FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)聚合物(FRP)復(fù)合材料由于具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)在土木工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)加固中得到廣泛的應(yīng)用。隨著工程應(yīng)用的深入，F(xiàn)RP加固混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題引起了人們極大的關(guān)注。在室外侵蝕性環(huán)境如高溫潮濕、化學(xué)劑侵蝕、碳化、凍融、海水潮汐作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)往往由于耐久性降低而無(wú)法正常使用，那么用FRP 加固的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在這些環(huán)境下的耐久性如何?怎樣對(duì)侵蝕環(huán)境下的FRP加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)?在FRP應(yīng)用于加固混凝土

2、結(jié)構(gòu)的同時(shí)，這些問(wèn)題應(yīng)該引起足夠重視，得到合理的解決。本文在此背景下結(jié)合國(guó)家重大基礎(chǔ)研究前期研究專(zhuān)項(xiàng)“惡劣環(huán)境下纖維增強(qiáng)塑料混凝土構(gòu)件耐久性研究”，對(duì)碳化、凍融循環(huán)、模擬海水潮汐作用的鹽溶液干濕循環(huán)下 FRP 復(fù)合材料的耐久性、FRP與混凝土之間界面粘結(jié)的耐久性、FRP加固混凝土圓柱的耐久性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，主要包括以下幾方面工作： 1．通過(guò)碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)、玻璃纖維增強(qiáng)聚合物(GFRP)在碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循

3、環(huán)環(huán)境下的縱向受拉性能的試驗(yàn)研究，研究環(huán)境類(lèi)型、環(huán)境暴露時(shí)間(循環(huán)次數(shù))、纖維布種類(lèi)對(duì)FRP復(fù)合材料耐久性的影響。結(jié)果表明，CFRP在這三種環(huán)境下強(qiáng)度變化不大，彈性模量有所提高，延伸率在干濕循環(huán)下略有降低；GFRP的力學(xué)性能在三種環(huán)境下也都有不同程度的退化；在碳化和凍融循環(huán)環(huán)境下，CFRP 的性能優(yōu)于GFRP?？偟膩?lái)看，碳化、有限次數(shù)的凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)對(duì)CFRP和GFRP縱向受拉性能影響不大。 2．通過(guò)正拉粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)與

4、剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)，研究碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)對(duì)FRP與混凝土之間界面粘結(jié)性能的影響，試驗(yàn)變化參數(shù)包括凍融循環(huán)和干濕循環(huán)次數(shù)、纖維布種類(lèi)、粘結(jié)樹(shù)脂種類(lèi)。通過(guò)分析侵蝕環(huán)境作用前后試件的破壞方式、正拉粘結(jié)強(qiáng)度及剪切粘結(jié)強(qiáng)度等的變化探討碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)對(duì)FRP與混凝土界面粘結(jié)的影響規(guī)律及機(jī)理。結(jié)果表明，碳化對(duì)FRP和混凝土之間的界面影響不大，而干濕循環(huán)和凍融循環(huán)對(duì)FRP和混凝土的粘結(jié)界面產(chǎn)生了不利作用。使用CFRP的試件比

5、使用GFRP的試件抗侵蝕能力強(qiáng)，粘結(jié)樹(shù)脂膠Ⅱ?qū)η治g環(huán)境比粘結(jié)樹(shù)脂膠Ⅰ敏感，在工程中選擇合適的纖維布及粘接樹(shù)脂類(lèi)型對(duì)FRP體系的抗惡劣環(huán)境侵蝕能力是十分重要的。 3．通過(guò)FRP條帶加固混凝土圓柱在碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)作用后的軸心受壓試驗(yàn)研究，研究環(huán)境因素(碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán))、纖維布類(lèi)型(碳纖維布、玻璃纖維布)、粘接樹(shù)脂類(lèi)型(膠Ⅰ、膠Ⅱ)對(duì)FRP條帶加固混凝土圓柱受壓性能的影響，分析FRP條帶加固混凝土圓柱在

