开展了40,60,80℃人工海水环境中玻璃纤维塑料（GFRP）筋抗拉性能的加速老化试验.GFRP筋试件数量共90根,直径为16mm,侵蚀时间分别为3.65,18.00,36.50,92.00,183.00d.结果表明：在40,60,80℃人工海水环境中侵蚀183.00d后,GFRP筋的抗拉强度分别下降了17.71%,24.89%和28.65%,而弹性模量仅分别下降了6.57%,4.40%和-3.77%.采用扫描电子显微镜（SEM）对腐蚀前后GFRP筋的微观形貌进行了观测,发现在GFRP筋的腐蚀劣化区域,环境温度为60℃的GFRP筋其纤维和树脂之间的界面变得松散（与环境温度为40℃筋相比）,而环境温度为80℃的GFRP筋内部则出现了孔洞.GFRP筋吸湿试验结果表明：在侵蚀初期,GFRP筋的吸湿曲线近似为线性;随着侵蚀时间的增加,吸湿曲线变缓并趋于水平;GFRP筋在人工海水溶液中的吸湿过程符合Fick定律.最后,在分析了环境温度、侵蚀时间等参数对GFRP筋抗拉性能影响的基础上,基于Fick定律提出了人工海水环境下GFRP筋抗拉强度的退化模型.     

碱环境下GFRP筋拉伸性能加速老化试验研究

基于ACI 440.3R—04规定的试验方法,开展了碱环境下玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋拉伸性能的加速老化试验研究.试件数量共150根,试验参数包括:(1)碱溶液温度,分别为40,60,80℃;(2)GFRP筋直径,包括12.7,16.0,19.0mm;(3)碱溶液中的侵蚀时间,分别为3.65,18,36.5,92,183d.研究表明:在40,60,80℃碱溶液中侵蚀183d后,直径为16.0mm的GFRP筋的拉伸强度分别下降了34.97%,48.81%和68.85%;在60℃碱溶液中侵蚀183d后,12.7,16.0,19.0mm直径GFRP筋的拉伸强度衰减量分别为56.08%,48.81%和47.08%;随着浸泡时间的增加,40,60,80℃碱环境下GFRP筋的拉伸强度及伸长率呈下降趋势,且温度越高,衰减速率越大.采用扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀前后GFRP筋的微观形貌进行了观测,发现腐蚀后GFRP筋的劣化区域内纤维和树脂之间的界面变得松散,纤维与周围树脂之间出现了明显的脱黏现象,而且随着碱环境温度的提高这种脱黏现象变得更为明显.最后,基于Arrhenius方程提出了碱环境下GFRP筋拉伸强度的预测模型.     

长期碱环境下GFRP筋抗压性能的尺寸效应

为研究玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋在碱环境中抗压性能的尺寸效应,对4种直径(12、19、25、41mm)的GFRP筋在40℃和80℃的碱溶液中进行加速老化试验,研究直径对试件表面形貌、破坏形态和抗压强度的影响。结果表明:侵蚀90d后,直径为12mm的GFRP筋表面变为白色,而直径分别为19、25、41mm的GFRP筋表面变为黄褐色;GFRP筋受压均因树脂基体劈裂而破坏;直径越小,抗压强度保留率越低,且温度越高,腐蚀时间越长,尺寸效应对抗压强度保留率的影响越明显。并提出了碱环境中考虑尺寸效应的GFRP筋抗压强度退化模型。     

GFRP筋混凝土柱海水环境受压性能

从新的角度和采用真实的腐蚀条件,首先通过混凝土材料在海洋环境下的腐蚀试验排除海洋环境对混凝土材料的影响,然后对玻璃纤维增强塑料（GFRP）筋体进行腐蚀试验,将不同腐蚀时间的GFRP筋进行绑扎、支模和浇筑,制作成混凝土柱并进行试验。根据相关力学试验结果,对比混凝土构件内筋体腐蚀前后其极限承载力、破坏形态以及筋体腐蚀后构件各项性能的变化情况。结果表明:人工制备的高浓度海水溶液对混凝土材料的力学性能影响不大,有必要排除混凝土保护层对传统腐蚀试验的影响;在柱内筋体受到180 d腐蚀的条件下,钢筋混凝土柱的极限承载力保留率下降到70.2%,降低了29.8%;GFRP筋混凝土柱的极限承载力保留率下降到86.5%,降低了13.5%;海水环境下GFRP筋在受压构件中具有比钢筋更好的性能优势和使用价值。     

