【摘 要】
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海洋资源对于全球经济发展的贡献无疑是巨大的,许多国家及地区凭着自身临海地理位置的优越性快速发展。就近取材开采利用海砂,同时使用FRP复合材料替代钢材,不仅能够缓解目前河砂资源匮乏问题,还能从根本上解决钢材锈蚀的问题。相较于传统混凝土,超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)的密实性、力学性能与耐久性更为优异,为综合利用海砂和FRP材料提供了技术可行
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海洋资源对于全球经济发展的贡献无疑是巨大的,许多国家及地区凭着自身临海地理位置的优越性快速发展。就近取材开采利用海砂,同时使用FRP复合材料替代钢材,不仅能够缓解目前河砂资源匮乏问题,还能从根本上解决钢材锈蚀的问题。相较于传统混凝土,超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)的密实性、力学性能与耐久性更为优异,为综合利用海砂和FRP材料提供了技术可行性。本文采用未经淡化处理的天然海砂来制备UHPC,研究了短切玄武岩纤维的掺量、玄武岩纤维的长径比以及粗骨料掺入量对海水海砂UHPC物理力学性能的影响,优化了海水海砂UHPC的配合比,形成了性能优异的海水海砂UHPC;采用扫描电镜分析(SEM)、X射线衍射分析(XRD)和傅里叶红外光谱分析(FTIR)等手段分析了海水海砂UHPC的微观结构和高性能化机理,并讨论了与河水河砂UHPC的差异性;与耐腐蚀性能良好的玄武岩纤维筋(BFRP)相结合,设计6根不同配筋率的海水海砂UHPC梁试件,对梁试件的受弯性能及相关影响因素进行了研究。得到的主要结论如下:(1)高强玄武岩纤维体积掺量并未对海水海砂UHPC的抗压强度产生不利影响。海水海砂UHPC的抗折性能,随着玄武岩纤维的体积掺入量的增加而增大。相比之下,较长的玄武岩纤维更容易在UHPC内部建立起空间网络结构,限制了内部骨料的移动,从而使得海水海砂UHPC具备更优异的力学性能。(2)适量粗骨料的掺加会有效提高海水海砂UHPC的力学性能,特别是抗压强度尤为明显。由于纤维的协同作用,粗骨料的掺加对抗折强度也有积极影响。但当粗骨料掺量超过最优掺量时,会对混凝土产生不利的影响。(3)海水海砂UHPC的早期力学性能要优于同配比下的河水河砂UHPC,但随龄期的增加,河水河砂UHPC的强度会更高。从微观角度来看,海水海砂UHPC早期更为致密,这是由于海砂引入的无机盐氯离子与水泥水化反应生成大量的不溶性物质填充在混凝土中。养护达到28d后,氢氧化钙在内部富集,加之海水中含有的硫酸根离子水化反应生成钙矾石及Friedel’s盐影响了UHPC整体的致密性。(4)BFRP筋海水海砂UHPC梁的受弯破坏全过程符合平截面假定,配筋率对梁的极限承载力、挠度、最大裂缝宽度、裂缝间距、裂缝高度等都有较大影响。但是,BFRP筋的配筋率对开裂荷载和初始裂缝宽度变化上的影响较小。保护层厚度不足易导致受拉区混凝土发生劈裂破坏,构件的承载力和变形能力未充分发挥,建议BFRP筋海水海砂UHPC梁构件的保护层厚度不应小25mm。
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