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新型碳纤维增强复合材料-钢复合管海水海砂混凝土圆柱轴压试验

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复合材料学报 2021年第9期38卷 3076-3085页

作者：柏佳文魏洋张依睿缪坤廷郑开启南京林业大学土木工程学院南京210037

为研究原状海水海砂混凝土在复合管混凝土中的应用可行性,提出一种新型由内外壁纤维增强复合材料(FRP)和夹心钢管复合的碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢复合管海水海砂混凝土柱结构。对12个新型CFRP-钢复合管海水海砂混凝土圆柱试件进行了... 详细信息

为研究原状海水海砂混凝土在复合管混凝土中的应用可行性,提出一种新型由内外壁纤维增强复合材料(FRP)和夹心钢管复合的碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢复合管海水海砂混凝土柱结构。对12个新型CFRP-钢复合管海水海砂混凝土圆柱试件进行了轴压试验,研究了CFRP层数和核心混凝土强度等级变化对其轴压性能的影响。试验结果表明,内外壁CFRP的包裹能够有效地提高结构承载力和变形能力;CFRP-钢复合管海水海砂普通混凝土圆柱破坏形态为混凝土压溃,而CFRP-钢复合管海水海砂高强混凝土圆柱破坏形态为剪切破坏;结构的极限应力与CFRP层数、混凝土强度呈正相关,而极限应变随着CFRP层数增加而提高,却随着混凝土强度提高而减小;核心混凝土和钢管对极限应力的贡献随着CFRP层数增加基本不变,且当包裹两层及以上CFRP时,CFRP对试件极限应力的贡献占主导地位。

关键词： FRP 钢管海水海砂混凝土约束轴压性能

真实海水环境下海水海砂混凝土内FRP筋性能退化研究

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海南大学学报（自然科学版） 2022年第3期40卷 300-308页

作者：修林鹏常宇飞周智欧进萍大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 海南大学土木建筑工程学院海南海口570228 哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院广东深圳518055

为得到真实海水环境下海水海砂混凝土(SWSSC)内纤维增强复合材料(FRP)筋的性能退化规律,在真实海水浸泡下对SWSSC内的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的拉伸性能退化进行了试验研究,同时,用扫描电子显微... 详细信息

为得到真实海水环境下海水海砂混凝土(SWSSC)内纤维增强复合材料(FRP)筋的性能退化规律,在真实海水浸泡下对SWSSC内的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的拉伸性能退化进行了试验研究,同时,用扫描电子显微镜(SEM)对两种筋材进行了微观观察.试验参数包括筋材种类(BFRP筋和GFRP筋)、腐蚀龄期(30 d、50 d、60 d和90 d),测试性能为不同腐蚀龄期下两种筋材的拉伸强度和弹性模量.另外,对试验所处海域年平均相对湿度下SWSSC内的BFRP筋拉伸强度保留率进行了预测.结果表明:SWSSC内BFRP筋拉伸强度退化速度快于GFRP筋,两种筋材弹性模量无明显退化;SWSSC内的BFRP筋和GFRP筋,其拉伸强度退化主要是由树脂的水解或纤维-树脂界面性能退化引起.通过预测,在海南省海口市真实海水环境下,SWSSC内的BFRP筋拉伸强度保留率在50年后的预测值为75.6%(环境相对湿度为82%).

关键词：真实海水环境 FRP筋海水海砂混凝土耐久性

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BFRP筋增强海水海砂混凝土梁的受弯性能

内蒙古工业大学学报(自然科学版) 2023年第6期42卷 534-541页

作者：赵晓伟尹世平荆磊华云涛山东建筑大学科技处济南250101 中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室江苏徐州221008 内蒙古工业大学土木工程学院呼和浩特010051

为推动BFRP筋海水海砂混凝土梁在实际工程中的应用,对9根配有BFRP筋、GFRP筋和钢筋的海水海砂混凝土梁进行四点弯曲试验。结果表明,增大配筋率或截面高度可提高承载力、减小挠度和裂缝宽度。相同配筋率下,直径小且分布更密的BFRP筋与混... 详细信息

