FRP筋在模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡下的耐久性研究

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1、博士学位论文FRP筋在模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡下的耐久性研究STUDYONTHEDURABILITYPERFORMANCESOFFIBERREINFORCEDPOLYMER(FRP)BARSEXPOSEDTOSIMULATEDSEAWATERANDSEASANDCONCRETEPORESOLUTION王自柯哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学博士学位论文FRP筋在模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡下的耐久性研究博士研究生：王自柯导师：咸贵

2、军教授申请学位：工学博士学科：工程力学所在单位：土木工程学院答辩日期：2018年1月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB332U.D.C:620DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONTHEDURABILITYPERFORMANCESOFFIBERREINFORCEDPOLYMER(FRP)BARSEXPOSEDTOSIMULATEDSEAWATERANDSEASANDCONCRETEPORESOLUTIONCandida

3、te：ZikeWangSupervisor：Prof.GuijunXianAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：EngineeringMechanicsAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：January,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要纤维增强树脂基复合材料（Fiberreinfor

4、cedpolymer，FRP）具有轻质、高强、耐腐蚀与易施工等优点，能够取代传统土木工程材料（钢材、木材等），用于结构的加固或增强。鉴于土木工程结构的长寿命设计（建筑结构一般50年以上）和工程环境的复杂性（水酸碱盐等腐蚀环境），FRP在实际服役环境下的耐久性能是影响FRP土木工程结构应用的重要因素之一。近年来，具有更高可持续性的海水-海砂混凝土（Seawaterandseasandconcrete，SWSSC）被认为可以在某些领域替代传统的混凝土。为避免钢筋腐蚀，SWSSC增强筋一般需要采用耐腐蚀的FRP筋。但在

5、SWSSC环境（高盐碱）下，FRP筋的长期性能的演化规律与机理尚不清楚，影响了SWSSC的推广与应用。鉴于此，本文以FRP内纤维-树脂界面粘结耐久性为切入点，研究了模拟海水-海砂混凝土孔溶液（盐碱溶液）浸泡下FRP筋的长期性能演化。本文主要研究内容及成果如下：（1）纤维表面处理对碳纤维-环氧树脂界面粘结强度的作用机理：用微脱粘法研究了电化学氧化和上浆剂对碳纤维-环氧树脂界面粘结强度及其耐湿热性能的影响规律，借助XPS（X-rayphotoelectronspectroscopy）、AFM（Atomicforcem

6、icroscope）和SEM（Scanningelectronmicroscope）等手段揭示了纤维-环氧树脂界面粘结演化机理。结果表明，氧化和上浆处理有效增加了碳纤维表面含氧官能团含量，显著提高了碳纤维界面粘结强度及其耐湿热性；同时，氧化与上浆处理还改善了碳纤维的拉伸性能和浸润性能。（2）水浸泡对碳纤维-环氧树脂界面耐久性能影响：系统研究了碳纤维氧化、表面上浆处理对CFRP板材在湿热环境（60oC蒸馏水浸泡）下界面粘结性能的影响。结果表明，氧化和上浆处理可以大幅度提高CFRP（CarbonFRP）的层间剪切强度

7、的耐湿热性能，层间剪切强度保留率从0.24~0.38提升至0.74~0.86；同时，建立了湿热环境下CFRP界面损耗因子与层间剪切强度之间的对应关系。（3）模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡对纤维-树脂界面性能退化的影响：利用实验室加速试验方法，研究了在模拟SWSSC孔溶液浸泡环境下BFRP（BasaltFRP）、GFRP（GlassFRP）和CFRP筋的层间剪切强度退化规律，借助水吸收、FTIR（Fouriertransforminfraredspectroscopy）和SEM等测试方法，分析了纤维-树脂界面粘结退

8、化机理，并利用Arrhenius理论预测了FRP筋的长期退化速率。研究表明，在SWSSC环境中，GFRP筋的界面退化程度最低，BFRP筋最高，而CFRP筋居于其间；树脂降解和界面剥离是FRP筋界面粘结性能退-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文化的主要原因；提出了一种可避免测试过程中FRP筋中部局部破坏的层间剪切测试方法。（4）模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡对FRP筋拉伸性