冻融循环与持续荷载共同作用下FRP片材-混凝土界面黏结性能的退化行为

为研究冻融循环影响下纤维增强复合材料(FRP)外贴加固混凝土结构的界面性能,通过双面剪切试验研究冻融循环与持续荷载共同作用下FRP片材-混凝土界面黏结性能的退化行为。在经历最大200次冻融循环作用后,对试件进行静态加载,并采用数字图像相关法量测试件表面的全场位移,进而计算界面黏结滑移关系。试验结果表明:冻融循环作用对FRP片材-混凝土界面的极限承载力、极限滑移、FRP最大应变、最大剪应力、界面断裂能等均有明显的削弱作用,界面黏结滑移曲线退化显著;预加荷载的存在加剧了冻融循环作用后界面黏结性能的退化;冻融循环作用前后界面的破坏模式也发生了显著改变。     

持载和冻融循环对CFRP-高强混凝土界面的影响

目的研究持续荷载与冻融循环共同作用下CFRP-高强混凝土的界面粘结性能.方法利用自制的持续加载装置对CFRP-高强混凝土试件施加不同等级的持续荷载并经过100次冻融循环后,通过双面剪切试验对界面的粘结性能进行研究.结果100次冻融循环作用后混凝土强度增长了1.4%.持载冻融作用下,CFRP片材的弹性模量最大差值没有超过4%.在12 kN的持续荷载和100次冻融循环共同作用下,破坏荷载与常温环境下的对比试件相比降低了1.6%,而极限端部滑移增加了1.5%,持载冻融条件并没有对破坏荷载和极限端部滑移产生显著影响,但在靠近加载端附近产生损伤区域,此区域内界面的剪切模量降低,界面破坏形态也发生了明显的变化.结论高强混凝土和CFRP片材有良好的抗冻性,在持载冻融环境下,CFRP加固高强混凝土结构具有较好的耐久性.     

特定环境下FRP与混凝土正拉黏结性能试验研究

通过纤维增强塑料(FRP)与混凝土试件的正拉黏结强度试验来研究碳化、冻融循环、盐溶液干湿循环下FRP与混凝土之间的黏结耐久性.碳化、干湿循环作用后,CFRP与GFRP试件的正拉黏结强度有一定提高,表明这两种复合材料体系可以用来加固碳化、盐溶液干湿循环作用地区的混凝土结构.冻融循环作用达到一定循环次数后,正拉黏结强度随着冻融循环次数增加逐渐降低,这与冻融降低了混凝土强度有关,冻融循环对复合材料与混凝土的黏结界面也有不利影响,因此这两种复合材料体系用于加固承受冻融作用的混凝土结构时,需要考虑耐久性问题.     

冻融环境下地聚物混凝土和螺纹钢筋黏结性能的研究

寒冷地区临海、盐碱土壤或冰盐环境中的混凝土结构因遭氯离子腐蚀和冻融循环的共同作用使得钢筋与混凝土间的黏结性能劣化，甚至会导致构件过早失效。为了分析在冻融循环和氯离子腐蚀耦合作用下地聚物混凝土与螺纹钢筋间黏结性能的变化规律，通过拉拔试验研究了地聚物混凝土与螺纹钢筋在此环境下的黏结性能，分析了保护层厚度（40 mm、60 mm、67 mm）、盐溶液浓度（0 %、5 %、10 %）和冻融次数（0次、15次、30次、50次）对极限黏结强度及黏结—滑移曲线的影响。结果表明：盐冻循环和水冻循环试件与未冻融试件破坏模式相同，均为劈裂破坏；但与未冻融的试件相比，极限黏结强度总体上降低，经过50次冻融循环后，盐冻和水冻试件的极限黏结强度为未冻融试件的56 %~67 %和80 %左右；最后，基于试验数据，提出考虑冻融次数和盐溶液浓度影响作用下地聚物混凝土劈裂抗拉强度以及极限黏结强度的拟合公式，以期为混凝土结构的工程应用提供理论参考。     

CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能

碳纤维增强复合材料(CFRP)广泛用于结构构件的加固和修复。为了进一步了解CFRP加固混凝土结构的力学特性,本文针对CFRP-混凝土黏结界面的剪切滑移性能,开展准静态拉伸-剪切试验研究,得到界面剪应力-位移曲线和CFRP应变分布以及CFRP-混凝土界面的剪切破坏形态;揭示了CFRP-混凝土界面剪切滑移破坏机理;建立了CFRP-混凝土界面精细化有限元分析模型。分析结果表明:在界面剪力作用下,加固试件会发生界面混凝土脆性剪切破坏,CFRP和环氧树脂黏结层则无明显损伤,界面剪切强度由混凝土抗剪强度控制;监测CFRP初始应变分布无法预测破坏面;即使设置非黏结区,混凝土试件端部仍然被拉下三角形块体,其大小受有效黏结区影响;在黏结区与非黏结区交界处,CFRP的应变随荷载呈线性增大;有效黏结长度为粘贴长度的51%;建立的数值计算模型也得到了试验结果的验证。     

湿热耦合环境下碳纤维布加固混凝土界面耐久性能

为研究碳纤维补强聚合物加固混凝土结构在湿热环境下的耐久性能,通过对不同湿热耦合作用下36个CFRP-混凝土试件进行试验研究,分别进行5 d、10 d、15 d的加速湿热老化,并对其进行双剪试验,分析了不同温度、湿度的耦合作用下CFRP-混凝土界面的破坏形态、极限承载力、应变分布及相对位移等力学参数,进而分析湿热耦合环境对界面力学性能及黏结耐久性能的影响。结果表明:湿热老化作用后,CFRP-混凝土界面的界面力学性能有所退化;高温高湿耦合作用对界面的力学性能影响较大,15 d湿热腐蚀后,极限荷载、极限位移、CFRP应变较室温组试件分别下降26. 11%、25. 77%、40. 33%;湿热腐蚀介质渗入黏结界面,引起应变传递及位移发展更为迅速,对加固结构耐久性造成了损伤。     

严酷水环境下胶-混凝土界面黏结性能

为了研究胶-混凝土界面黏结性能在严酷水环境下的劣化规律,设计了胶-混凝土黏结试件在泡淡水、泡淡水与持续荷载耦合以及冻融循环3种环境下的劣化试验。试验方案同时考虑了2种混凝土强度和2种界面胶黏剂,共制作了100个试件。在劣化处理后,对试件进行四点弯曲试验,实测了不同劣化时长下试件的破坏荷载、破坏形态和荷载-位移曲线。在此基础上,分析了胶-混凝土界面黏结性能的劣化规律。试验结果表明:淡水环境对胶-混凝土界面的影响可忽略不计;淡水与持续荷载耦合环境的劣化作用较为明显,42 d后试件的最大承载力的下降可达41.2%;冻融循环的劣化作用在循环次数25次时不明显,但当循环次数达到50次后,试件最大承载力的下降可达28.3%;各种劣化环境下试件的破坏形态均为胶-混凝土混合破坏;荷载-位移曲线表明胶-混凝土混合破坏属于脆性破坏。     

粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响

为了揭示混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面黏结性能的影响,以灌砂法实现混凝土表面的粗糙度量化评定,完成了6种界面粗糙程度的FRP-混凝土试件界面的单剪试验,探讨了混凝土表面粗糙度对FRP-混凝土界面极限黏结力、黏结强度以及黏结滑移曲线的影响规律.研究结果表明:粗糙度为0.44的试件界面黏结性能最好,极限黏结力和黏结强度较粗糙度为0.25的试件分别提高36%～51%和124%～221%.文中还建立了基于粗糙度参数的界面有效黏结长度计算模型,发现有效黏结长度在6种界面上随粗糙度的增加总体呈降低的趋势;粗糙度小于0.56时,试件界面黏结滑移曲线在脆性区间的刚度相差无几,界面越粗糙,脆性区间越窄,而在塑性阶段,6种界面试件的黏结滑移曲线以不同斜率下降,最终发生剥离破坏时的滑移值为0.04～0.37 mm.     