混凝土碱性环境下玻璃纤维增强聚合物筋力学性能研究

通过模拟研究对碱性环境下玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋的力学性能试验。分析了不同温度、侵蚀条件对GFRP筋拉伸性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线荧光光谱(XRF)的微观试验,分析腐蚀前后GFRP筋力学性能变化时对应的GFRP筋表面形貌、内部结构和化学组成的变化,从而揭示GFRP筋在碱性环境下的性能劣化机理。     

侵蚀环境下预应力GFRP锚杆结构应力松弛特征

钢筋锚杆的腐蚀问题是锚固结构工程的安全隐患,GFRP锚杆因其耐腐蚀、高强度成为解决途径之一。为研究GFRP锚杆结构的耐久性,研发FRP筋锚杆结构应力松弛实验装置,利用该装置对侵蚀环境与荷载交叉下预应力GFRP锚杆结构应力松弛特征开展研究,进行3组不同侵蚀环境和荷载的实验,获得锚杆结构应力及杆体应变时程曲线,据此分析侵蚀环境与荷载对预应力GFRP锚杆结构应力松的影响。研究结果表明,FRP筋锚杆结构应力松弛实验装置可以设置环境影响条件,实现侵蚀环境与荷载条件叠加。GFRP锚杆结构应力松弛受环境和应力交叉影响,环境的影响较应力大,应力松弛绝大部分发生在加载后早期。GFRP锚杆结构应力松弛主要来源于锚固段黏结蜕化,部分来源于杆体弹性模量蜕化。相比于碱性环境,蒸馏水环境中锚杆体界面黏结状态蜕化速率更大。在溶液长期侵蚀作用下,通过黏贴耦合的光栅传感器与GFRP筋杆体变形同步性难以保证。     

玻璃纤维增强塑料筋材耐久性试验研究

为了研究GFRP筋材的在酸(H2SO4)、碱(Na OH)腐蚀环境下筋材的耐久性,进行三种不同腐蚀溶度及三种不同腐蚀时间下的筋材室内加速老化试验,研究筋材质量及力学性能随溶液溶度及腐蚀时间的变化规律,获得以下结论:在酸碱性环境下筋材中树脂发生酯化水解反应以及玻璃纤维中钙元素与溶液中离子发生反应,导致筋材结构遭到破坏;酸性环境中因反应生成物附着于筋材表面,阻碍反应发展,造成筋材的腐蚀速率先快后慢,而在碱性环境中因树脂发生水解反应后期产生溶胀现象,促进反应进行,使得筋材的腐蚀速率较为均匀;随着腐蚀时间及溶液溶度的不断增加,筋材的质量、抗拉强度、弹性模量值均逐渐减小,但碱性环境中筋材质量减少量及力学性能衰减率均大于酸性环境。     

混凝土在碱环境腐蚀下的GFRP筋受压性能研究

采用直径分别为8 mm、10 mm和12 mm的GFRP筋,将其在人工配制的碱溶液浸泡之后,碱环境腐蚀下的受压性能进行了研究。结果表明,GFRP筋在碱溶液中的浸泡时间越长,抵抗压力的强度指标、承受的最大荷载以及弹性模量等指标就会越低,发生损坏的几率越大。筋体越小,其被腐蚀就越严重,增加了筋体出现劈裂现象的几率。     

盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面的黏结性能,对27个内嵌FRP筋加固混凝土试件进行盐腐蚀后的单端拉拔试验,分析试件的受力过程和破坏模式,研究内嵌FRP筋黏结长度、腐蚀时间和FRP筋类型对界面黏结性能的影响。结果表明：盐腐蚀的试件破坏模式分为结构胶劈裂、FRP筋拉断和结构胶劈裂且FRP筋弯折等3种,且以结构胶劈裂破坏为主。盐腐蚀环境下内嵌FRP筋混凝土试件的黏结应力与黏结长度、破坏模式与腐蚀时间有关。盐腐蚀环境会影响混凝土、黏结材料及FRP筋的力学性能,加剧黏结界面失效破坏。腐蚀时间为30 d和90 d的内嵌BFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力高于内嵌GFRP筋加固混凝土试件的,腐蚀时间为60 d的内嵌GFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力优于内嵌BFRP筋试件的。根据试验数据拟合了盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结-滑移本构关系,其拟合优度达到0.988 0。     

