硫酸盐持续半浸泡作用下CFRP约束混凝土圆柱性能的试验研究

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我国西北地处高原内陆,气候条件恶劣,夏季炎热,冬季干冷,空气干燥,且分布大量盐湖,周围盐渍土富含大量硫酸盐,这些环境条件对半埋在盐渍土中的桥墩和混凝土柱的耐久性是极大的损害。碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)由于其优越的性能,近年来成为加固混凝土柱或桥墩等建筑物的有效手段。在盐渍土环境中混凝土构件大多处于服役期,已受到不同程度损伤。约束混凝土的关键是约束材料和混凝土的相互作用,考虑到CFRP和混凝土基体两者的变形协调性,在实际工程中采用CFRP修复加固混凝土构件还需考虑因硫酸盐侵蚀的初始损伤。本文通过模拟西部地区半埋在盐渍土中的混凝土柱或桥墩,对硫酸盐半浸泡下CFRP约束混凝土圆柱的宏观力学性能和微观劣化情况进行了详细分析。其试验内容及研究结果如下:(1)为了确定自然环境下CFRP约束混凝土柱是否为强约束,本章通过自然环境下0、1、2、3层CFRP约束混凝土圆柱力学性能的对比分析。试验结果表明:CFRP约束混凝土后,其极限承载力和应变均随着CFRP约束层数的增加而增加,CFRP约束1层及1层以上即为强约束。考虑到混凝土构件的经济性和耐久性,后续内容均选用两层CFRP加固混凝土混凝土圆柱。(2)为了研究半埋盐渍土中CFRP加固混凝土柱的宏观力学性能,采用直径150mm,高300mm的混凝土圆柱对三种工况(普通混凝土圆柱、CFRP约束普通混凝土、CFRP约束劣化混凝土)进行室内模拟试验,通过10%的硫酸钠溶液模拟西部盐渍土环境,分析了三种工况下强度、应变的变化规律,并绘制其相应的应力-应变曲线。试验结果表明:随着侵蚀龄期的不断增加,三种工况下强度和极限应变均出现先增大后减小的情形。(3)为了解半埋盐渍土中CFRP加固混凝土柱的微观侵蚀情况,采用Ba Cl2滴定试验测试三种工况下混凝土圆柱由表及里不同深度处硫酸根离子含量,来表征硫酸根离子在混凝土中的分布规律。试验结果表明:随侵蚀深度的不断能加,硫酸根离子含量逐渐减少。采用X射线衍射技术对三种工况下的混凝土侵蚀产物进行了分析,发现其主要侵蚀产物为石膏和钙矾石。采用SEM电镜对三种工况下的表层混凝土微观形貌进行了深入分析研究。并对三种工况下的最大侵蚀深度模型进行了预测。(4)为了探究半埋盐渍土中CFRP加固混凝土柱遭遇硫酸盐侵蚀后,混凝土中的孔径分布情况。采用低场核磁技术对三种工况下的孔隙结构的变化规律和孔径分布演化规律进行了分析。并建立了硫酸盐持续半浸泡作用下普通混凝土圆柱和CFRP约束普通混凝土两种工况下的抗压强度与孔隙度之间的相关关系。(5)为了构建半埋于西部盐渍土中CFRP加固劣化混凝土柱的力学模型,在第三、四章试验研究的基础上,引入了强度保持率和最大侵蚀深度作为混凝土的损伤量化指标,进一步建立硫酸盐持续半浸泡作用下最大侵蚀深度和抗压强度之间的相关关系,通过两阶段作用下CFRP约束劣化混凝土的抗压强度及应变规律的回归分析,建立了基于强度保持率和最大侵蚀深度的极限强度和极限应变模型。
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