眾所周知,服役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在全壽命周期內(nèi)的性能退化分析已得到國內(nèi)外學者們的普遍關(guān)注。其中,鋼筋銹蝕問題一直以來是影響結(jié)構(gòu)全壽命周期性能退化的主要矛盾。為了有效緩解這一矛盾,提高結(jié)構(gòu)的全壽命周期性能,用高性能纖維增強塑料筋(Fiber Reinforced Polymer Bars,簡稱FRP筋)來代替普通鋼筋是一個行之有效的方法。因此,研究FRP筋材的耐久性及其與混凝土間的粘結(jié)性能是推廣FRP筋在混凝土結(jié)構(gòu)中應用的必然要求。本文在國家自然科學基金“基于耐久性的FRP筋與普通鋼筋混合配筋混凝土構(gòu)件設計及性能研究(51578267)”的資助下,采用試驗研究、理論分析等方法,開展了侵蝕環(huán)境下GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋的力學性能退化及GFRP筋與混凝土間粘結(jié)性能退化等研究,主要工作有:1、GFRP筋材以及GFRP筋與混凝土粘結(jié)試件的侵蝕試驗研究。共制備了三批侵蝕試驗試件:(1)拉伸試件,對三種不同直徑(8、12和16mm)的GFRP筋材進行了180d侵蝕溶液的浸泡試驗;(2)彎曲、剪切試件,對三種不同直徑的GFRP筋材進行了12、36和72d侵蝕溶液的浸泡試驗;(3)粘結(jié)性能試件,對GFRP筋-混凝土粘結(jié)試件進行了150、210和270d侵蝕溶液的浸泡試驗。試驗分別采用了清水、堿溶液和鹽溶液等三種侵蝕環(huán)境,對比分析了不同侵蝕環(huán)境、浸泡時間對試件表觀劣化的影響。試驗結(jié)果表明:堿環(huán)境對筋材造成的損傷較大,其表面有纖維起皮、脫落等現(xiàn)象;隨浸泡時間的增加,筋材原本光滑的表面變得粗糙和凹凸不平;經(jīng)鹽環(huán)境侵蝕后,GFRP筋-混凝土粘結(jié)構(gòu)件表面發(fā)白,并有一層鹽附著在混凝土表面。2、侵蝕作用后GFRP筋拉伸力學性能退化試驗研究。通過對34根受侵蝕作用后的GFRP筋材進行拉伸試驗,研究了筋材的破壞模式,分析了直徑、侵蝕環(huán)境對筋材抗拉強度以及彈性模量的影響規(guī)律。拉伸試驗結(jié)果表明:筋材直徑越大,其破壞越分散;侵蝕環(huán)境對筋材的彈性模量影響不大,但對其抗拉強度的影響顯著,基本表現(xiàn)為在堿環(huán)境條件下性能降低最多,其次是鹽環(huán)境,最少的是清水環(huán)境;抗拉強度具有一定的尺寸效應,并且還和其長徑比有很大關(guān)系。3、侵蝕作用后GFRP筋彎曲、剪切力學性能退化試驗研究。分別對受侵蝕作用后的22根彎曲試樣和44根剪切試樣進行了彎曲、剪切試驗,主要對比分析了浸泡時間、侵蝕環(huán)境和直徑對GFRP筋的彎曲、剪切性能的影響等。試驗結(jié)果表明:侵蝕環(huán)境以及浸泡時間對彎曲彈性模量和最大應變的影響不大;直徑越大的剪切試樣,其端部破壞的斷層越多,而且整體破壞更為嚴重;侵蝕環(huán)境對試樣的彎曲、剪切強度均有不同程度的退化作用;試樣的剪切強度隨浸泡時間的增加而降低,并且在前36d其剪切強度下降較快,36d后下降速度減緩。4、GFRP筋與混凝土粘結(jié)性能退化試驗研究與理論分析。通過對36個受侵蝕作用后的粘結(jié)試件進行拉拔試驗,對比分析了侵蝕環(huán)境、浸泡時間以及尺寸對試件粘結(jié)強度和粘結(jié)-滑移關(guān)系的影響。試驗結(jié)果表明:侵蝕環(huán)境對其粘結(jié)強度有較明顯的影響,其中鹽環(huán)境對其影響最為敏感,其次為清水環(huán)境,影響較小的是堿環(huán)境;粘結(jié)性能隨時間的增加而降低,基本呈現(xiàn)先陡后緩趨勢;粘結(jié)-滑移曲線主要分為微滑移階段、線性上升階段、雙曲線下降階段和周期性波動殘余應力階段等;基于彈性力學厚壁圓筒模型,建立了GFRP筋與混凝土的粘結(jié)強度理論模型,結(jié)合國內(nèi)外學者開展的相關(guān)試驗結(jié)果,通過試驗值和理論值對比分析,得到均值為1.02,變異系數(shù)?為0.09,表明試驗值與理論值吻合良好,從而驗證了本文推導出的粘結(jié)強度理論模型的準確性。
【學位單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

