海水腐蚀对混杂纤维混凝土与钢筋粘结性能的影响

摘要

海水腐蚀环境下，混凝土结构耐久性是工程界关注的重点。在影响混凝土结构耐久性的因素中，钢筋锈蚀最为显著。而钢筋锈蚀到一定程度后，混凝土与钢筋间的粘结性能下降，会造成整个构筑物承载能力的大幅降低。所以，研究在海水腐蚀环境下，钢筋锈蚀后和混凝土间的粘结性能具有非常重要的理论和现实意义。裂缝会加快钢筋锈蚀的进程，而钢筋锈蚀会对粘结作用产生不利影响，因此控制混凝土内裂缝的开展是减缓钢筋锈蚀对钢筋和混凝土粘结性能衰退的关键，在混凝土中加入纤维能够抑制混凝土内裂缝的扩展。
　　混杂纤维混凝土是在混凝土中掺入两种或两种以上一定体积率纤维而形成的材料，相比于单一的纤维混凝士具有很好的正混杂叠合效应，能够更好地约束混凝土内部裂缝的开展，因而增强了混凝土与钢筋间的粘结性能。
　　本文通过电化学加速锈蚀的方法，获取了4组不同钢筋锈蚀率(0-6.89％)的钢筋混凝土拉拔试件。采用中心拉拔试验，得到了不同锈蚀率情况下，钢筋与混凝土间的粘结强度。重点分析了锈蚀率、混杂纤维体积率以及钢筋种类对两者间粘结性能的影响，根据试验结果提出了考虑锈蚀率影响下的混杂纤维混凝土与钢筋的极限粘结强度退化公式，并在总结前人研究成果的基础上，拟合得到了混杂纤维混凝土与钢筋之间的粘结-滑移数学本构模型。试验结果表明:在一定范围内，混杂纤维体积率越大，混凝土与钢筋之间的粘结性能越好。极限粘结强度随着锈蚀率的提高呈现出先提高后减小的趋势。混凝土和光圆钢筋间的粘结强度劣于螺纹钢筋。
　　除了试验之外，运用ABAQUS有限元软件，本文还对混杂纤维混凝土与变形钢筋的拉拔试验进行数据对比分析，计算了在各级拉拔荷载作用下，不同锈蚀率的钢筋和混杂纤维混凝土的粘结强度和钢筋加载端的滑移量，并将试验结果和模拟结果进行了比较，误差均在合理范围内，验证了运用ABAQUS模拟计算的可行性，为将来更深入研究混杂纤维混凝土与钢筋的粘结性能打下基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景意义

1．2 氯离子对钢筋的侵蚀作用

1．2．1 钢筋锈蚀产生的条件

1．2．2 氯离子侵入混凝土的途径

1．2．3 氯离子加速钢筋锈蚀的原理

1．3 普通混凝土和锈蚀钢筋粘结性能研究现状

1．3．1 钢筋混凝土之间粘结力的组成

1．3．2 粘结性能的主要影响因素

1．3．3 国内外研究成果

1．4 纤维混凝土的选用及其与钢筋粘结性能的研究

1．4．1 混杂纤维的选用

1．4．2 纤维混凝土与钢筋粘结性能研究

1．5 本文主要研究的内容

第二章 混杂纤维混凝土与钢筋粘结’陛能试验

2．1 粘结试验方法

2．2 拉拔试件的设计

2．3 材料的选用及混杂纤维混凝土的搅拌工艺

2．3．1 材料选用

2．3．2 拌合工艺

2．4 试件的制作和成型

2．5 材料的力学性能

2．5．1 混杂纤维混凝土力学性能试验

2．5．2 钢筋力学性能试验

2．6 钢筋加速锈蚀试验

2．6．1 加速锈蚀方案的选用

2．6．2 腐蚀电流密度的确定

2．6．3 钢筋电化学腐蚀装置

2．6．4 电化学加速锈蚀的原理

2．6．5 电化学加速锈蚀的现象

2．6．6 钢筋实际锈蚀率的测量

2．7 试验加载方案

2．7．1 试件加载装置

2．7．2 加载方式及数据处理

2．8 本章小结

第三章 试验结果及分析

3．1 试验结果

3．1．1 粘结荷载结果汇总

3．1．2 试验描述

3．2 试验结果分析

3．2．1 粘结荷载-滑移曲线

3．2．2 粘结性能分析

3．2．3 混杂纤维混凝土与锈蚀钢筋粘结机理分析

3．3 混杂纤维混凝土与锈蚀钢筋本构关系模型

3．3．1 混杂纤维混凝土与锈蚀钢筋的极限粘结强度

3．3．2 混杂纤维混凝土与锈蚀钢筋的粘结-滑移曲线的拟合

3．4 本章小结

第四章 混杂纤维混凝土与钢筋粘结试验有限元模拟

4．1 钢筋混凝土有限元模型的选取

4．2 结构单元的选择

4．3 本构关系的选取

4．3．1 混杂纤维混凝土本构模型

4．3．2 钢筋本构模型

4．3．3 粘结滑移本构模型

4．4 有限元模型的建立

4．5 结果比较分析

4．6 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 结论

5．2 后续工作展望

参考文献

致谢

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