真实海水浸泡下FRP筋与海水海砂混凝土的粘结耐久性

在真实海水环境浸泡下对FRP筋与海水海砂混凝土（SWSSC）的界面粘结耐久性能进行了试验研究.试验变量包括FRP筋种类（GFRP筋、BFRP筋和SFCB筋）和浸泡时间（30 d、90 d、180 d和270 d）,通过中心拉拔试验对3种筋与SWSSC的界面粘结性能退化进行了对比分析;基于试验数据,对实际服役环境下3种筋的长期极限粘结强度退化进行了预测.结果表明：受海水长期浸泡和不同FRP筋制造工艺差异的影响,GFRP筋表面肋的磨损程度比BFRP筋和SFCB筋的小;BFRP筋和SFCB筋的粘结应力-滑移曲线的残余段波动逐渐减小;BFRP筋和SFCB筋的极限粘结强度退化快于GFRP筋.根据预测结果,给出了海洋环境、室外环境及室内环境下3种筋在设计服役年限所对应的极限粘结强度退化值.     

真实海水环境下海水海砂混凝土内FRP筋性能退化研究

为得到真实海水环境下海水海砂混凝土（SWSSC）内纤维增强复合材料（FRP）筋的性能退化规律,在真实海水浸泡下对SWSSC内的玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）筋和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋的拉伸性能退化进行了试验研究,同时,用扫描电子显微镜（SEM）对两种筋材进行了微观观察.试验参数包括筋材种类（BFRP筋和GFRP筋）、腐蚀龄期（30 d、50 d、60 d和90 d）,测试性能为不同腐蚀龄期下两种筋材的拉伸强度和弹性模量.另外,对试验所处海域年平均相对湿度下SWSSC内的BFRP筋拉伸强度保留率进行了预测.结果表明：SWSSC内BFRP筋拉伸强度退化速度快于GFRP筋,两种筋材弹性模量无明显退化;SWSSC内的BFRP筋和GFRP筋,其拉伸强度退化主要是由树脂的水解或纤维-树脂界面性能退化引起.通过预测,在海南省海口市真实海水环境下,SWSSC内的BFRP筋拉伸强度保留率在50年后的预测值为75.6%（环境相对湿度为82%）.     

BFRP螺旋条带内约束海水海砂混凝土圆柱的轴压性能

为研究以BFRP筋作为纵向增强筋、连续BFRP螺旋条带作为约束元件且带保护层的新型海水海砂混凝土圆柱的轴心受压性能,对8根短柱试件进行轴压试验,研究了BFRP纵筋配筋率和BFRP条带的宽度、间距对其轴压性能的影响;并基于试验数据推导了该类受压构件轴压承载力的计算表达式。研究结果表明：有条带约束试件的破坏过程和机理为试件高度中部混凝土保护层先剥落,然后螺旋条带断裂,随后核心混凝土压碎、纵筋屈曲,保护层剥落范围小于无条带约束试件;BFRP螺旋条带能对核心混凝土和BFRP纵筋有一定约束效应,可提高BFRP纵筋抗压强度利用率;试件抗压承载力随BFRP纵筋配筋率增大而提高;条带约束可使试件承载力提高0.9%～10.4%,极限位移增大16.39%～130.82%;减小条带间距或增大条带宽度均能提高试件承载力;试件位移延性系数总体不高;采用文中推导的轴压承载力计算表达式得到的计算值与试验值吻合较好。     

玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土短柱轴压性能

为解决沿海地区或岛礁建设中钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,同时推动海水海砂资源的有效利用,开展了玄武岩纤维复合材料筋增强海水海砂混凝土（BFRP-SSC）短柱轴压性能研究. 研究了纵筋配筋率和箍筋间距对试件轴压性能的影响. 结果表明：BFRP-SSC短柱在加载过程中随着混凝土被压碎、箍筋发生断裂而破坏,表现为较脆性的破坏形式. 增加纵筋配筋率可以增加试件的极限承载力,而配箍率对极限承载力影响不明显,同时减小箍筋间距可以增加其延性. 对比了国内外纤维增强复合材料（FRP）筋混凝土柱承载力计算方法,BFRP-SSC短柱承载力的计算应当考虑BFRP纵筋的贡献. 本文结果可以为BFRP-SSC短柱的设计和应用提供数据支撑和理论依据.     