胶层厚度对CFRP-混凝土界面性能影响的数值分析

纤维增强复合材料(FRP)-混凝土界面性能是分析FRP加固混凝土结构的受力状态的基础。其中,胶层厚度是影响界面本构关系的关键因素,需要深入而有效的研究。通过运用有限元程序,针对界面本构模型的差异性进行了分析,研究了胶层厚度对FRP-混凝土界面性能的影响,得到了胶层厚度对FRP-混凝土界面极限承载力、界面本构模型3个重要参数和有效粘结长度的影响规律。结果表明,界面极限承载力随着胶层厚度的增加先增后降,在胶层厚度为2 mm时达到最大,界面的剪切刚度和最大剪应力随着胶层厚度的增加而降低,有效粘结长度和界面破坏能则随之增大。     

冻融循环对十字形型钢混凝土柱轴压性能影响分析

为探究十字形型钢混凝土（SRC）柱经冻融作用后力学性能的演变,考虑混凝土强度、配筋率及长细比三个影响因素,采用ABAQUS软件对十字形SRC柱进行冻融和压缩模拟研究,对比分析冻融循环对十字形SRC柱荷载-应变曲线及承载力退化规律的影响,并归纳总结其承载力退化系数表达式.结果表明：SRC试件极限承载力与冻融循环次数呈负相关趋势,冻融循环导致混凝土劣化,使构件轴压承载能力降低,100次冻融循环后,SRC柱的极限承载力最大下降8.48%;而构件轴压承载能力与配筋率呈正相关趋势,因此适当提高混凝土强度及配筋率可有效抵御构件的冻融损伤;此外,极限承载力与长细比成反比,长细比过大,构件易发生弯曲失稳破坏;所提出轴压承载力退化系数计算值与模拟值吻合度较好.     

冻融循环对FRP增强混凝土柱影响试验研究

为验证采用FRP加固混凝土结构的耐久性能，采用快速冻融循环试验方法，首先研究了冻融循环对FRP力学性能、粘结剂剪切粘结性能、FRP与混凝土粘结强度的影响，并在此基础上进一步研究了冻融循环对FRP加固混凝土柱受力性能的影响．结果表明：冻融循环对CFRP的力学性能影响不大，对GFRP力学性能有较大影响；冻融循环对FRP与混凝土粘结性能影响较大，对FRP增强混凝土柱的影响不显著．     

冻融循环作用下超高延性纤维增强水泥基复合材料加固力学性能试验研究

为研究冻融循环作用下聚乙烯纤维增强复合基体材料(Polyethylene Fiber-Engineered Cementitious Composite，PE-ECC)与不同FRP的力学性能及微观结构演化规律，对PE-ECC、PE-ECC-BFRP和PE-ECC-CFRP三种试件进行快速冻融试验。研究试件在不同冻融循环次数下的质量损失率、相对动弹性模量、三点抗弯试验及扫描电镜。试验结果表明：在冻循环150次PE-ECC和普通砂浆混凝土的质量损失率分别为1.67%和13.5%，PE纤维的阻裂作用可以很好约束水泥砂浆的剥落；在PE-ECC水泥纤维基体材料中添加CFRP网格布或BFRP网格布可以提高试件的强度和降低水泥纤维基体材料内部微裂缝的扩展，提高了水泥纤维基体材料的抗冻性能；PE-ECC-BFRP试件和PE-ECC-CFRP试件比PE-ECC试件的最大承载能力分别增大了22.5%、67.3%，最大挠度分别增大了28.2%、76.7%，在冻融循环作用下FRP网格布可以提高PE-ECC的抗弯能力和最大挠曲能力。     