为推动BFRP筋海水海砂混凝土梁在实际工程中的应用,对9根配有BFRP筋、GFRP筋和钢筋的海水海砂混凝土梁进行四点弯曲试验。结果表明,增大配筋率或截面高度可提高承载力、减小挠度和裂缝宽度。相同配筋率下,直径小且分布更密的BFRP筋与混凝土的粘结性能更好,正常使用荷载和极限荷载下的裂缝宽度均减小,改善了梁的开裂性能,但其对承载力和挠度无显著影响。FRP筋海水海砂混凝土梁的极限承载力远高于钢筋混凝土梁,但其裂缝宽度和挠度均大于钢筋混凝土梁。经试验,大部分试验梁均能满足GB、ACI和CSA规范中规定的正常使用状态下的挠度和裂缝宽度要求。ACI规范对BFRP筋海水海砂混凝土梁正截面承载力的设计偏保守,最新实施的GB规范中规定的FRP筋受弯构件的正截面承载力计算公式对BFRP筋海水海砂混凝土梁有较好的适用性。

关键词：海水海砂混凝土 BFRP筋受弯性能破坏形态使用状态

真实海水浸泡下FRP筋与海水海砂混凝土的粘结耐久性

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海南大学学报（自然科学版） 2022年第4期40卷 382-392页

作者：于志力常宇飞王珍珍周智欧进萍大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 海南大学土木建筑工程学院海南海口570228 哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院广东深圳518055

在真实海水环境浸泡下对FRP筋与海水海砂混凝土(SWSSC)的界面粘结耐久性能进行了试验研究.试验变量包括FRP筋种类(GFRP筋、BFRP筋和SFCB筋)和浸泡时间(30 d、90 d、180 d和270 d),通过中心拉拔试验对3种筋与SWSSC的界面粘结性能退化进... 详细信息

在真实海水环境浸泡下对FRP筋与海水海砂混凝土(SWSSC)的界面粘结耐久性能进行了试验研究.试验变量包括FRP筋种类(GFRP筋、BFRP筋和SFCB筋)和浸泡时间(30 d、90 d、180 d和270 d),通过中心拉拔试验对3种筋与SWSSC的界面粘结性能退化进行了对比分析;基于试验数据,对实际服役环境下3种筋的长期极限粘结强度退化进行了预测.结果表明:受海水长期浸泡和不同FRP筋制造工艺差异的影响,GFRP筋表面肋的磨损程度比BFRP筋和SFCB筋的小;BFRP筋和SFCB筋的粘结应力-滑移曲线的残余段波动逐渐减小;BFRP筋和SFCB筋的极限粘结强度退化快于GFRP筋.根据预测结果,给出了海洋环境、室外环境及室内环境下3种筋在设计服役年限所对应的极限粘结强度退化值.

关键词：真实海水环境 FRP筋海水海砂混凝土粘结耐久性长期性能预测

衬塑钢管海水海砂混凝土短柱轴压性能有限元分析

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华侨大学学报（自然科学版） 2023年第4期44卷 442-450页

作者：叶勇薛昱萱孙大为姜航赖顺颖华侨大学土木工程学院福建厦门361021 华侨大学福建省结构工程与防灾重点实验室福建厦门361021

选择合理的建模方法,建立衬塑钢管海水海砂混凝土短柱轴压有限元分析模型,对构件的破坏形态、轴压荷载-变形关系、内力分配进行研究,并以承载力折减系数的形式提出构件的极限承载力简化计算公式.结果表明:衬塑钢管海水海砂混凝土短柱的... 详细信息

选择合理的建模方法,建立衬塑钢管海水海砂混凝土短柱轴压有限元分析模型,对构件的破坏形态、轴压荷载-变形关系、内力分配进行研究,并以承载力折减系数的形式提出构件的极限承载力简化计算公式.结果表明:衬塑钢管海水海砂混凝土短柱的外钢管与内衬塑料层可较好共同工作,构件的轴压荷载-变形曲线可分为3种类型,由约束效应系数决定;随着塑料层厚径比的增大,轴压荷载-变形曲线形状相似,但极限承载力近似呈线性降低.

