腐蚀环境下预应力锚筋的耐久性试验研究

为了深入研究岩土锚固结构长期性能的损伤演化规律,在室内腐蚀环境下开展了预应力锚筋的加速腐蚀试验与腐蚀试件材料性能试验。基于试验成果分析腐蚀p H值、时间、应力水平、供氧水平等因素对预应力筋材腐蚀外观、单位长度腐蚀量以及力学性能损失的影响规律。分析结果表明,这些因素与预应力锚筋的腐蚀及损伤程度密切相关,主要表现出如下特征:(1)腐蚀时间越长,筋材腐蚀程度越严重;(2)酸性液浸泡后筋材腐蚀程度明显,且酸性腐蚀液p H值越小,筋材腐蚀程度越高,而碱性溶液浸泡后筋材腐蚀不明显;(3)在强腐蚀条件下,筋材的应力水平越高,筋材腐蚀程度越严重;(4)在弱腐蚀条件下,筋材的腐蚀程度与供氧水平密切相关,供氧不足时,筋材腐蚀程度较轻。     

碱性环境中BFRP筋耐腐蚀性能试验研究

针对玄武岩纤维增强树脂基复合筋材(BFRP筋)在碱性环境中的耐腐蚀性能和腐蚀机理进行了试验研究,试验变量包括树脂基体种类、碱性环境类别、腐蚀龄期等。碱性环境包括碱溶液浸泡和潮湿混凝土包裹两种,筋材分为环氧树脂基体复合筋(BE筋)和乙烯基酯树脂基体复合筋(BV筋),试验最长龄期为120d。为加速腐蚀效果,试验采用60℃的高温浸泡。并采用扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀前后的筋材微观结构进行分析,对腐蚀机理进行了研究。试验结果表明:BE筋腐蚀前后强度均高于BV筋,BE筋的耐碱性能优于BV筋;SEM观察发现沿筋材径向,BE筋中出现明显的腐蚀层和未腐蚀层的分界,而BV筋中没有出现明显的纤维松散层,但是出现了大量的界面脱粘和微裂缝,分析认为强度退化主要是由纤维/树脂界面脱粘导致纤维不能协同受力引起;通过对BFRP筋在直接碱溶液浸泡和混凝土包裹环境下浸泡后的退化规律的比较分析得出,两种情况下的时间转换因子为2.67。     

加速老化环境下纤维增强复合材料筋耐腐蚀性能试验研究

对碳纤维和玄武岩纤维增强复合材料(CFRP和BFRP)筋材进行两种温度下、两种腐蚀溶液中的耐腐蚀性能试验研究,并对室内混凝土环境下的BFRP筋力学性能退化进行研究,同时,针对BFRP筋进行两种溶液、两种温度下的吸湿和质量损失试验。试验结果表明:随着温度的提高,纤维增强复合材料(FRP)筋的抗拉强度退化加剧;碱溶液对BFRP筋的腐蚀大于水,室内混凝土环境不会对BFRP筋造成损伤;CFRP筋的抗拉强度在两种腐蚀溶液中几乎不发生退化,但弹模退化程度大于BFRP筋。温度越高,筋材吸湿速率越大,碱溶液中大于水中;质量损失率能较好地表征FRP筋的性能退化情况。     

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。     

腐蚀环境下预应力锚筋损伤试验研究

 为了深入研究腐蚀环境中锚固结构腐蚀损伤发展规律,考虑氧气浓度与局部腐蚀的影响,在室内开展腐蚀环境下预应力锚筋浸泡腐蚀试验及腐蚀试样材料力学性能试验。腐蚀试验过程中进行电化学测试与筋材局部应变监测,基于试验结果分析预应力、环境pH值、环境含氧浓度等因素与锚筋腐蚀速率、外观损伤特性、单位长度损失量、力学特性之间的关系,并探讨不同含氧环境下预应力锚筋局部应变发展规律。试验结果表明：(1) 弱酸环境中酸性越强锚筋腐蚀速率越快;(2) 氧气对预应力锚筋腐蚀促进作用显著,环境氧气浓度越高腐蚀速率越大,但超过一定值后增大现象不明显;(3) 试验条件下,随着通氧速率增大,锚筋单位长度腐蚀量增加;(4) 锚筋极限伸长率、极限抗拉载荷、弹性模量3个力学指标随着环境氧含量增大有明显的下降现象,且在同一通氧速率下,极限伸长率损失率最大,弹性模量损失率次之,而极限承载力损失率最小;(5) 局部腐蚀使受腐蚀截面力心发生偏移,不同含氧环境下锚杆表面应变发展迥异,富氧侧应变呈拉应变增大趋势,而缺氧侧则由拉应变向压应变发展。     

