碱性环境下GFRP筋腐蚀机理及力学性能研究

摘要

钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要问题之一，与钢筋相比，GFRP筋具有高强度、低密度和良好耐酸腐蚀性能。因此，GFRP筋可以是代替钢筋混凝土结构中钢筋的一个很好的选择。GFRP筋易在碱环境下受到腐蚀，而混凝土内部孔溶液又是PH13左右的强碱性溶液，如果要使用GFRP筋代替钢筋混凝土结构中的钢筋，制成GFRP筋混凝土，就很有必要研究在碱性环境下GFRP筋腐蚀机理及力学性能。
　　本文选用两种不同树脂基体的GFRP筋（环氧树脂基体和不饱和聚酯树脂基体），并设计了GFRP筋在人工模拟混凝土孔溶液的腐蚀和拉伸试验，GFRP筋混凝土试件的腐蚀和拉伸试验。结果表明：经过90天的人工加速腐蚀试验，GFRP筋体表面发生了严重的坑蚀现象，从外观上表现为玻璃纤维与树脂基体分离，碱溶液的PH值从最初的13.62降低到12.85，表明碱溶液中的OH?与GFRP筋发生了化学反应。在碱溶液中浸泡后GFRP筋的质量变化并不明显，经过90天的碱溶液腐蚀后，质量保留率均在97％以上；但碱溶液对GFRP筋力学性能的影响比较明显，温度为60℃，GFRP筋在两种碱溶液中浸泡90天后，无论是环氧树脂基体GFRP筋还是不饱和聚酯树脂基体GFRP筋，抗拉强度都降低了30%左右，环氧树脂基体GFRP筋的抗拉强度保留率高于不饱和聚酯树脂基体GFRP筋，说明环氧树脂基体GFRP筋具有更好的耐碱性。GFRP筋混凝土试件的腐蚀和拉伸试验也是先在恒温箱中进行了人工加速腐蚀试验，随后进行GFRP筋拉伸试验。在相同的试验温度、相同的试验时间下，人工模拟混凝土孔溶液对GFRP筋的腐蚀明显强于C40混凝土，在经过30天、60天、90天后， GFRP筋的抗拉强度保留率都是在C40混凝土环境中的高。当环境温度为60℃，在经过90天后，在C40混凝土中的GFRP筋的抗拉强度保留率约下降到81.56%，而在人工模拟的氢氧化钙饱和溶液中的GFRP筋的抗拉强度保留率则下降到73.6%。同时，研究了GFRP筋极限抗拉强度损失和PH减小量之间的关系，得出配制混凝土时控制其碱度可以提高GFRP筋的耐久性。最后，用Arrhenius抗拉强度预测模型预测的结果与试验数据进行了对比，对比的结果表明：发现对于不饱和聚酯基体GFRP筋，其预测结果和试验结果相差不大；但对于环氧树脂基体GFRP筋，Arrhenius模型的强度预测公式误差很大。

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第1章 绪论

1.1选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第2章 GFRP筋在模拟混凝土孔溶液中腐蚀和拉伸试验

2.1 试验材料与仪器

2.2 人工加速腐蚀试验介绍

2.3 GFRP筋人工加速腐蚀试验

2.4 GFRP筋的拉伸试验

2.5 试验结果分析及讨论

2.6 本章小结

第3章 GFRP筋混凝土试件腐蚀和拉伸试验

3.1 试验目的

3.2 试验材料与仪器

3.3 试验步骤

3.4 试验结果和分析

3.5 本章小结

第4章 碱环境下GFRP筋劣化机理及抗拉强度预测模型

4.1 GFRP筋碱环境劣化机理

4.2 GFRP筋在碱性环境中的后固化反应

4.3 GFRP筋的抗拉强度预测

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