外加复合碳纤维筋混凝土柱的冻融循环和硫酸盐侵蚀试验研究.docx

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1、外加复合碳纤维筋混凝土柱的冻融循环和硫酸盐侵蚀试验研究O引言碳纤维复合材料(CFRP)是一种高强高弹性模量并具有优异的耐腐蚀性能的新型材料叽除了强度高和耐久性好的基本性能，CFRP还具有质量轻，方便施工的特点叽传统意义上的混凝土结构部件(如梁、柱)都是通过配置钢筋来增强混凝土的抗拉强度，但是，钢筋易受腐蚀从而会导致混凝土的开裂。此外，在现场浇筑混凝土前，钢筋的绑扎也是一项复杂且费畤的工序。虽然，现在市场上也出现了一些实心FRP筋，在受力状态下，这些材料不能屈服只显示脆性破坏，同样也面临着复杂、繁琐的安装问题。最近，一项新的技术HC(HybridComposite)复合筋逐渐发展起来。HC复合筋

2、是一种先进的质轻和高强度的纤维预制件，它们的几何形状通常包括平板状、弧板状和圆管状。而且这种材料的重量一般只有钢材的四分之一。HC复合筋的另一个优点就是能够在工地现场迅速地安装好并制成混凝土模具。当现场需要临时调整时，就可以利用HC复合筋柔软、质轻的特点而做出迅速地改变。因此，在运输、装卸费用及安装速度等方面，HC复合筋的使用都可以节约大量的成本。此外，由于HC复合筋的抗腐蚀性和良好的结构延展性，混凝土结构在加入了这些材料后，变得更加持久耐用，从而有效地减少了养护和维修的频率。本项目乃对外加复合碳纤维筋混凝土柱经过冻融和硫酸盐侵蚀后的力学性能进行研究,特别是针对全应力-位移曲线的变化分析叫冻融

3、破坏的的主要原因是在某一冻结温度下，结冰的水产生体积膨胀，过冷水迁移产生渗透压力以及混凝土表面存在温度梯度等原因致使混凝土表面产生拉应力，当混凝土内部孔隙承受的这些力超过抗拉强度时，就在混凝土表面产生裂缝、内部孔隙及微裂缝逐渐增大、扩散和互相连通”硫酸盐侵蚀破坏是一个复杂的物理化学过程，化学作用是指侵蚀介质中的SO4?。与水泥的组分发生化学反应生成膨胀性物质，产生膨胀内应力导致混凝土结构的破坏；物理作用主要是地下水中有侵蚀盐类物质进入混凝土结构内，当水分蒸发和适度变化时会析出晶体并逐渐长大，最终由于产生较大内应力而使混凝土产生破坏。1试验1.1 试验原料111水泥：采用普通硅酸盐水泥(PQ42

4、.5级)。普通硅酸盐水泥由福建炼石水泥有限公司生产，主要技术指标见表1；表1水泥的主要矿物组成()Tab.1Mainminera1compositionsofPort1andcement(%)类别C3SC2SGASO3C4AF含量()55.619.67.52.19.31.1.2 细骨料：采用闽江河砂。根据标准建设用砂(GB/T14684-2011)测得细骨料的各项技术指标如表2所示，颗粒的级配如表3所示。表2细骨料的各项技术指标Tab.2Propertyoffineaggregate2.5148125905表3细骨料的级配(分计筛余)()Tab.3Gradationoffineaggregat

5、e(Residueoneachsieve)(%)粒径0.15mm0.15mm0.30mm0.60mm1.18mm2.36mm4.75mm类型河砂1.04.460.231.42.40.60.0113粗骨料：试验用的普通石子按照建筑用卵石、碎石(GB/T14685-2001)的规定进行检测，其各项技术指标见表4,级配见表5。选用的普通石子性能质量优良、级配合理，符合试验的要求。表4粗骨料的各项技术指标Tab.4Propertyofcoarseaggregate表观密度(kg/n?)堆积密度(kgn)孔隙率()吸水率()2660153242.40.2表5粗骨料的级配(分计筛余)()Tab.5Grad

6、ationofcoarseaggregate(Residueoneachsieve)(%)粒径a22、a23素混凝土柱A31、A32、A33外加碳纤维筋混凝土柱200a31、a32、a33素混凝土柱(注：但在实验进行到150次时候发现a31如图2所示，混凝土柱已经被严重损坏，测得外加碳纤维筋混凝土柱的质量损失已经达到5%,按照规范要求可停止冻融循环实验，所以下面表格没有A3、a3组数据。)图2混凝土柱a31Fig2.Concreteco1umna31表8硫酸盐侵蚀实验试件编号Tab.8Su1fateerosionexperimentspecimennumber编号柱类别循环次数B1kB12B1