腐蚀对锚索力学性能影响的试验研究

通过施加、未施加预应力钢绞线裸筋和施加、未施加预应力注浆空洞缺陷锚索4种不同类型锚索锚筋的腐蚀试验,分析研究在强腐蚀环境条件下锚索锚筋的腐蚀情况、腐蚀速率、力学性能随时间的变化规律等,对腐蚀造成锚索锚筋力学性能降低及不同类型试样的降低差异进行分析,对锚索腐蚀试样断裂荷载随时间的变化关系进行回归分析。分析结果表明:在相同的腐蚀环境条件下,存在注浆空洞(或PE套管、波纹管破损)缺陷的锚索,其腐蚀的速率比钢绞线裸筋要快,比无缺陷锚索更快;应力腐蚀对锚索锚筋力学性能的影响较大;在进行多种不同腐蚀环境锚索锚筋断裂荷载与腐蚀时间关系试验的基础上,可以通过锚索锚筋断裂荷载与时间关系的回归拟合曲线,推断某一腐蚀条件下锚索锚筋的断裂荷载,从而进行锚索的安全评价和寿命预测。     

不同侵蚀环境下玄武岩纤维筋的耐腐蚀性及强度变化规律研究

侵蚀环境下玄武岩纤维筋(BFRP筋)的耐腐蚀性和强度变化直接关系到BFRP筋预应力锚索的锚固性能和加固效果,通过配制pH为3、8、13的酸碱溶液、人工海水、蒸馏水等5种侵蚀溶液模拟不同侵蚀环境,进行了BFRP筋的耐腐蚀性与强度变化规律研究,结果表明:侵蚀溶液作用前后BFRP筋保持线弹性变形行为,经过不同溶液浸泡后BFRP筋强度随浸泡时间呈现出近似线性的衰减趋势,随浸泡时间增加,当浸泡溶液渗入环氧树脂基体内部后,由于溶液对环氧树脂基体的固化交联作用增强,环氧树脂基体强度增加,而侵蚀溶液长期作用下溶液与玄武岩纤维硅氧四面体桥氧的化学反应造成筋材内部结构缺陷是导致BFRP筋强度降低的主要原因。相比于酸性溶液、蒸馏水、人工海水,碱性溶液与玄武岩纤维的化学反应更为剧烈,在其侵蚀作用下BFRP筋的强度降低最为明显。研究成果可为BFRP筋广泛应用于各类腐蚀环境下岩土锚固工程提供参考和技术指导。     

腐蚀环境下锚固顺层边坡时效演化行为模型试验

为深入认识腐蚀环境下锚固顺层边坡的长期演化规律,利用能模拟复杂腐蚀环境的预应力锚固边坡模型试验系统,开展拟环境多因素锚固顺层边坡地质力学模型试验,分析自由段腐蚀条件下锚筋腐蚀电化学过程、锚固力损失规律与锚固边坡长期变形响应特征。试验结果表明:(1)自由段锚筋接触腐蚀液后迅速进入活化腐蚀状态,初期锚筋腐蚀速率较大,随着浸泡时间的增加腐蚀速率逐渐减小,30~60 d后腐蚀速率趋于稳定。(2)环境中的Cl-,O2及筋材施加的预应力均会显著增加锚筋的腐蚀速率。(3)两端锚固良好条件下,自由段腐蚀作用未明显加速锚筋预应力损失;自由段腐蚀后锚固结构预应力损失主要受初始锚固力大小与岩体变形影响。(4)锚固边坡不同部位变形主要与岩体结构、自重应力及锚固力大小有关,自由段筋材的腐蚀没有直接影响边坡变形;锚固结构腐蚀对边坡变形稳定的影响机制主要体现在腐蚀引起锚筋失效或锚固段腐蚀引起预应力大幅度降低。试验成果可以为锚固顺层边坡的长期安全性评估提供科学依据。     

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.     

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。     

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。     

模拟酸雨环境下C40混凝土抗压性能试验研究

利用实验室加速腐蚀方法模拟了3种pH值(分别为1.5,2.5和3.5)的酸雨环境,将246个C40混凝土棱柱体试块分为3组,分别在3种pH值酸雨溶液中进行侵蚀,并与108个同期未受腐蚀的试件作对比,得到了不同酸雨环境中混凝土腐蚀不同时期的抗压性能(轴心抗压强度、静力受压弹性模量等).结果表明:经模拟酸雨溶液中H+和SO42-的共同腐蚀作用,3组试件的外观、质量等均随时间的延长而发生变化,且其轴心抗压强度和弹性模量在腐蚀初期都有短暂的上升,而随着腐蚀时间的延长,其轴心抗压强度和弹性模量发生明显劣化,且酸性较强的酸雨溶液对混凝土力学性能的劣化促进作用比酸性弱的酸雨溶液更加显著.     

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.     

