CFRP及CFRP结构在海水腐蚀环境下的耐久性能研究

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在滨海地区的建筑物中,钢筋混凝土构筑物长期处于海水腐蚀的特殊环境中,不可避免的要受到海水的物理和化学侵蚀,造成混凝土表层剥离或内部孔隙增大,呈蜂窝状结构,或者因为钢筋锈蚀形成顺筋开裂、钢筋断裂等,使混凝土强度降低甚至破坏。此外,构筑物还要受到风浪和冰块的撞击、冻融循环等作用,大大加速了建筑物的破坏进程。 近年来,随着科技的发展,FRP(FiberReinforcedPolymer)越来越多的得到人们的重视,而且由于FRP具有轻质高强、施工方便、耐腐蚀、无磁且有良好的耐疲劳性和对原结构影响较小等特点,逐渐成为土木工程中研究和应用的热点。工程师们发现,在FRP材料的强度还没有充分发挥之前,应用FRP加固的结构就因为FRP与混凝土之间的剥离破坏而失效。针对这一现象,国内外的很多专家学者展开了研究,并取得了很多研究成果。 由于FRP材料应用于各种环境下的混凝土结构的加固,各种外部环境对FRP材料的性能有何影响,也即是FRP材料的耐久性问题,急需解决,国内外很多研究机构对此进行了大量的研究。本文结合国家863计划项目和国家自然科学基金项目对FRP及其结构在海水腐蚀环境下的耐久性能进行了深入的研究,主要做了以下几个方面的研究: 1.对树脂构件经过海水腐蚀后的基本力学性能进行了试验研究。将两种树脂各25个试件置于实验室条件下的海水腐蚀环境中老化,其间每隔一定的时间做拉伸试验,得到两种树脂的强度、弹性模量和伸长率随时间的变化规律,在此基础上得到树脂的强度模型并提出强度公式。 2.对碳纤维片材经过海水腐蚀后的基本力学性能进行了试验研究。将两种碳纤维布各5组25个试件置于海水腐蚀的环境中老化,通过拉伸试验,得到两种碳纤维布的强度、弹性模量和伸长率关于时间的变化规律,在此基础上得到了两种碳布的强度模型并提出了强度公式。 3.对CFRP(CarbonFiberReinforeedPolymer)—混凝土界面经过海水腐蚀后的基本力学性能进行了试验研究。通过面内单剪试验,研究了粘贴碳纤维布的拉剪试块在不同工况下的界面性能。通过对比分析,得到了海水腐蚀环境下界面性能的变化规律,在此基础上得到强度模型并提出了强度公式。 4.对CFRP—混凝土界面的应力进行了理论分析。通过分析界面上剪应力的分布情况并结合已有的试验结果,阐述了CFRP—混凝土界面经过海水腐蚀后的破坏机理。 5.对试验数据拟合,得到了CFRP—混凝土界面的承载力对时间的函数关系。经过误差分析,表明所得到的公式与试验结果吻合的较好,并应用公式进行了初步的预测。
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