玻璃纤维增强筋于海陵岛某防波堤的前期研究

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1、玻璃纤维增强筋于海陵岛某防波堤的前期研究　　摘要：通过海陵岛某防波堤项目，对玻璃纤维增强筋的适用性进行前期研究。　　关键词：玻璃纤维增强筋；防波堤　　前言　　玻璃纤维增强筋（以下简称GFRP筋）是一种以树脂为基体浸润玻璃纤维，加上表面喷砂处理以提高粘结能力的增强复合材料。由于国内相关研究较少，本文对目前与GFRP筋耐久性相关的国外刊登文献进行了汇总评述。耐久性研究包括水分的吸收、碱离子作用下玻璃纤维的降解、基体树脂的降解、纤维与基体之间的离析、高温（玻璃熔点以上）时的热熔性及破坏、较差的防火性能、蠕变及松弛。研究结果表明当GFRP筋暴露于高温的碱性环境中，

2、会发生物理性能特别是抗拉强度和粘结强度的降低。此类暴露环境通常导致加速GFRP的老化，但此类环境属于极端状况，与实际的暴露环境有很大不同。　　本文表明，除较差的防火性能以外，没有任何技术因素可以阻碍GFRP筋的应用。GFRP筋可以克服海洋环境中的钢筋因为腐蚀而产生混凝土裂缝和整体破坏的风险，是可选择的材料之一。　　1工程概况10　　海陵岛某酒店项目根据规划须设置一长度约1公里的景观道路，其单侧面临南海，需设置防波堤，设计使用年限为75年。本文拟采用乙烯基树脂为基体的GFRP筋，研究包括以下内容：　　a.环境条件；b.混凝土性能，裂缝控制及GFRP筋的保护层

3、要求；c.与普通钢筋混凝土设计在混凝土质量要求方面的对比；d.混凝土浇筑过程中水化热及其对GFRP筋的影响；e.结构性能（包括筋材的强度及其与混凝土的粘结强度）降低的风险评估；f.设计年限预期；g.风险评估；h.GFRP筋的优点。　　2GFRP筋的性能研究　　2.1GFRP筋在混凝土中的应用　　GFRP筋在混凝土中的应用越来越被人重视，主要因为它与钢筋相比具有抗腐蚀和高强度的优点。材料的相关描述在ACICommittee440R-96《State-of-the-ArtReportonFiberReinforcedPlastic（FRP）Reinforcem

4、entforConcreteStructures》里面有详尽的阐述，此外还有ACICommittee440.1R-03《GuidefortheDesignandConstructionofConcreteReinforcedwithFRP》亦有阐述。我国亦于2013年发布JG/T406-2013《土木工程用玻璃纤维增强筋》对GFRP筋的应用做出规范。GFRP筋混凝土与传统钢筋混凝土相比，由于缺乏相应的的追踪纪录，对其工程性能和耐久性仍存有疑问。项目前期，我司对GFRP耐久性领域的一些国外文献进行了研究。　　2.2GFRP筋的文献回顾　　国内对GFRP筋的性

5、能和耐久性研究相对较少，而在国外许多理论研究和实际工程研究中都有所涉及，例如：　　Uomotoetal（2002）10概括了FRP的特性和应用。其著作指出，玻璃纤维在碱性环境中耐久性较差以及FRP在高温环境中性能表现较差，因此当需要考虑防火要求的时候，其应用应受到限制。当玻璃纤维暴露在碱性环境中时，设计会对抗拉强度进行折减。然而实际上纤维并非直接暴露在混凝土中，而是在树脂基体的包裹下会获得保护。　　Benmokraneetal（2002）对在三种碱性环境中，承受恒定的30%极限强度的拉伸荷载作用的20种GFRP筋进行了测试。试件涵括了多种由乙烯基树脂基体包

6、裹E-glass纤维的不同直径不同制作方法的筋材。研究发现含E-glass的GFRP容易受到碱性侵蚀，特别是树脂未完全固化的时候。乙烯基树脂被证实比聚酯树脂更能抵抗侵蚀和降解。测量发现，筋材的残余抗拉强度变化不定，在模拟毛细水环境中和埋入混凝土中的变化范围分别达到17%和16%。Benmokraneetal（2002）建议GFRP筋在恒定荷载作用下的应力大小应小于25%的设计保证强度。　　Karbharietal（2003）对FRP的认识进行了研究，其中涉及到玻璃纤维在碱性环境中的降解问题。他的研究指出，在纤维受到基体保护的同时，碱性条件可能加快复合材料的

7、降解及其与混凝土之间粘结力的降低。当复合材料不能完全固化的时候必须特别注意这一点。Karbharietal（2003）建议（比起聚酯树脂）优先使用环氧树脂和乙烯基树脂以增加基体的保护能力，限制恒定荷载作用下的应力应小于25%的设计保证强度，树脂未完全固化时应注意防止蠕变破坏，应充分考虑FRP在高温条件和防火要求下较差的性能表现，以及对FRP疲劳破坏的不完全认识。　　Debaikyetal（2007）10测量了GFRP筋暴露于碱性环境下、承受恒定荷载的水中和高温条件下的残余抗拉强度。筋材采用乙烯基树脂基体浸润E-glass纤维的表面喷砂GFRP。试件龄期分别

8、为高温条件下1-4个月和普通温度下的1-14个月不等，其暴露的条件