FRP筋超高性能海水海砂混凝土梁抗剪性能研究

为研究纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,FRP）筋超高性能海水海砂混凝土（Ultra-high Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC）梁的抗剪性能,采用三点弯曲试验,探究剪跨比、箍筋间距和筋材类型（CFRP、BFRP、HFRP）对FRP-UHPSSC梁抗剪性能的影响规律. 试验结果表明：FRP-UHPSSC梁在加载时裂缝发展迅速,破坏时具有明显的脆性特征;跨中荷载-挠度曲线在首条裂缝出现前后均呈现出双线性变化,裂缝出现后梁的荷载-挠度关系曲线斜率变小,挠度增长加快;FRP-UHPSSC梁的抗剪承载力随剪跨比和箍筋间距的增大而减小,剪跨比相同的试验梁,其开裂荷载基本相同;筋材的弹性模量越大,梁的抗剪承载力越高,同时也越能抑制梁的竖向变形;最后采用4部规范中的抗剪公式对试验工况进行分析,规范公式对BFRP-UHPSSC梁和HFRP-UHPSSC梁抗剪承载力计算的最小误差分别超过40%和30%,筋材类型不同的试验工况抗剪承载力计算结果差异较大.     

海水海砂再生混凝土与玻璃纤维增强塑料筋黏结性能

采用标准立方体中心拔出试验,测试了不同组分及不同强度混凝土与玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋之间的黏结滑移性能.结果表明:再生粗骨料的使用降低了混凝土与GFRP筋之间的黏结强度,海水、海砂的使用对混凝土的黏结强度基本没有影响;不同组分混凝土与GFRP筋的黏结滑移曲线相似,无明显差别;与普通混凝土相似,海水海砂再生混凝土与GFRP筋的黏结强度随着混凝土的立方体抗压强度增加而增加.采用4种不同适用于GFRP筋的黏结滑移本构模型对试验数据进行了拟合,结果表明:4种模型均能较好地拟合本次试验曲线,其中,Malvar模型拟合程度最高.     

相对湿度对海水海砂混凝土环境下GFRP筋拉伸性能影响

通过建立相对湿度、混凝土孔隙溶液饱和度以及腐蚀反应速率之间定量分析方法,研究了环境相对湿度对海水海砂混凝土环境下玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋力学性能的影响规律.利用混凝土孔隙尺寸分布函数和孔隙溶液的表面张力公式建立了相对湿度与海水海砂混凝土孔溶液饱和度关系模型;假设孔隙液均匀弥散于混凝土,得到了氢氧根(OH^-)腐蚀离子浓度;借助蚀刻模型计算OH^-作用下GFRP筋的腐蚀速率和强度保留率;利用试验数据验证了分析方法的准确性.根据中国部分沿海城市的气候统计数据,预测了代表性环境温度和水灰比条件下,相对湿度对海水海砂混凝土环境中GFRP筋强度保留率的影响规律,相对湿度的增加促进了GFRP筋的性能退化.结合相关标准规定,得到了海水海砂混凝土环境下GFRP筋的相对湿度与使用年限关系曲线.     

海水-海砂混凝土研究进展

针对混凝土结构的大规模应用导致淡水、河砂资源短缺的现状,对海水-海砂混凝土国内外研究进展及应用进行综述,包括海水和海砂自身材料特性以及海水-海砂混凝土水泥基材料的水化过程、水化硅酸钙微结构发展、力学性能、耐久性及内部钢筋锈蚀;总结当前海水-海砂混凝土研究成果并分析主要不足,指出海水-海砂混凝土作为一种凝结硬化快速、耐久性较差且易锈蚀钢筋的低成本混凝土材料,未来研究重点是将海水-海砂混凝土配合纤维增强复合材料形成组合结构、完善不同养护方式及条件对海水-海砂混凝土的影响及海水-海砂混凝土在真实复杂条件下的耐久性。     

海水海砂混凝土与潜在危害研究进展

对于海洋及近岸的建筑物,用海砂替换河砂并用海水浇筑混凝土,不仅可以减少成本促进经济发展,而且缓解了河砂资源短缺的压力。国内外对海砂混凝土研究主要为氯盐侵蚀和钢筋锈蚀,采用不锈钢筋或纤维增强复合塑料(FRP)筋替代普通钢筋可以避免这种破坏,因此从国内外研究进展与海水海砂自身特点出发,分析研究了海水海砂混凝土在工程应用中的潜在危害。海水海砂中的硫酸盐在特定环境下会对混凝土造成硫酸盐侵蚀和延迟钙矾石破坏。海水中的主要化学成分对水泥水化、混凝土强度和耐久性、结构体积稳定性等问题有所影响。海砂中的贝壳对混凝土强度以及内部微观结构有所影响。对海水海砂混凝土做特定环境下的定性定量研究以及潜在危害之间的耦合作用研究是很有必要的。     

海水侵蚀环境下混凝土耐久性的研究

采用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，分别配制了水灰比在0．45～0．60范围内的混凝土试件，采用加速腐蚀试验研究了在海水侵蚀后，其强度、重量损失随时间变化的规律及原因，并为试件损伤状态定量化解析提供了试验数据。结果表明，在相同的试验条件下，矿渣硅酸盐水泥混凝土耐久性优于普通硅酸盐水泥混凝土；混凝土试件的抗蚀系数为0．8时与美国ASTM标准规定的强度损失25％的界限值吻合较好。     

