实验室加速模拟海洋浸泡环境下BFRP筋耐久性研究

论文摘要

钢筋锈蚀问题是海洋工程中亟需解决的问题。采用轻质、高强、耐腐蚀性能优异的纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,FRP）筋替代钢筋可避免上述问题。玄武岩纤维（Basalt fiber）与其他种类纤维相比具有耐高温、环保、价格低廉等优点。BFRP（Basalt FRP）筋在海洋工程中的耐久性是研究关注的焦点之一,目前大部分关于BFRP筋的耐久性研究直接将试样浸泡于腐蚀溶液中,而缺少腐蚀溶液中混凝土内BFRP筋的力学性能退化规律及机理研究。针对目前研究中所存在的不足,本文研究了BFRP裸筋、不同直径的混凝土砂浆包裹BFRP筋在实验室加速模拟海洋浸泡环境下的耐久性,并预测了其在20年后的拉伸强度保留率。实验室加速模拟海洋环境采用不同温度（室温、40°C和60°C）,不同浸泡溶液（海水溶液、碱溶液和纯水）进行对比分析。BFRP筋的耐久性研究包括的BFRP筋的力学性能变化规律（拉伸强度、弹性模量、横向剪切强度、表观水平剪切强度）、BFRP筋微观结构、BFRP筋-混凝土砂浆界面和混凝土砂浆的微观结构和组成,并采用GFRP（Glass FRP）筋进行对比研究,得到如下结论:（1）混凝土砂浆包裹的BFRP筋早期的力学性能退化速率高于BFRP裸筋,归因于混凝土砂浆内的强碱性环境。随着浸泡时间的增加,混凝土砂浆内的碱度降低,混凝土砂浆保护层对BFRP筋起隔离外界腐蚀物质的作用,表现为混凝土砂浆包裹的BFRP筋在后期的强度退化速率较低。（2）由于混凝土砂浆保护层的尺寸越大,内部的碱性物质越多,导致27mm直径混凝土砂浆包裹BFRP筋的强度保留率高于相同腐蚀环境下45mm直径混凝土砂浆包裹BFRP筋。在海水溶液中浸泡180天条件下,混凝土砂浆包裹层直径为27mm/45mm的BFRP筋对应的拉伸强度保留率在常温环境分别为71.9%/65.2%,在40°C环境分别为69.9%/56.9%,在60°C环境分别为61.2%54.1%。（3）对长期浸泡在腐蚀溶液中的混凝土砂浆包裹BFRP筋,混凝土砂浆-BFRP筋界面的物质因外部环境的变化而改变（温度、溶液种类、混凝土砂浆层厚度）。在海水溶液工况中,试件的BFRP筋-混凝土砂浆界面发现硫酸盐侵蚀现象;在力学性能退化严重的试件的BFRP筋-混凝土砂浆界面发现C–S–H凝胶,这表示外界环境的腐蚀进步到达纤维,归因于纤维参与碱骨料反应或纤维的硅氧键受到外界氢氧根离子侵袭。并发现混凝土砂浆-BFRP筋界面出现碱骨料反应的迹象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 课题背景及研究目的和意义
•   1.2 玄武岩纤维材料特点
•     1.2.1 玄武岩纤维性质
•     1.2.2 玄武岩纤维优点
•   1.3 国内外现状及分析
•     1.3.1 BFRP筋耐久性研究方法
•     1.3.2 碱性环境下BFRP材料退化研究
•     1.3.3 海水环境下BFRP材料退化研究
•     1.3.4 纯水环境下BFRP材料退化研究
•     1.3.5 小结
•   1.4 本文主要研究内容
• 第二章 实验室加速模拟海洋环境浸泡方案及试验方法
•   2.1 试件原材料
•     2.1.1 FRP筋
•     2.1.2 混凝土砂浆原材料及配比
•   2.2 混凝土砂浆包裹FRP筋的制备方法
•   2.3 实验室加速模拟海洋环境浸泡方案
•   2.4 试件命名方法
•   2.5 试验方法
•     2.5.1 拉伸试验
•     2.5.2 横向剪切试验
•     2.5.3 短梁法测表观水平剪切强度试验
•     2.5.4 扫描电子显微镜分析
•     2.5.5 能谱分析
•     2.5.6 X射线衍射
•     2.5.7 傅立叶变换红外光谱
• 第三章 BFRP筋长期性能退化分析
•   3.1 腐蚀环境对BFRP筋性能影响
•     3.1.1 拉伸性能
•     3.1.2 纤维-树脂界面粘结性能
•   3.2 混凝土包裹对BFRP筋性能影响
•     3.2.1 拉伸性能
•     3.2.2 纤维-树脂界面粘结性能
•   3.3 本章小结
• 第四章 BFRP筋的长期力学性能预测
•   4.1 概述
•   4.2 海水溶液中BFRP筋拉伸强度退化预测
•   4.3 碱溶液、纯水中BFRP筋拉伸强度退化预测
•   4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 在学期间发表的与学位论文内容相关的学术论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谭思蓉

导师: 李丽娟

关键词: 混凝土砂浆包裹,侵蚀环境,耐久性

来源: 广东工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 广东工业大学

分类号: P75

DOI: 10.27029/d.cnki.ggdgu.2019.000347

总页数: 122

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