钢-连续玄武岩纤维复合筋增强海砂混凝土柱的耐久性能研究

Focusing on the durability deficiency of sea sand concrete reinforced by steel bars, a corrosion resistance and high integrated performance steel-basalt fiber composites bars (SFCB) is adopted in current research to enhance the durability of sea sand concrete columns. The research will be conducted from the durability study ofthree perspectives, SFCB material, interface between SFCB and concrete and column structures. First, the degradation of SFCB under salt and alkaline solutions is tested and evaluated, meanwhile, the crtical factors affecting interfacial behavior and degradation are studied. Based on above studies, the durability of sea sand concrete columns with SFCB are studied under the axial and eccentric compression, addressing the influence of reinforcing ratio, stirrups layout and corrosion actions. According to above results, the performance evalatuion and design method for sea sand concrete column will be proposed. The characteristics of the research lies in the intergration of multi level impacts to the durability of structures and the analysis of degradation mechanism, key factors and design method. The research can provide references for marine engineering structures.

本项目针对海砂混凝土中钢筋锈蚀而导致耐久性不足的问题，研究采用具有耐腐蚀性能和高综合力学性能的钢-玄武岩纤维复合筋（SFCB筋）增强海砂混凝土柱的性能评价和耐久性设计方法。项目从SFCB筋的材料，与海砂混凝土粘结界面和增强海砂混凝土柱结构三个层次开展耐久性研究。首先研究SFCB筋在盐环境和碱环境作用下的退化机理和规律，同时研究SFCB筋和海砂混凝土的粘结界面在腐蚀作用下的破坏控制因素和性能退化规律，在此基础上，通过配筋率、箍筋、腐蚀作用方法等参数的综合考虑，研究SFCB筋增强混凝土柱在轴压和偏压作用下的性能退化规律。基于上述三方面研究提出结构在腐蚀环境下性能评价和设计方法。本项目特色在于综合分析影响结构性能的不同层次因素，揭示腐蚀介质对结构的损伤控制因素和机理，并定量评价和提出SFCB筋增强海砂混凝土柱结构的长期耐久性能和设计方法，为高耐久性海洋工程结构提供重要参考。

纤维增强复合材料（FRP）因具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，在工程领域中有着较为广泛的应用。其耐腐蚀性能相比钢筋具有明显优势，FRP筋被视为在海水海砂混凝土环境下替代易锈蚀钢筋的理想材料。但对于SFCB筋和BFRP筋在实际服役环境下的性能退化规律和退化机理的了解并不充分，导致 FRP 筋长期性能的不确定性反成为困扰 FRP 筋应用的关键问题之一。因此，开展针对SFCB筋和BFRP筋增强海水海砂混凝土结构耐久性的研究具有重要的现实意义。.采用加速老化试验、微-细观观测和理论计算分析相结合的方法，对FRP筋和SFCB筋增强混凝土结构长期耐久性能中涉及的关键问题进行了研究。对不同温度下在碱、盐腐蚀溶液环境的SFCB筋的耐久性开展了加速老化试验研究，得出了上述腐蚀溶液环境中SFCB筋退化速率的对应关系。对BFRP筋、SFCB筋与天然海水海砂混凝土在海洋环境下的粘结耐久性开展了系统的加速试验，对不同龄期下海水浸泡和干湿循环对粘结性能的影响进行了研究，对其粘结-滑移曲线和极限粘结强度进行了比较。通过BFRP筋-海水海砂混凝土柱受压试验研究了FRP筋材加固对柱力学性能的影响。.研究结果表明，碱溶液对SFCB筋的侵蚀性要比盐溶液环境相对更强一些。当施加的预应力水平较低时，可以基本忽略应力对腐蚀的加速作用，腐蚀速度主要受温度的影响。在达到40%的高应力水平时，应力的存在会加速SFCB筋的腐蚀退化。并对不同温度下SFCB筋应力退化进行了预测，对于其在工程中的应用有较高的参考价值。对于SFCB筋而言，与钢筋相反，海水浸泡环境对粘结强度的侵蚀速率要大于海水干湿循环环境。与钢筋混凝土柱相比，SFCB筋-混凝土柱承载力和延性均有提高。为SFCB筋增强混凝土柱在海洋工程中的应用提供了依据。