关键词：衬塑钢管海水海砂混凝土轴压性能有限元分析简化计算模型

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海水海砂混凝土中钢筋锈蚀的电化学特征

混凝土 2020年第7期 20-24页

作者：李薛忠吴庆王刚史文浩王石林江苏科技大学土木工程与建筑学院江苏镇江212003

研究了不同侵蚀方式下海水海砂混凝土中钢筋发生锈蚀的电化学机理及规律,并与普通混凝土内钢筋进行了对比。通过线性扫描伏安法(LSV)和电化学阻抗谱法(EIS)对两种不同氯离子侵蚀方式下的海水海砂混凝土与普通混凝土内钢筋进行电化学测试... 详细信息

研究了不同侵蚀方式下海水海砂混凝土中钢筋发生锈蚀的电化学机理及规律,并与普通混凝土内钢筋进行了对比。通过线性扫描伏安法(LSV)和电化学阻抗谱法(EIS)对两种不同氯离子侵蚀方式下的海水海砂混凝土与普通混凝土内钢筋进行电化学测试,进而得到并分析其极化曲线与电化学阻抗谱。研究结果表明,试件自腐蚀电位随着时间的增长均逐渐升高,后续锈蚀反应更加艰难;锈蚀状态下钢筋的Nyquist图中增加了中频区与钢筋表面点蚀有关的第三段容抗弧;海水海砂试件中骨料及拌合用水所携带的氯离子导致混凝土电阻率及钢筋表面的传递电阻降低,阳极氧化反应更加容易进行;海水海砂试件中,中频区容抗弧率先消失,揭示出了随着时间的推移,钢筋表面不只一处发生坑蚀,大阴极小阳极的作用减弱,蚀孔内的阳极电流密度逐渐减小的规律。

关键词：海水海砂混凝土钢筋锈蚀氯离子极化曲线电化学阻抗谱

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海水海砂混凝土中氯离子迁移与结合研究

海水海砂混凝土中氯离子迁移与结合研究

作者：李师财青岛理工大学

学位级别：硕士

随着我国海洋开发战略的实施,近海港口、码头和岛礁建筑得到迅速发展。混凝土需求量急剧增加并导致河砂和淡水等原材料资源匮乏。如果能用储量丰富的海砂和海水取代传统的河砂和淡水制备混凝土,则可减少原材料运距、缓解河砂和淡水资源... 详细信息