BFRP筋增强生态高延性混凝土的干燥收缩性能

生态高延性混凝土(ecological high ductility concrete, Eco-HDC)具有优异的抗拉性能,可用来浇筑桥面无缝连接板。为避免Eco-HDC收缩引发的开裂问题,采用BFRP筋作为抗裂筋。为结构设计优选BFRP筋保护层厚度,从BFRP筋对Eco-HDC收缩的影响角度,研究保护层厚度对试件干燥收缩的影响,对比分析配BFRP筋与不配筋对Eco-HDC收缩性能的影响。试验结果表明：随着龄期的增加,素Eco-HDC和BFRP筋增强Eco-HDC的干燥收缩均逐渐增加,BFRP筋压应变呈增加趋势,养护1～7 d时增加趋势较为明显,之后增加趋势逐渐变缓;随着保护层厚度的减小,BFRP筋增强Eco-HDC的收缩逐渐增加,BFRP筋压应变也逐渐增大,BFRP筋的约束效果更加明显,但经历45 d后BFRP筋压应变数值差别不大。在桥面无缝连接板施工养护时应注意早龄期7 d内保湿以减少收缩;在结构设计中,优选BFRP筋保护层厚度为25 mm.     

海水侵蚀环境下混凝土耐久性的研究

采用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥,分别配制了水灰比在0.45～0.60范围内的混凝土试件,采用加速腐蚀试验研究了在海水侵蚀后,其强度、重量损失随时间变化的规律及原因,并为试件损伤状态定量化解析提供了试验数据。结果表明,在相同的试验条件下,矿渣硅酸盐水泥混凝土耐久性优于普通硅酸盐水泥混凝土;混凝土试件的抗蚀系数为0.8时与美国ASTM标准规定的强度损失25%的界限值吻合较好。     

BFRP筋混凝土偏压短柱性能与承载力计算方法

试验通过7根BFRP筋混凝土偏心受压柱力学性能试验,分析破坏形态,测量柱中截面的应变分布、柱中侧向挠度、BFRP纵筋及混凝土的应变.试验结果表明:BFRP筋混凝土偏压柱的破坏特征均为混凝土压碎破坏;正截面应变满足平截面假定;构件的极限承载力随着偏心距的增大而减小,随着单侧配筋率的增大而有所增大;混凝土强度的提高可以显著提高构件的极限承载力.提出了BFRP筋混凝土偏心受压短柱的承载力计算方法,理论公式的计算结果同试验结果相比误差较小.     

RPC管-海水海砂混凝土组合柱抗压性能

在配有碳纤维增强塑料（CFRP）封闭箍筋的活性粉末混凝土（RPC）预制管内浇筑海水海砂混凝土（SWSSC）,形成一种新型组合结构--RPC预制管-SWSSC组合柱（SFRPCT）. 这种组合柱能有效克服SWSSC中的盐分对构件耐久性的影响,并适用于海洋工程等高腐蚀性环境. 对12个大尺寸SFRPCT试件和3个CFRP箍筋约束SWSSC柱（FRPHSC）开展了轴压试验,研究RPC管与内部SWSSC的组合效应及箍筋间距对轴压性能的影响. 结果表明,在峰值荷载下,RPC管表面产生大量细而密的裂缝,但保护层没有出现明显的剥落现象;SFRPCT的轴向承载力显著高于对应的FRPHSC,这一组合形式将RPC超高的抗压强度和CFRP箍筋的约束效应有效结合了起来. 基于相关试验数据和模型,给出SFRPCT组合柱的轴向承载力计算方法,并对组合效应进行了分析,结果表明,RPC管所承担的荷载与组合柱承载力的比值在0.39~0.42之间.     

超高性能海水海砂混凝土单轴受压应力-应变关系

为研究超高性能海水海砂混凝土（Ultra-High Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC）轴压应力-应变关系,探究钢纤维体积掺量对UHPSSC轴压力学性能和轴压应力-应变全曲线的影响,使用Instron 1346万能材料试验机测得UHPSSC应力-应变全曲线,借助Pycharm曲线拟合程序与已有混凝土应力-应变全曲线模型进行拟合与修正.结果表明：钢纤维掺量越高,轴压作用下UHPSSC的破坏程度越小,抗压强度和峰值应变也随之增加;已有模型拟合的UHPSSC应力-应变全曲线上升段与试验曲线比较相近,下降段后期差距较大;通过修正下降段形状参数,得到了更适用于描述UHPSSC应力-应变全曲线的修正模型,并验证该修正模型的适用范围.     