侵蚀环境下GFRP筋力学性能退化试验

为了研究侵蚀环境下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的力学性能退化机理,对3种不同直径的GFRP筋进行了为期半年的溶液浸泡试验。试验采用了清水、碱溶液以及盐溶液3种侵蚀环境,在浸泡不同时间后分别对筋材进行了外观检测和力学性能试验。结果表明:不同侵蚀环境下,GFRP筋的抗拉强度在碱环境中下降最多,平均为11.44%,其次是盐环境,平均为4.59%,下降最少是清水环境,平均为4.30%;GFRP筋的剪切强度在清水、盐、碱环境中分别平均下降了23.03%,18.69%,28.28%,说明侵蚀环境对其力学性能有明显的影响;在盐环境下,直径为8,12,16 mm的试样抗拉强度分别下降了3.53%,9.42%,0.82%,说明GFRP筋力学性能退化具有一定的尺寸效应;GFRP筋的剪切强度退化随浸泡时间的增加而增大,在前36 d下降较快,36 d后下降则趋于平缓。     

混凝土结构环境作用研究方法

环境作用研究是混凝土结构耐久性研究的基础.对混凝土结构所受环境作用进行分析,明确了大气环境、水环境及土壤环境对混凝土结构的主要作用,并提出各种环境作用的获取方式.对现有环境作用研究现状进行总结,认为不考虑时空特性而得出的环境作用值会导致不精确的耐久性预测结果;为准确描述混凝土结构所受的复杂环境作用,应在病害调查和环境调查的基础上,对环境作用时空特性进行详细分析,最终给出用于混凝土结构耐久性评估和设计的环境作用区划.     

玻璃纤维复材筋在高温氯盐环境下拉伸力学性能试验研究

玻璃纤维增强聚合物(Glass Fiber Reinforced Polymer,简称GFRP)筋作为一种替代钢筋的新型工程材料已在混凝土结构中开始使用,对高温氯盐溶液中两种基体树脂的GFRP筋在90 d浸泡周期内的腐蚀情况、破坏机理及拉伸力学性能指标的变化规律进行研究。试验结果表明,浸泡前后GFRP筋外观并无太明显的变化,质量变化均在2%之内,说明高温氯盐溶液对GFRP筋的腐蚀不大。两种基体材料GFRP筋的典型破坏形式大致相同,均为丝束状炸开的脆性破坏。在90 d的浸泡周期下,两种基体材料GFRP筋的拉伸强度变化略有不同,但强度衰减均在15%以内,且浸泡前后筋材的拉伸强度值仍可满足相关标准的要求;而弹性模量变化规律相似,高温氯盐溶液对其影响不大,模量衰减均在2%以内,且浸泡前后筋材的弹性模量值仍可满足相关标准的要求。由此可知,氯盐溶液对GFRP筋的拉伸力学性能影响不大,GFRP筋在氯盐环境的工程应用中具有良好的耐久性能。     

玻璃纤维复材筋拉伸性能温度效应试验研究

玻璃纤维复材(GFRP)筋拉伸性能的温度效应十分明显,特别是高温环境下其性能变化规律在工程应用中需要重点关注。以GFRP筋直径、温度值高低、温度升高方式和恒温时间等为变化因素,通过试验研究温度效应下GFRP筋拉伸力学性能的变化规律。研究结果表明:随着温度升高,GFRP筋极限抗拉强度和极限应变下降较明显,而高温作用对GFRP筋的弹性模量影响较小。高温下直径16 mm的GFRP筋的极限抗拉强度和弹性模量比直径22,25 mm的高。温度低于240℃的情况下,经恒高温作用后筋体的极限抗拉强度比未经恒高温作用的同温度下的筋材略有增加,高于240℃后两种筋材的极限抗拉强度无明显差异。当恒高温作用时间不超过1 h时,GFRP筋力学性能较为稳定。     