随着我国海洋开发战略的实施,近海港口、码头和岛礁建筑得到迅速发展。混凝土需求量急剧增加并导致河砂和淡水等原材料资源匮乏。如果能用储量丰富的海砂和海水取代传统的河砂和淡水制备混凝土,则可减少原材料运距、缓解河砂和淡水资源匮乏的状态。然而,海水和海砂携带的高含量氯离子易导致钢筋锈蚀,限制了海水海砂混凝土结构的广泛应用。因此,研究海水海砂混凝土基本性能,以及氯离子在海水海砂混凝土内部的迁移规律,并探寻提高海水海砂混凝土中氯离子结合能力的有效方法和适用于海水海砂混凝土的钢筋阻锈方法十分重要。本课题以海水和海砂代替淡水和河砂为主要原材料制备混凝土和砂浆,研究了海水海砂混凝土的基本性能、海水海砂混凝土中氯离子的迁移规律(氯离子溶出和向临近混凝土迁移)、富铝胶凝材料和煅烧水滑石对海水海砂砂浆中氯离子结合能力的影响以及阻锈剂插层水滑石对模拟海水海砂混凝土孔溶液中钢筋锈蚀的影响,具体内容如下:(1)以海水和海砂为主要原材料,掺入粉煤灰、矿粉以及硅灰等辅助胶凝材料制备混凝土和砂浆,研究了海水海砂混凝土工作性能,强度、毛细吸收性能以及干燥收缩性能等,并结合热重分析了海水对水泥水化的影响规律。研究结果表明:海水和海砂加速水泥水化,使其3 d和7 d抗压强度分别比淡水河砂混凝土提高了34.8%和54.6%,但后期强度与淡水河砂混凝土无显著差异;海水和海砂对混凝土的毛细吸水性能影响不显著,但会降低拌合物的工作性能,且使得其干燥收缩量相比淡水河砂砂浆增加1.43倍。掺加5%氧化镁膨胀剂可有效降低其30 d的干缩值达到60%,掺加0.5%亚硝酸钙或者5%硅灰可提升海水海砂混凝土的力学与耐久性能,并能提高其工作性能。(2)制备不同强度等级的海水海砂混凝土,养护不同龄期后浸泡在静水(浸泡溶液不更换)和动水(定期更换浸泡溶液)环境中,采用电位滴定法测试浸泡溶液中氯离子溶出量以及浸泡不同龄期混凝土不同深度氯离子浓度。结果表明:海水海砂混凝土中的氯离子溶出类似于水泥基材料的钙浸出,是一个相对缓慢的过程。在静水环境中,氯离子会从混凝土内部缓慢向表层区域迁移,并在表层0～5 mm区域形成富集现象;溶出液中的氯离子含量前期增加较快,后期增长变缓。在动水环境中,海水海砂混凝土表层的氯离子含量仍会出现富集,但富集量降低,水溶液中的氯离子浓度增加,溶出速度增加。提高混凝土强度,可以延缓混凝土中氯离子溶出,且其189 d氯离子溶出量仅为0.116～0.158 mg Cl/g混凝土。(3)通过在海水海砂混凝土基体上浇筑不同强度等级的淡水河砂混凝土,标准养护不同龄期后从接触面断开,分别测定两种混凝土接触面的表层氯离子浓度变化,进而获得海水海砂混凝土中氯离子的反向迁移规律。结果表明:随着二者结合龄期增长,氯离子会缓慢从海水海砂混凝土内往表面迁移,并在海水海砂混凝土表层2 mm处富集,少量氯离子会迁移到淡水河砂混凝土中,90 d后氯离子在淡水河砂混凝土中迁移深度达到5 mm。COMSOL模拟结果表明:二者结合1年后更多的氯离子(0.076%)将迁移到淡水河砂混凝土中,且会迁移到更深的区域(20 mm左右)。(4)通过掺加煅烧水滑石和富铝胶凝材料(铝酸钙水泥、粉煤灰和偏高岭土)海水海砂砂浆的自由和总氯离子浓度测试,分析掺合料对混凝土氯离子结合能力的影响。结果表明:煅烧水滑石可通过吸附溶液中Cl或SO实现结构重建,采用500℃煅烧水滑石可获得最大氯离子吸附量,由于煅烧水滑石优先吸附硫酸根离子,且其对SO的吸附量约为Cl吸附量的1.5倍,其在稀释海水溶液中对氯离子吸附量约为10 mg Cl/g CLDH,仅为氯化钠溶液中对氯离子吸附量的1/9。煅烧水滑石、粉煤灰、偏高岭土以及单独使用铝酸钙水泥均能有效提高海水海砂砂浆的氯离子结合能力。当它们的用量分别为7.5%、30%、30%和100%时,可以使砂浆氯离子结合能力分别提高65%、35%、65%和200%。分子动力学模拟结果表明,煅烧水滑石存在时Cl-Ca离子对的径向分布函数值降低,证实了煅烧水滑石对砂浆中氯离子的吸附。(5)通过煅烧-重建方法制备亚硝酸根阻锈剂插层水滑石,研究煅烧水滑石和插层水滑石对模拟海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液中钢筋锈蚀的影响。结果表明:通过煅烧再重建的方法可以将亚硝酸盐阻锈阴离子负载到水滑石层间,阻锈剂的负载率接近9%。负载的阻锈阴离子在SWSSC孔溶液中会迅速被释放,混合反应3 d后阻锈剂释放率可达到99%。钢筋在海水海砂混凝土模拟孔溶液中迅速腐蚀,掺入CLDH和LDH-NO后钢筋的腐蚀得到控制。CLDH通过吸附Cl并释放OH,既降低了溶液中游离氯离子的含量,又提高了溶液的碱度,从而延缓了钢筋的腐蚀速率。LDH-NO通过释放阻锈剂NO和OH并吸附Cl,促进钢筋表面钝化膜的形成,可为钢筋提供长时间的腐蚀防护。

关键词：海水海砂混凝土氯离子迁移结合能力煅烧水滑石阻锈剂

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海水海砂混凝土单轴受压应力—应变关系研究

海水海砂混凝土单轴受压应力—应变关系研究

作者：卢佳大连理工大学

学位级别：硕士

随着经济社会的不断发展,混凝土的消耗量日益增加,然而淡水及天然河砂资源日益匮乏。在混凝土中使用海水与海砂为自然资源的可持续利用提供了保障,相关研究受到各国学者的广泛关注。海水海砂混凝土是指利用海水和海砂全部或部分替代传... 详细信息