高温对玄武岩纤维筋混杂纤维再生混凝土粘结性能的影响

通过中心拉拔试验研究玄武岩纤维(basalt fiber reinforced polymer, BFRP)筋与混杂纤维再生混凝土高温后粘结性能。选取体积掺量均为0.15%的玄武岩和纤维素纤维混掺再生混凝土中,目标温度为20、100、200、300、400和500℃。试验研究结果表明：相同温度条件下,混杂纤维的掺入有效提高了粘结强度;再生混凝土与BFRP筋的粘结弹性模量随着温度升高而逐渐降低;峰值粘结强度随温度升高出现先上升后降低的趋势;未掺入混杂纤维的随温度升高峰值粘结强度逐渐降低。建立了粘结-滑移曲线,且与试验结果吻合较好,可为BFRP筋与混杂纤维再生混凝土粘结性能研究提供一定的参考。     

海水海砂再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线

为探究海水海砂再生混凝土（SSRAC）力学性能,设计了不同配合比下海水海砂再生混凝土棱柱体试件,并进行了单轴受压应力?应变全曲线测试。在试验加载应变率10^-5 s^-1和10^-2 s^-1下,得到了试件的破坏模式,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律以及应变率、再生粗骨料（RCA）取代率和贝壳含量对上述指标的影响规律,讨论了海水海砂再生混凝土的动态增长因子（DIF）。基于电子计算机断层扫描（CT）测试得到了海水海砂再生混凝土内部的孔隙分布,对应力?应变曲线的特征指标变化趋势进行了解释。最后,在现有再生混凝土单轴受压本构模型的基础上,考虑特征指标的动态增长因子,通过修正下降段形状系数得到了预测应力?应变全曲线。     

FRP筋与全珊瑚骨料海水混凝土粘结性能数值模拟

良好的界面粘结性能是保证FRP筋与全珊瑚骨料海水混凝土结构能够共同工作并充分发挥各自优良性能的重要因素之一,因此通过拉拔试验研究了各类影响条件下二者之间的界面粘结性能.在上述试验研究的基础上,通过Abaqus有限元软件采用简化双线性模型建立了FRP筋与珊瑚骨料海水混凝土的粘结滑移模型,研究了FRP筋直径、粘结长度、珊瑚骨料海水混凝土强度和FRP筋种类对粘结性能的影响.通过比较数值模拟得到的理论值与试验得到的试验值发现,二者的一致性较高,因此采用简化双线性模型来分析FRP筋全珊瑚骨料海水混凝土结构的界面粘结性能具有一定的适用性.在研究各因素的影响后发现,增大界面粘结长度、筋材直径和珊瑚骨料海水混凝土强度均能提高结构的承载力,但较大的筋材直径易导致试件发生脆性破坏,并且高强度混凝土对于承载力的增强效果并不明显.     

海砂用于混凝土构造物耐久性研究及使用管理

为了探讨海砂中盐份及硫酸根离子造成钢筋加速腐蚀、减低混凝土耐久性的影响.本研究采取台湾地区各海岸海砂及主要河川的河砂,制作设计抗压强度为20,40和60 MPa的混凝土试体并预埋钢筋,以干湿循环养治加速试验.试验结果显示海砂混凝土养护28d后抗压强度仍继续上升,而后有下降的趋势.添加浓度4%的亚硝酸钙抑制剂,可提高混凝土抗压强度.海砂混凝土的中性化程度随着设计强度的增加而递减,TypeⅡ水泥不仅提高强度并可减缓混凝土的中性化程度.而在试验中发现混凝土电阻依海砂特性变化很大,与氯离子浓度的变化无明显关系.另于浇置混凝土前检测氯离子含量以确保混凝土的质量.     

超高性能海水海砂混凝土的组成设计与纤维增强增韧

基于单纯形重心设计法对超高性能海水海砂混凝土（ultra-high performance seawater sea-sand concrete, UHPSSC）进行了配合比设计优化,并研究了短切超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE）纤维和钢纤维对UHPSSC工作性能和力学性能的影响. 结果表明：在综合考虑UHPSSC的流动度、抗折强度和抗压强度的情况下,胶凝材料组成的最优配比确定为水泥、硅灰、粉煤灰的质量比为0.75∶0.15∶0.10. 随着短切纤维掺量的增加,UHPSSC的流动度逐渐降低,抗折强度、抗压强度和弯曲韧性均逐渐增加. UHMWPE纤维对UHPSSC流动度的影响程度更大,而钢纤维对力学性能的提升效果更明显. 随着UHMWPE纤维体积分数的增加,UHPSSC的弯曲破坏模式逐渐由脆性破坏转变为韧性破坏. 当UHMWPE纤维掺量为1.0%时,二次峰值荷载会高于初裂荷载. 此外,当同时混掺钢纤维和UHMWPE纤维时,UHPSSC的流动度略有下降,抗折强度、抗压强度及弯曲韧性均大幅提高. 本研究成果可为UHPSSC的设计和工程应用提供一定的参考.