混凝土环境中GFRP筋性能衰退的规律及机理

为了探究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋在模拟和真实混凝土环境中性能衰退的规律及机理,设置了碱溶液(AS)和混凝土包裹GFRP筋后置于自来水中(CS)2种侵蚀环境,采用短梁剪切法分析了GFRP筋力学性能的衰退规律,并借助扫描电子显微镜、差示扫描量热法分析了GFRP筋的微观结构和玻璃化转变温度(T_g).结果表明：随着温度的升高,GFRP筋层间剪切强度衰退的速率加快;GFRP筋在60℃的AS中老化183 d后层间剪切强度保留了48.6%,Tg降低了9.2%,部分纤维与树脂脱黏,树脂出现孔洞;相同条件下CS中GFRP筋的层间剪切强度保留了61.4%,Tg降低了3.4%,纤维产生浅坑.基于Arrhenius方程建立了北京地区GFRP筋的性能预测模型.     

黏砂变形GFRP筋与约束混凝土之间的黏结性能

基于30个Losberg拉拔试验,对黏砂变形GFRP筋与采用箍筋约束的混凝土之间的黏结性能进行了较为系统的研究.研究表明:GFRP筋与约束混凝土之间的黏结-滑移(τ-s)曲线可分为微滑移段、滑移段、下降段、二次上升段以及残余下降段;对于采用箍筋约束的GFRP筋试件,均只发生拔出破坏,而对于无箍筋约束的GFRP筋试件,其破坏模式包括拔出和劈裂两种;与无箍筋约束的GFRP筋试件相比,GFRP筋与约束混凝土之间的黏结强度增加了0％～16％,而达到黏结强度时对应的滑移量则提高了1.20～2.76倍.在考虑GFRP筋直径、黏结长度、体积配箍率等因素的基础上,建立了GFRP筋与约束混凝土之间的黏结-滑移本构模型.     

国内外混凝土结构设计规范的氯盐环境作用指标分析

针对混凝土结构设计规范中环境作用等级和耐久性设计指标开展对比分析,研究了氯盐环境下国内外混凝土结构耐久性设计规范中环境作用等级划分的方式、依据和各规范之间的差异,以及该差异对混凝土结构耐久性设计指标造成的影响。通过案例分析表明:各国标准和规范对混凝土结构在氯盐环境下耐久性设计指标均根据其所处的环境作用等级确定;环境作用等级主要根据混凝土结构在腐蚀环境中的空间位置和环境作用强度进行划分;各国规范对相同环境条件同一混凝土结构的耐久性设计指标的取值有所区别,我国规范对于氯盐环境的作用等级分类更细。     

模拟混凝土碱性环境下FRP筋的耐久性

通过碱溶液模拟混凝土内部孔隙水的碱性环境,研究了碱性环境对玻璃纤维增强塑料筋(GFRP筋)和玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)的拉伸强度、拉伸弹性模量以及剪切强度、破坏形态等的影响。结果表明:碱溶液作用降低了GFRP筋的拉伸强度和剪切强度,降低程度与时间有关;GFRP筋在碱溶液中发生了后固化反应,GFRP筋的力学性能变化是碱溶液作用和后期固化程度综合影响的结果。碱溶液作用降低了BFRP筋的拉伸强度、拉伸弹性模量和剪切强度,随着碱溶液作用时间的增加,拉伸强度与拉伸弹性模量降低程度有增加的趋势。玻璃纤维和玄武岩纤维中的Si-O键在水分子和碱溶液OH-作用下断裂,树脂基体中的酯键在碱溶液中水解以及纤维和树脂之间的粘结界面性能的退化是GFRP筋和BFRP筋力学性能退化的主要原因。BFRP筋的耐碱性比GFRP筋差,文章给出了机理分析并对提高FRP筋的耐碱性提出了相关建议。     

氯离子与荷载耦合条件下玻璃纤维增强复合材料耐久性试验研究

分别在氯化钠溶液浸泡及氯离子与荷载耦合条件下对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)片材进行耐久性试验,测得其抗拉强度、弹性模量及吸湿率的时变特性,分析不同环境条件与荷载作用下GFRP的长期力学性能及吸湿机理。研究结果表明:GFRP弹性模量下降幅度最大;荷载加速了GFRP力学性能的降低;氯离子与荷载耦合作用对GFRP力学性能的影响大于单一因素。分析表明:吸湿过程中GFRP片材的抗拉强度取决于其吸湿量的大小。