随着经济社会的不断发展,混凝土的消耗量日益增加,然而淡水及天然河砂资源日益匮乏。在混凝土中使用海水与海砂为自然资源的可持续利用提供了保障,相关研究受到各国学者的广泛关注。海水海砂混凝土是指利用海水和海砂全部或部分替代传统建筑材料淡水和河砂拌制混凝土。本文利用300余个试件对不同配合比和龄期下,海水和海砂置换率对混凝土单轴受压应力-应变关系的影响进行了深入的分析,填补了以往针对海水海砂混凝土性能研究的空白部分,并在试验研究的基础上,通过理论分析得到适用于海水海砂混凝土的单轴受压应力-应变模型。具体工作如下:（1）通过两次预试验确定了混凝土配合比,利用45个100×100×100mm和45个150×150×150mm的立方体试件,探究了不同龄期及配合比下海水与不同置换率的海砂对混凝土立方体抗压强度和破坏形态的影响。结果表明,海水和海砂的存在提高了混凝土的立方体抗压强度。同时,对海水海砂混凝土不同尺寸试件间的强度换算系数进行分析。（2）利用45个尺寸为150×150×300mm的试件,探究了海水海砂对混凝土弹性模量及泊松比的影响,试验结果显示,海水和海砂提高了混凝土的弹性模量,但对泊松比影响不大。（3）通过分析混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究的原理,结合实验室实际情况,选择普通试验机附加刚性原件的方式完成试验。在进行40余次预试验后,综合考虑试验成本、试验效果及试验操作难易程度,将碟形弹簧引入到混凝土试验中,成功解决了素混凝土轴压试验易发生突然破坏,导致无法测得完整应力-应变曲线的问题。（4）对135个100×100×300mm的棱柱体试件进行试验研究,探讨了不同龄期及配合比下海水与海砂置换率对混凝土应力-应变关系的影响。试验结果表明,海水和海砂的存在使混凝土的峰值应力、峰值应变及初始切线模量不同程度增大。同时,随着海砂置换率的提高,海水海砂混凝土的峰值应力、峰值应变和初始切线模量呈下降趋势。根据试验结果分别推导出适用于海水海砂混凝土峰值应力、峰值应变和初始切线模量的预测公式,并提出适用于海水海砂混凝土的单轴受压应力-应变模型,经试验结果验证新模型可以有效预测海水海砂混凝土的应力应变性能,为海水海砂混凝土在实际工程中的应用提供了依据。

关键词：海水海砂混凝土抗压强度峰值应变弹性模量应力-应变关系

海水海砂混凝土内玄武岩纤维增强复材筋性能退化研究

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工业建筑 2019年第9期49卷 18-21页

作者：陆中宇李永超谢建和广东工业大学土木与交通工程学院

采用纤维增强复合材料(FRP)替代钢筋应用于海水海砂混凝土结构是解决钢筋锈蚀问题的有效途径之一。针对FRP材料的耐久性问题,已有的研究集中于将FRP直接浸泡于强碱性环境下模拟混凝土内的孔隙水环境,而海水海砂混凝土在Cl-及SO42-的作用... 详细信息

采用纤维增强复合材料(FRP)替代钢筋应用于海水海砂混凝土结构是解决钢筋锈蚀问题的有效途径之一。针对FRP材料的耐久性问题,已有的研究集中于将FRP直接浸泡于强碱性环境下模拟混凝土内的孔隙水环境,而海水海砂混凝土在Cl-及SO42-的作用下,内部的碱环境处在动态变化中,有必要研究FRP在真实碱环境下的长期性能。因此,本研究测试了实验室加速环境下(室温、40℃以及60℃水溶液及模拟海水溶液),不同海水海砂混凝土砂浆包裹厚度(0,10,20 mm) BFRP(Basalt-FRP)筋的耐久性,测试了不同浸泡时间后BFRP筋的拉伸强度,用扫描电子显微镜(SEM)对拉伸断面进行了观察。研究发现,同一包裹厚度BFRP筋随浸泡温度的升高,拉伸强度退化越显著;在同一浸泡环境下,混凝土包裹层厚度越大,BFRP筋的拉伸强度退化越明显;影响BFRP筋拉伸强度退化的主要因素是混凝土内部碱度。

关键词：玄武岩纤维增强复材筋海水海砂混凝土包裹厚度耐久性