FRP筋及纤维增强水泥基复合材料的性能研究

摘要

利用纤维增强聚合物（FRP）筋取代钢筋作为混凝土结构增强筋可以有效解决侵蚀环境下钢筋锈蚀问题，但由于 FRP筋和混凝土均属于脆性材料，存在延性不足的问题，FRP筋混凝土结构常常呈脆性破坏。本文通过合理的纤维掺量制备得到一种具有高韧性的纤维增强水泥基复合材料（FRCC），并用 FRCC代替普通混凝土作为基体，试图提高FRP筋混凝土结构的延性以及耐久性，为FRP筋-FRCC新型结构形式的推广应用做探索性研究。
　　本文首先研究了纤维体积掺量以及纤维表面处理方式对 FRCC力学性能和韧性的影响，确定了较优的配合比，然后研究了配筋 FRCC梁的抗弯性能。其次，研究了 FRP筋与水泥基体在不同环境下的粘结性能。最后，分析了海水环境对FRP筋与基体界面过渡区的影响。实验研究表明：
　　（1）FRP筋可以显著提高FRCC梁的抗弯承载力和延性，其延性以及抗弯承载力均明显优于FRP筋混凝土梁，并且FRP筋-FRCC梁的弯曲破坏形式为塑性破坏，具有类似于钢筋混凝土梁的屈服平台特征，表现出良好的延性。
　　（2）标准养护条件下，FRP筋和钢筋与普通混凝土的粘结强度大小相当，但 FRP筋与普通混凝土的粘结破坏形式为混凝土劈裂破坏，相对滑移量较小，缺乏延性，呈现明显的脆性破坏。FRP筋与 FRCC的粘结强度较普通混凝土大幅度提高，增长比例在60％~80%，并且FRP筋在FRCC中产生较大的滑移，FRP筋与FRCC的粘结破坏形式为FRP筋拔出且FRCC开裂，FRP筋与FRCC表现出较好的粘结延性。
　　（3）海水环境下FRP筋与普通混凝土的粘结强度较标准养护条件下的粘结强度降低幅度达20%，破坏形式仍是明显的脆性劈裂破坏。海水环境下FRP筋与FRCC的粘结强度较标准养护条件下降低5%左右，破坏形式仍为FRP筋拔出且FRCC开裂。在海水环境下，FRP筋与FRCC的粘结性能无明显退化。
　　（4）相比于海水浸泡环境，潮汐作用下FRP筋与FRCC的粘结强度出现小幅度下降，但仍然呈延性破坏，而 FRP筋与普通混凝土在潮汐作用下的粘结强度较无潮汐环境降低15%左右。即使在潮汐环境下，FRP筋与FRCC的粘结强度也较标准养护条件下FRP筋与普通混凝土的粘结强度高出50%左右。因此， FRP筋与FRCC具有良好的粘结性能和耐久性能，使得FRP筋-FRCC结构在恶劣环境下具有良好的长期工作性能。
　　（5）碱性环境会对 BFRP筋、GFRP筋产生一定的侵蚀，导致其抗拉强度降低。海水腐蚀环境使得FRP筋与FRCC界面过渡区的显微硬度略微降低，宽度变大，并且在从SEM图中可以看出，海水环境下形成较多膨胀性产物AFt，导致裂纹，但总体来说FRP筋-FRCC结构的力学性能、耐久性能均明显优于FRP筋混凝土结构。FRP筋-FRCC新型结构形式在海洋工程、冬季撒除冰盐的道路与桥梁工程等领域将具有广阔的应用前景。

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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标与内容

第2章 实验原材料及实验方法

2.1原材料及其性质

2.2 主要实验方法

第3章 纤维增强水泥基复合材料的制备

3.1 引言

3.2 纤维增强水泥基复合材料的搅拌制度

3.3 纤维增强水泥基复合材料的力学性能研究

3.4 纤维增强水泥基复合材料的弯曲韧性研究

3.5 本章小结

第4章 FRP筋及纤维增强水泥梁的抗弯性能研究

4.1 引言

4.2 FRCC梁与OPC梁的弯曲韧性对比

4.3 FRP筋增强不同基体的抗弯性能研究

4.4 本章小结

第5章 FRP筋与水泥基体的粘结性能研究

5.1 引言

5.2 试验条件

5.3 试验现象及原理分析

5.4 试验数据处理

5.5 FRP筋与FRCC基体的耐久性能研究

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录