7、3外加碳纤维筋混凝土柱30b11、b12、b13素混凝土柱B21、B22、B23外加碳纤维筋混凝土柱90b2kb22、b23素混凝土柱B31、B32B33外加碳纤维筋混凝土柱150b3kb32、b33素混凝土柱1.1.2 模具的制作：把直径为70mm的PVC管截断成长度为140mm的PVC管，沿直径把PVC管切开，把切开的PVC管用细铁丝捆绑起来，再在一端盖上塑料盖，用胶水粘起来，在未盖盖子的开口处插入裁剪好的HC碳纤维筋，把富余在PVC管外面的碳纤维套在PVC管管口。混凝土柱的形成：把称量好的原材料用搅拌机搅拌好，浇注入放在震动台上的模具里,震实，抹平，脱模后如图3、图4所示。图3素混凝土柱

8、Fig3.P1ainconcreteco1umn图4外加碳纤维筋混凝土柱Fig4.CarbonHCreinforcedconcreteco1umn1.3.4实验仪器图5TDR1型混凝土快速冻融试验箱Fig5.TDR-1Concretefastfreeze-thawtestcase图61SY-18B混凝土硫酸盐干湿循环试验箱Fig6.1SY-18BConcretesu1fatedrywetcyc1ingtestcases图7WAW-300B微机控制电液伺服万能试验机Fig7.WAW-300BComputercontro1e1ectro-hydrau1icservouniversa1testing

9、machine1.4外加碳纤维筋混凝土柱的试验方法1.4.1 冻融循环实验（慢冻法）：在混凝土柱养护到24天时候放入20摄氏度的水中浸泡4天。到28天时候拿出，擦干，称重等等，然后放入已经调试好的冻融循环机如图3所示，10个小时一个循环。分别在50、100和150次测量其质量，计算出质量损失，用图5所示万能试验机在100和150次测其抗压强度，在150次测其应力位移曲线。1.4.2 硫酸盐侵蚀实验：在混凝土柱养护到26天的时候放入烘箱（80摄氏度左右）2天，再放入调试好的干湿循环机如图4所示。在放入混凝土柱之前调配好5%的硫酸钠溶液，每月换一次溶液。分别在15、30、60、90、120和150

10、次测量其质量，计算出质量损失，用图5所示万能试验机在30、90和150次测其抗压强度，在150次测量其应力-位移曲线。1.4.3 应力-位移曲线实验：采用图5所示的试验机，力控IKN/S。1.4.4 质量损失率计算公式：A叱=%一叱”x1（X）%AMi是第n次循环后第i个试件的质量损失率;%，循环实验前第i个试件的质量；次循环实验后第i个试件的质量。W11=3Wn是n次循环后的平均质量损失率。2试验结果2.1抗压强度表928天抗压强度(MPa)Tab.9Thecompressivestrengthof28days(MPa)试件种类外加碳纤维筋混凝土柱素混凝土柱抗压强度48.614.4注：自然养

11、护（温度25。（：，相对湿度95%）28天表10不同次数冻融循环下混凝土柱的抗压强度(MPa)Tab.10Thecompressivestrengthoftheconcreteco1umnafterdifferentnumberoffreeze-thawcircu1ation(MPa)冻融循环次数0100150A48.650.148.8a14.411.28.7表11不同次数硫酸盐侵蚀干湿循环下混凝土柱的抗压强度(MPa)Tab.11Thecompressivestrengthoftheconcreteco1umnafterdifferentnumberofSu1fateerosiondry-w

12、etcircu1ation(MPa)循环次数03090150B48.654.952.347.5b14.413.112.49.6注：由于B32和B31、B33强度差别太大，所以在计算抗压强度时将A32去除取平均。由表9、表10和表11可知，外加碳纤维混凝土柱的抗压强度远大于素混凝土柱的抗压强度，随着循环次数的增加，外加碳纤维混凝土柱的抗压强度先增后减，但素混凝土柱的抗压强度一直降低。2.1质量损失表12不同次数冻融循环下混凝土柱的质量损失Tab.12Thequa1ity1ossoftheconcreteco1umnafterdifferentnumberoffreeze-thawcircu1at

13、ion冻融循环次数50100150A0.09%2.0%5.1%a0.27%3.8%6.8%表13不同次数硫酸盐侵蚀干湿循环下混凝土柱的质量损失Tab.13Thequa1ity1ossoftheconcreteco1umnafterdifferentnumberofSu1fateerosiondry-wetcircu1ation循环次数15306090120150B0.11%0.20%0.23%0.56%0.78%0.86%b0.13%031%0.35%0.70%0.93%1.2%由表12和13可知,冻融循环冻融循环比硫酸盐侵蚀干湿循环对混凝土柱造成的质量损失率大，外加碳纤维混凝土柱的质量损失率比素混凝土柱的小。随着循环次数的增大，质量损失率一直增加。2.2混凝土柱的应力-位移曲线12248- i1a23I1-10610203040506070x(mm)图8冻融循环150次下外加碳纤维筋混凝土柱的应力一位移曲线Fig8.Disp1acementcurveofcarbonHCreinfor