持压荷载作用下单面盐冻混凝土-钢筋粘结性能的研究

作     者：孔政宇 

作者单位：烟台大学 

学位级别：硕士

导师姓名：逯静洲;孙逢鸿

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：粘结性能 单面盐冻 持压荷载 损伤机理 微观检测 

摘      要：我国北方冬季多严寒天气,而许多诸如撒除冰盐后的道路、近海结构、远洋建筑等位置的混凝土受到的并不是单纯的冻融损伤,而是与盐类侵蚀相耦合的盐冻损伤,且通常是作用于单一表面的。而目前相关领域的研究仍比较有限,为探究单面盐冻作用下钢筋混凝土粘结性能的退化及作用机理,本文依据但不拘泥于相关规范,以不同单面盐冻次数(T)、不同持载应力比(F)和不同混凝土保护层厚度(D),将69件钢筋混凝土试件分成21组,先后展开钢筋混凝土单面盐冻试验和钢筋拔出试验,观察记录试验过程中试件各项形貌变化、分析计算试件各项参数变化,较为直观且可靠地展现出试验过程中混凝土材料性质和钢筋混凝土粘结性能的变化。研究所取得的成果及结论如下:(1)完成了自主设计的单面盐冻钢筋混凝土模具。新模具很好地适应了本试验在试件尺寸及试验方法上的创新,且妥善解决了规范推荐的“一模两件方法造成的操作不便和试件成型质量不佳等问题,有效避免了需要拆模切割这一可能致使试件损伤的操作步骤,除此之外,新的模具预留了钢筋孔道,可浇筑钢筋混凝土试件,拓宽了混凝土单面盐冻试验研究的领域。本课题组已借助该模具申请到一项实用新型专利。(2)找到了一种抑制盐冻损伤的新方法。无论是从单面盐冻试验表观现象和得到的诸如质量损失率、相对动弹性模量损失率等试验数据来看,还是从钢筋拔出试验中得到的试件粘结强度等试验数据来看,持载状态都是一项至关重要的影响因素。持载这一因素主要在抑制单面盐冻损伤方面起到重要作用:持载的存在能够使混凝土结构孔隙率变低,变得更密实,从而影响试件吸水能力,减少盐溶液进入结构内部,进而降低冻胀力和盐类侵蚀的作用程度,另一方面持载的存在也能与冻胀力相平衡,起到保护结构的作用。不过在钢筋拔出试验所得试验数据中可以看出,持载会对钢筋混凝土试件粘结性能造成不利影响,微观检测结果对此也有所印证。因此,实际工程中的钢筋混凝土结构大多数都是处于带荷服役的状态,实验室试验若要更好指导工程实践,应适当考虑目标结构的实际服役状态,如果目标结构处于恒定压力荷载之下,其抗盐冻性能应有所提高(如果处于持续拉力荷载之下则其抗盐冻性能必然降低)。这一规律同样能够指导工程实践:对于受盐冻侵害位置的混凝土结构可适当采用施加压力荷载或在早期设计阶段设置为预应力构件等方案。(3)得到了单面盐冻钢筋混凝土保护层厚度的建议数值。从单面盐冻试验阶段的各项试验数据来看,混凝土保护层厚度并不与盐冻损伤直接相关,而从钢筋拔出试验阶段的各项数据来看,混凝土保护层厚度则与试件粘结性能之间表现出很强的正相关性。这与钢筋周围的“约束区范围密切相关,在约束区范围内,裂缝发展速度较慢,而裂缝一旦发展至约束区边缘,速度就会加快,因此约束区半径大小这一数值附近为最合适的混凝土保护层厚度。分析试验数据发现,45mm左右为受单面盐冻作用结构更合理的混凝土保护层厚度。