摘要：沿海地区的钢筋混凝土建筑物常常要经受氯盐侵蚀和荷载的共同作用,当前许多在役桥梁结构已出现钢筋锈蚀、混...沿海地区的钢筋混凝土建筑物常常要经受氯盐侵蚀和荷载的共同作用,当前许多在役桥梁结构已出现钢筋锈蚀、混凝土开裂和保护层剥落等损伤,存在一定的安全隐患,急需加固维修。纤维增强复合材料(FRP)片材由于重量轻、抗腐蚀和施工方便等优点,正被广泛地应用于钢筋混凝土结构的加固工程中。值得指出的是,FRP外贴技术的加固效果取决于FRP与混凝土界面的粘结性能,界面既是传递应力的关键部位,又是加固构件的关键环节,因此,FRP—混凝土界面力学行为已成为工程加固领域的热点研究课题之一。然而,国内外的研究集中于FRP—混凝土界面短期力学性能,关于海洋环境下FRP加固混凝土构件耐久性能的研究还比较欠缺,目前关于FRP-混凝土界面耐久性能的报导鲜见考虑钢筋混凝土既有损伤的影响,与工程中加固对象的实际工作状况不符,极大限制了该项加固技术在沿海地区中推广与应用。为此,本研究拟考虑钢筋混凝土既有腐蚀损伤的影响,以FRP外贴不同受损程度的钢筋混凝土搭接构件为研究对象,探讨FRP加固氯盐环境下在役钢筋混凝土粘结界面的耐久性能。采用试验研究与理论分析相结合的方法,开展如下主要研究内容:(1)开展FRP—混凝土界面组成材料在实验室加速氯盐环境下(40~oC,5%NaCl)的耐久性研究。通过对四种FRP片材(两种不同产地的CFRP、一种与其余制作工艺不同的CFRP、BFRP)、环氧值分别为0.53和0.40环氧树脂粘结胶和混凝土实施人工模拟海洋环境加速腐蚀试验,分析氯盐环境对加固材料基本力学性能的影响,研究结果表明:(1)CFRP和BFRP板材的弹性模量随着腐蚀时间并无明显变化。由于浸渍树脂的水解,纤维与树脂界面出现损伤,致使FRP片材的抗拉强度和延伸率下降。(2)随着腐蚀时间的增加,两种环氧树脂粘结胶(E0.53和E0.40)的抗拉强度、弹性模量和延伸率由于后固化先上升但随后由于水解反应而下降,高环氧值的环氧树脂(E0.53)耐久性优于低环氧值树脂(E0.40)。(3)随着腐蚀时间的增加,混凝土的抗压强度和弹性模量有上升趋势,主要原因是混凝土在短期腐蚀内,发生水化反应所致。(2)开展(FRP加固前)钢筋混凝土人工加速腐蚀试验研究。基于电化学基本原理,设计人工电化学腐蚀装置,加速钢筋混凝土中钢筋锈蚀,促使钢筋混凝土损伤并产生顺筋裂缝,模拟钢筋混凝土在氯盐环境中腐蚀损伤。研究结果表明,进行钢筋混凝土经过外加恒定电流加速腐蚀后,参比电极小于-350mV,钢筋有95%的概率发生锈蚀,钢筋随着腐蚀时间生成产物使参比电极电位呈现出先降低后下降趋势。经过电化学腐蚀后,钢筋混凝土出现5种裂缝开展模式,其中试件顶部出现顺筋裂缝主要是由于通电电流过大所致。通过对比裂缝宽度与钢筋实际锈蚀率关系,发现裂缝宽度能较好预测钢筋实际锈蚀率。(3)采用单剪测试方法,研究FRP加固受损RC结构界面耐久性,探究不同腐蚀等级对FRP-混凝土界面的极限承载力、破坏模式、荷载滑移关系以及应变和应力的演化规律的影响。结果表明,对于腐蚀程度较大,采用开槽粘贴FRP加固的加固方式更能充分发挥FRP加固材料的性能,极限承载力提高,破坏模式为FRP剥离,而直接粘贴FRP加固则出现混凝土保护层破坏。相比FRP加固既有腐蚀受损钢筋混凝土,构件进行FRP加固腐蚀后,其极限承载力下降,对于钢筋锈蚀程度小的构件,进行FRP加固腐蚀后其破坏模式由混凝土基层破坏转变为粘结胶层破坏。通过分析加载过程中的应变应力演化规律可知,随着加载的进行,FRP剥离逐渐从加载端向自由端传递,呈现出明显的脆性破坏。(4)建立了氯盐环境FRP—混凝土界面粘结滑移本构模型。通过分析现有粘结滑移模型,本研究基于Popovics模型,对试验结果进行拟合,通过分析不同腐蚀等级构件粘结滑移模型的回归系数,建立了氯盐环境FRP加固腐蚀受损钢筋混凝土界面粘结滑移经验模型。结果表明,钢筋锈蚀程度大构件进行裂缝处理后粘贴FRP加固,能明显提高构件的断裂能;相比FRP加固腐蚀受损构件,进行FRP加固后腐蚀的构件断裂能明显减少(从2.788 N/mm~2下降到0.268 N/mm~2)。(5)开展氯盐环境下FRP—混凝土界面强度模型的理论分析。针对FRP断裂和FRP界面剥离两种破坏模式,结合本文试验研究结果和Chen and Teng经典公式,建立了考虑氯盐环境影响的界面强度模型,并利用现有的试验数据进行了验证。研究结果表明,本研究提出的界面强度模型能较好的预测氯盐环境下FRP—混凝土界面剥离破坏。更多还原显示全部