橡胶集料对混凝土抗冻性的影响

取两种不同粒径、四种不同掺量的橡胶代替等体积的细骨料砂制作橡胶混凝土试件,对其进行快冻法试验,研究橡胶集料混凝土在冻融循环作用下的耐久性.研究表明,随着橡胶掺量的不断增加,抗压强度和动弹性模量都会不断下降,但掺入橡胶能改善混凝土的抗冻性,橡胶粉比橡胶颗粒的效果好,掺入5%~10%的粒径≤0.27mm橡胶粉对混凝土的抗冻性能有明显改善作用.不过,掺入过多的橡胶则会降低其抗冻性.结果表明,运用无损检测的动弹性模量能很好地对橡胶混凝土的抗冻性作出正确评价.     

偏高岭土混凝土抗冻性能及寿命预测

通过开展偏高岭土混凝土的力学性能及抗冻性能的试验研究,分析了不同偏高岭土掺量下试件的抗压强度及抗冻性的各项指标的变化规律,并针对内蒙古地区,对不同掺量的偏高岭土混凝土进行了抗冻耐久性寿命预测。试验结果表明,偏高岭土混凝土的抗压强度随着偏高岭土掺量的增加逐渐增大;随着偏高岭土掺量的增加,试件的抗剥落情况得到明显改善,抗冻性逐渐增大;相对抗压强度随着损伤度的增加逐渐降低,一次函数和指数函数较好的拟合了二者之间的关系。以相对动弹模量为变量建立的冻融损伤模型可靠性较高;偏高岭土掺量越高,混凝土的抗冻耐久性预测寿命越长,掺量为15%的偏高岭土混凝土可以考虑在寒冷地区实际工程中应用。     

纤维增强聚合物加固混凝土结构耐久性能研究

外贴纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土结构的应用时间不长,因此这种加固方法的耐久性能需要试验验证.通过快速冻融试验、碱化试验、浸水试验、湿热试验研究了腐蚀环境对纤维增强聚合物复合体力学性能的影响.试验结果表明,碳纤维增强聚合物(CFRP)的耐久性能较好,在各种暴露条件下,力学性能没有明显退化;而玻璃纤维增强聚合物(GFRP)的耐久性能略差,水环境、碱环境、湿热环境以及冻融循环对GFRP均产生了较大的影响.采用快速冻融循环试验和湿热试验,研究了腐蚀环境对FRP与混凝土粘结性能、FRP加固混凝土梁、柱受力性能的综合影响.结果表明:FRP与混凝土粘结性能下降较大,FRP加固混凝土结构具有较好的耐久性能.     

冻融作用对环氧沥青混凝土复合梁抗裂性能的影响

在中国北方季节性冰冻地区,反复的冻融作用对环氧沥青混凝土的抗裂性能影响较大。本文分别对7组环氧沥青混凝土试件进行0到30次冻融作用,研究了冻融作用对弯曲劲度模量及复合梁平面应变断裂韧度（KIC）的影响,分析了不同冻融重复作用下带裂缝的复合梁发生裂缝扩展时的横向应力应变响应和层间粘结状况。研究结果表明:弯曲劲度模量随冻融循环作用的升高而降低;复合梁平面应变断裂韧度（KIC）、裂缝尖端最大横向拉应力/应变随着冻融重复作用的增加先降低后增高;不同冻融重复作用下带裂缝复合梁断裂不会发生在环氧沥青粘结层。     

盐环境中冻融循环对钢筋与混凝土粘结性能影响

通过对盐水环境中经历了0、5、15、25次冻融循环的钢筋混凝土梁式试件的粘结性能试验,研究了冻融循环对钢筋与混凝土粘结性能的影响.结果表明,随冻融循环次数的增加,钢筋与混凝土的粘结强度降低;当冻融次数少于15次时,钢筋极限粘结荷载时的滑移变化不大,而冻融次数多于15次时滑移变化明显增大.所以,对于盐环境中经受冻融循环作用的钢筋混凝土结构,加强其耐久性设计非常重要.