2.1 引言試驗是指導人們認識世界和改造世界的必要手段，但是并不是所有試驗都適用于實體進行。用模型進行模擬試驗不但能夠低成本、有效、方便地對現(xiàn)象進行研究，而且能夠?qū)ξ磩?chuàng)造出來的實物對象進行預測。所以，本課題圍繞筋材直徑、浸泡時間、侵蝕環(huán)境等主要參數(shù)，設計制作了一批 GFRP 筋材試樣及其與混凝土的粘結(jié)構(gòu)件，開展室內(nèi)侵蝕試驗模擬現(xiàn)場環(huán)境結(jié)構(gòu)作用下的性能劣化行為分析。2.2 試驗材料的物理力學性能2.2.1 GFRP 筋材的物理力學性能拉伸試樣采用南京鋒暉復合材料有限公司拉擠成型的 GFRP 筋，由玻璃纖維和乙烯基酯樹脂組成。筋材試樣如圖 2.1 所示，其物理力學性能參數(shù)見表 2.1。

混凝土攪拌機攪拌均勻后澆筑到試模中，然后置于振動臺上振搗保證其密實性。澆筑的試件如圖2.3a 所示。三種直徑的筋材總共澆筑了 90 個粘結(jié)試件，在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護 28d，養(yǎng)護狀態(tài)如圖 2.3b 所示。澆筑拉拔試件時，每批澆筑 6 個標準混凝土試塊，標準養(yǎng)護 28d 后測試其力學性能指標。(a) 澆筑完成的試件 (b) 標準養(yǎng)護狀態(tài)圖 2.3 拉拔試件的制備與養(yǎng)護Fig 2.3 Preparation and maintenance of pull-out specimen2.4 侵蝕環(huán)境浸泡試驗在自制的無蓋鐵皮箱以及玻璃溶液箱中進行，溫度為常溫。侵蝕環(huán)境主要有以下幾種。(1)堿環(huán)境：根據(jù) ACI 440.3R-04 規(guī)范[67]建議的方法進行配置，在 1L 去離子水中加入 118.50g Ca(OH)2、0.90g NaOH、4.20g KOH，實測 pH 值為 12.82；(2)鹽環(huán)境：依據(jù) ASTM d665-06 規(guī)范[68]

2.5.1 軸向拉伸試樣侵蝕試驗方法GFRP 筋拉伸試樣浸泡時間為 180d，試樣總共 34 根。惡劣侵蝕環(huán)境特別是鹽、堿環(huán)境對筋材的腐蝕較大，所以主要針對這兩種環(huán)境，每種直徑筋材分別準備了 4 根；而清水、實驗室環(huán)境是為了做對比分析，樣本略少，每種直徑分別有1~2 根。避免 GFRP 筋兩端被溶液腐蝕造成試驗結(jié)果誤差，用環(huán)氧樹脂封住試樣兩端，在放入浸泡池之前，試樣需要編號標記，便于表觀觀測以及試驗時容易區(qū)分，浸泡池如圖 2.4 所示。在試驗周期內(nèi)，為了減緩溶液中水分的蒸發(fā)，試樣放入容器之后，用聚乙烯薄膜封住容器口，并定時補充水分，使腐蝕溶液的水位保持恒定。定期檢測溶液的 pH 值，保證 pH 值的穩(wěn)定。取出達到齡期的試樣，用無離子水洗凈干燥后進行拉伸力學性能測試。

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本文編號：2809480