腐蚀方式对Q345钢材料力学性能的影响

为研究大气环境中干湿交替腐蚀现象对Q345钢材料力学性能的影响,首先提出了3种"间浸"式腐蚀方式,并改变模拟酸溶液的pH值;然后对经不同腐蚀方式腐蚀损伤后的试件开展拉伸材性试验,研究了各种材料力学性能参数损失百分率随腐蚀方式的变化情况。试验结果表明:相同酸性溶液中,腐蚀方式的"浸泡—晾置"交替次数越多,试件材性参数值退化越多;溶液酸性越弱,试件材性参数值随腐蚀方式变化的退化值差异越小,表明弱酸性溶液中腐蚀方式对钢材腐蚀损伤的影响较小。     

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。     

环氧基GFRP筋在海水海砂混凝土孔溶液环境下的损伤演化试验与模型研究

为研究环氧基玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液环境下的损伤演化机理与性能退化规律,对其进行溶液浸泡加速腐蚀、静力拉伸、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和能谱仪(EDS)等检测试验,并与相同基体的碳纤维增强聚合物(CFRP)筋进行对比分析,得到环氧基G/CFRP筋在SWSSC孔溶液中的强度和弹性模量的退化规律,对比G/CFRP筋腐蚀损伤机理,提出基于氢氧根离子蚀刻速率的损伤演化理论公式,并建立相应有限元模型。结果表明：环氧基G/CFRP筋的抗拉强度随浸泡时间和孔溶液温度的增加而降低,当FRP筋的强度保留率高于80%时,其弹性模量的保留率在95%以上;环氧基GFRP筋的腐蚀损伤主要由环氧基体交联结构的水解、界面相的失效以及玻璃纤维蚀刻引起,而环氧基CFRP筋主要发生基体和界面相的破坏,碳纤维不受腐蚀。基于氢氧根蚀刻速率的损伤模型能够较准确地预测FRP筋在SWSSC孔溶液环境下的蚀刻深度和抗拉强度。     

不同腐蚀环境作用下玄武岩增强复材筋疲劳性能试验研究

酸及高温腐蚀作用下玄武岩增强复材(BFRP)筋疲劳性能的变化规律是研究BFRP筋混凝土结构在复杂环境下疲劳损伤的基础,通过轴向拉伸疲劳试验,观察BFRP筋在不同腐蚀时间及不同温度作用下的外观变化形态和在疲劳荷载作用下的破坏模式,获得各工况下BFRP筋的强度-寿命(S-N)曲线,分析疲劳寿命随腐蚀时间及温度而变化的规律。结果表明:BFRP筋疲劳寿命随温度提高而大幅减小,270℃时,各应力作用下疲劳寿命损失率分别高达80.16%、83.66%、85.03%、87.60%、89.0%;腐蚀时间对BFRP筋疲劳寿命影响显著,应力Smin为415 MPa时,室温条件下,未经酸碱腐蚀的复材腐蚀时间15,30,45 d的复材疲劳寿命损失率分别为26.36%、66.22%、82.68%;应力Smax为795 MPa时,疲劳寿命损失率为67.02%、80.94%、90.55%。     

硼酸腐蚀对钢筋混凝土力学性能影响的试验研究

依据某核电站换料水池实际环境设计不同浓度的试验环境,研究不同浓度硼酸腐蚀下钢筋混凝土的基本力学性能,并对钢筋混凝土内钢筋电化学行为进行研究.试验结果表明:硼酸腐蚀对钢筋混凝土的影响较小且腐蚀仅发生在钢筋混凝土表面位置,钢筋混凝土内部仍保持高碱性环境;在硼酸含量为3.00%的腐蚀溶液中,腐蚀产物形成结晶,抑制钢筋混凝土的进一步腐蚀.     

MDEA脱硫溶液腐蚀性能影响因素研究

利用电化学方法在MDEA溶液介质中对20#、20R、304不锈钢、316L四种材质在不同工况下的腐蚀行为进行了室内模拟评价。结果表明,碳钢在气相和液相中的腐蚀速率随温度升高而增加。在相同条件下,20#和20R在气相中的腐蚀速率高于液相。实验条件下,未通入H2S的胺液对各材质均无明显的电化学腐蚀,通入H2S至饱和的胺液在运行一段时间后碳钢的气相腐蚀速率增加。实验过程中,均未检测到不锈钢304及316L的电化学腐蚀倾向。     

硅灰对混凝土耐硫酸腐蚀性能试验研究

为了探究硅灰掺量对酸性环境下混凝土耐久性的影响,以一定浓度的硫酸溶液作为腐蚀介质,研究了硅灰掺量分别为0、5％、10％和15％的混凝土试样随腐蚀时间的变化规律.结果表明:随着腐蚀时间的延长,试样均经历从"返霜"到严重破坏的过程,但硅灰的掺入能较好地保持腐蚀过程中试样的完整性;硅灰的掺入可有效减小腐蚀过程中抗压强度的损失...