6、侵蝕環(huán)境下的受壓性能劣化機(jī)理，并結(jié)合FRP 的工程應(yīng)用提出建議。 4．通過(guò)FRP全裹加固混凝土圓柱在碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)作用后的軸心受壓試驗(yàn)研究，研究環(huán)境因素(碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán))、纖維布類(lèi)型(碳纖維布、玻璃纖維布)對(duì)FRP全裹加固混凝土圓柱受壓性能的影響，并與FRP條帶加固混凝土圓柱試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，分析全裹與條帶粘結(jié)方式對(duì)FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響，對(duì)粘貼FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)提出建議。 5

7、．通過(guò)FRP條帶加固鋼筋混凝土圓柱在碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)作用后的軸心受壓試驗(yàn)研究，研究環(huán)境因素(碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán))、纖維布類(lèi)型(碳纖維布、玻璃纖維布)對(duì)FRP條帶加固鋼筋混凝土圓柱受壓性能的影響。 上述3、4、5的研究結(jié)果表明，碳化后FRP加固混凝土圓柱受力性能與室溫下相比變化不明顯，而經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)和鹽溶液干濕循環(huán)之后，F(xiàn)RP加固混凝土圓柱的強(qiáng)度、剛度、延性有所降低。因此，碳化對(duì)于FRP加固沒(méi)有不利影響，

8、在凍融循環(huán)和鹽溶液干濕循環(huán)環(huán)境下，使用FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)該考慮耐久性問(wèn)題。FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性取決于混凝土及其與FRP粘結(jié)界面的耐久性，F(xiàn)RP復(fù)合材料的耐久性不是決定因素，可以通過(guò)提高混凝土的耐久性、對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行改性來(lái)提高FRP加固混凝土圓柱的抗侵蝕環(huán)境腐蝕能力。 如果從提高強(qiáng)度、抗震能力、耐久性方面考慮，全裹粘貼方式優(yōu)于條帶粘貼方式，在凍融循環(huán)和鹽溶液干濕循環(huán)環(huán)境下，可以考慮采用FRP全裹粘貼方式加固混凝土結(jié)構(gòu)，在提

9、高混凝土結(jié)構(gòu)受力性能的同時(shí)，以全裹方式來(lái)延緩?fù)饨绛h(huán)境對(duì)混凝土的侵蝕，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的壽命。但從經(jīng)濟(jì)方面考慮，F(xiàn)RP約束對(duì)圓柱強(qiáng)度的提高程度并不與FRP 用量成正比，條帶粘貼方式比全裹粘貼方式更經(jīng)濟(jì)。 在室溫、碳化、凍融循環(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)環(huán)境下，F(xiàn)RP 約束提高了混凝土圓柱的強(qiáng)度與延性，相同用量的CFRP比GFRP的增強(qiáng)效果好，但GFRP成本比CFRP低，采用膠Ⅱ柱的強(qiáng)度和延性比采用膠Ⅰ柱高，但膠Ⅱ?qū)鋈谘h(huán)、鹽溶液干濕循環(huán)比膠

10、Ⅰ敏感。碳纖維布和膠Ⅱ搭配在所研究的環(huán)境下是最優(yōu)的。因此，在實(shí)際加固工程中應(yīng)結(jié)合具體情況，綜合考慮各種因素如強(qiáng)度、延性、耐久性、加固成本等，根據(jù)工程需要選擇最優(yōu)方案。 6．在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，建立FRP條帶約束混凝土軸心抗壓強(qiáng)度計(jì)算模型、FRP條帶加固鋼筋混凝土圓柱正截面受壓承載力計(jì)算模型，并在混凝土、FRP復(fù)合材料以及FRP 與混凝土粘結(jié)界面耐久性試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，引入考慮侵蝕環(huán)境對(duì)混凝土、FRP復(fù)合材料以及FRP與混凝土粘結(jié)