FRP约束模拟海水混凝土标准圆柱轴压性能研究

论文摘要

随着全球海洋经济的发展,在沿海港口和岛礁需要兴建大量的海岸工程,混凝土的用量相当庞大。淡水在混凝土制备和养护中的需求量极大,而全球多地尤其是岛礁均面临淡水资源匮乏的问题,因此,海水资源的开发利用逐渐进入人们的视野。通常,海水需要进行淡化处理才能用于混凝土的制备和养护。但海水淡化不仅工序繁琐而且成本高昂。如果可以直接利用海水配置混凝土,可以就地取材,节约工期和成本。海水直接利用的最大障碍是海水中有害离子(Cl-和SO42-)会对混凝土和钢筋造成不利影响。纤维增强复合材料（FRP）作为一种新型复合材料,具有轻质、高强和耐腐蚀的优越特性,近年来逐渐应用于工业与民用建筑领域。本研究将海水与FRP优势互补,提出FRP约束海水混凝土,以期达到海水直接利用的目的,并避免海水中有害离子对钢筋的不利影响。本研究制备了五种不同浓度、三种不同组份合计十五种模拟海水,模拟海水离子浓度取全球海水平均离子浓度的0倍（即淡水）、0.5倍、1倍、2倍、5倍;根据组份不同,包括仅含Cl-的模拟海水、仅含SO42-的模拟海水以及同时包含Cl-和SO42-的模拟海水。对十五种模拟海水,各浇筑12个150mm×300mm的混凝土圆柱体。其中,三个为素混凝土圆柱体、三个包裹以一层玄武岩纤维（BFRP）、三个包裹以两层BFRP、三个包裹以一层碳纤维（CFRP）。所有试件在标准条件养护28天,然后进行轴压试验,以测试其力学性能。共进行了180个标准圆柱体的轴压测试。分析不同的约束条件下短柱试件的受力情况和破坏模式,并分析了FRP类型、包裹层数、模拟海水种类对模拟海水混凝土短柱承载力、应力应变曲线等的影响。结果表明:包裹一层BFRP对混凝土短柱极限承载力的提升并不大,但试件延性得到了一定程度的提高。包裹2层BFRP与1层CFRP对试件的极限承载能力、延性均具有相当程度的提升。分析不同的离子浓度和组份对短柱力学性能的影响。结果表明:随着混合离子浓度的增加,对海水混凝土的强度影响不大,但是通过无约束的传统混凝土比较,随着混合浓度的提高,28天强度有所下降,下降幅度在9%-16%左右。最后,采用Teng et al,s（2009）设计模型和Jiang and Teng（2007）分析模型对所有试验进行了预测,并预测结果与试验结果进行比对,表明FRP约束对海水混凝土短柱的力学性能具有良好的提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 研究背景
•   1.3 FRP约束海水混凝土研究进展
•     1.3.1 纤维复合材料
•     1.3.2 FRP约束混凝土
•     1.3.3 FRP管约束混凝土柱
•     1.3.4 海水混凝土
•   1.4 本文主要研究内容
• 2 FRP约束模拟海水混凝土短圆柱轴压试验
•   2.1 引言
•   2.2 试验方案
•     2.2.1 试验目的
•     2.2.2 试验设计
•   2.3 原材料
•     2.3.1 胶凝材料—硅酸盐水泥
•     2.3.2 粗骨料
•     2.3.3 细骨料
•     2.3.4 纤维材料及树脂基体
•     2.3.5 水
•     2.3.6 混凝土配合比
•   2.4 模拟海水的制备
•   2.5 FRP管的预制
•   2.6 试件浇筑及养护
•     2.6.1 试件的浇筑
•     2.6.2 试件的养护
•   2.7 试件加载及传感器的布置
•   2.8 本章小结
• 3 轴压试验结果
•   3.1 概述
•   3.2 试验数据的处理
•   3.3 试验现象和试件破坏形态
•     3.3.1 未约束试件
•     3.3.2 FRP约束试件
•   3.4 单独氯离子组试验结果
•     3.4.1 单独氯离子组数据汇总
•     3.4.2 单独氯离子组试件应力—应变曲线
•   3.5 单独硫酸根离子组试验结果
•     3.5.1 单独硫酸根离子组数据汇总
•     3.5.2 单独硫酸根离子组试件应力—应变曲线
•   3.6 氯离子和硫酸根离子共存组试验结果
•     3.6.1 氯离子和硫酸根离子共存组数据汇总
•     3.6.2 氯离子和硫酸根离子共存组试件应力—应变曲线
•   3.7 本章小结
• 4 FRP约束模拟海水短圆柱轴压试验结果分析
•   4.1 概述
•   4.2 海水浓度对FRP约束混凝土应力应变曲线的影响
•     4.2.1 单独氯离子浓度海水对FRP约束混凝土应力应变曲线的影响
•     4.2.2 单独硫酸根离子海水对FRP约束混凝土应力应变曲线的影响
•     4.2.3 两种离子共存海水对FRP约束混凝土应力应变曲线的影响
•   4.3 不同海水浓度对核心混凝土强度的影响
•   4.4 本章小结
• 5 FRP约束模拟海水短圆柱轴压试验理论分析
•   5.1 概述
•   5.2 Jiang and Teng's 2007分析模型
•   5.3 Teng et al's 2009设计模型
•   5.4 与试验结果作对比分析
•   5.5 本章小节
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁逸

导师: 陈建飞,赵俊亮

关键词: 模拟海水,海水混凝土,约束混凝土,轴压试验

来源: 温州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 温州大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(批准编号 51578423)

分类号: P75

总页数: 97

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