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1、鍵入文字鍵入文字陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 外貼碳纖維復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)受氯化物侵蝕時(shí)的實(shí)驗(yàn)研究陳鳳山 趙國藩 潘德強(qiáng)(大連理工大學(xué) 土木水利學(xué)院,中國 大連116024) (廣州四航工程技術(shù)研究院,中國 廣州 510230)摘要對外貼碳纖維復(fù)合材料(CFRP)防止氯離子侵蝕混凝土的作用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。隨著碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)的越來越多的應(yīng)用,CFRP被認(rèn)為對防止氯離子侵蝕混凝土結(jié)構(gòu)具有有效的屏蔽作用。菲克擴(kuò)散定律是外貼碳纖維混凝土結(jié)構(gòu)剩余壽命的預(yù)測方程。CFRP作為混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕系統(tǒng)的一部分對沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)有倆種作用,加強(qiáng)和提高混凝土耐久性。關(guān)鍵字碳纖維增強(qiáng)聚合物;氯離子;防腐
2、蝕耐久性壽命預(yù)測評價(jià)系統(tǒng);引言氯離子侵蝕鋼筋是當(dāng)前沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)過早破壞的的主要原因。如果有足夠的水分和氧氣,鋼筋的腐蝕就會(huì)開始。這不僅會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全,也會(huì)影響其的耐久性。因此,沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是一個(gè)亟待解決的突出問題。 近年來,對碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究工作。然而,很少有對在一定強(qiáng)度下CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的研究工作,其中就包括防止氯離子對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕。 在本文中,通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)粘結(jié)碳纖維復(fù)合材料可以阻止氯離子進(jìn)入到混凝土中和對CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)耐久性壽命的預(yù)測方法。1. 混凝土結(jié)構(gòu)受氯離子侵蝕退化的模型圖1.沿?;炷亮踊P痛四P陀靡凿摻罨?/p>
3、凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的評估,是基于在混凝土上的腐蝕機(jī)制進(jìn)行評估和模擬得來的。在CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的物理模型中,鋼筋混凝土腐蝕的壽命時(shí)間模型被廣泛認(rèn)可接受的。在結(jié)構(gòu)使用壽命的全過程中,評價(jià)周期分成四個(gè)階段,如上圖所示:階段 (啟動(dòng)期間):開始腐蝕為開始時(shí)間。階段 (裂解期):從開始腐蝕到保護(hù)層的腐蝕。階段 (之前剝落):開裂剝落時(shí)間。階段 (結(jié)構(gòu)失效期間):從結(jié)構(gòu)開裂到結(jié)構(gòu)失效的時(shí)間。因此,評估結(jié)構(gòu)或構(gòu)件壽命的方程如下:為了提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性,延長啟動(dòng)期間是最有效的措施。2 實(shí)驗(yàn)2.1 材料在碳纖維系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中采用的材料包括:CFRP板:CYMAX L 200-c 0。K12 111毫米碳纖
4、維布;浸漬樹脂:環(huán)氧樹脂XH 180 A / B浸漬樹脂;底漆:環(huán)氧樹脂XH 7307 A / B底漆;膩?zhàn)犹盍希涵h(huán)氧樹脂XH 130 A / B / C膩?zhàn)?;為了便于確定氯離子剖面條件,在混凝土制備過程中水灰比為0.6。2.2 試件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)符合中國標(biāo)準(zhǔn) 6 和北歐標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法4437。試件的尺寸是10cm×10cm×10cm,如圖2所示。為了研究外貼CFRP防止氯離子侵入到混凝土的能力,每個(gè)試件都需一個(gè)曝光面,其他的面用硅酮玻璃密封膠密封,浸漬樹脂固化試件至少一個(gè)星期。圖2.實(shí)驗(yàn)標(biāo)本2.3曝光條件表1所列除參考試樣的標(biāo)本(RS)是在NaCl溶液中浸泡兩種氯濃度,分別為3.
5、0%和16.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)(NaCl),時(shí)間分別為1個(gè)月和3個(gè)月。表1 實(shí)驗(yàn)程序?qū)σ言贜aCl溶液浸泡一定時(shí)間后的標(biāo)本(塵埃樣本已被成形的磨削),切割混凝土各層灰塵樣品,對其進(jìn)行電位滴定法分析,從而確定在每一層氯離子濃度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2.表2 采用電位滴定法測定對標(biāo)本浸漬一個(gè)月為圖3所示的分析結(jié)果,三個(gè)月為圖4所示。從數(shù)字來看,無論什么條件(包括濃度和時(shí)間的浸泡),可以觀察到,基于完全接合的標(biāo)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線(3。0% CB 16。5% CB)非常接近了。因此,可以肯定的是,有一個(gè)顯著的效果外貼CFRP可以以抵抗氯離子侵蝕混凝土。圖3:與RS 1月在CB樣品剖面浸入氯離子濃度的比較圖4:與RS
6、 3個(gè)月在CB樣品剖面浸入氯離子濃度的比較3耐久性評定和剩余壽命預(yù)測由于碳纖維是非常密集的,混凝土表面涂層外貼碳纖維,可以被視為氯化物在侵入途徑進(jìn)入混凝土?xí)r的障礙。外貼碳纖維的有效性也得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但是該功能將減少或減弱與環(huán)氧樹脂在碳纖維復(fù)合材料的老化,如粉碎。因此,它是評價(jià)外貼用的有效絕緣長期的T1氯離子碳纖維絕緣作用的途徑之一。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性評估與外貼碳纖維布剩余壽命的預(yù)測,基于菲克斯分散法估計(jì)。腐蝕起始階段包括T1 CFRP可以防止氯從進(jìn)混凝土和的T1氯離子侵蝕圓鋼筋表面氯離子濃度,直到其達(dá)到閾值。公式2:由于沒有足夠的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的支持,仍需在這一領(lǐng)域進(jìn)行繼續(xù)研究。根據(jù)JSCE
7、公司的建議,可以指定10年時(shí)間,在沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)只有一層碳纖維布的情況下或者多層情況下,進(jìn)行研究。在一個(gè)普通的環(huán)境下,可以定為5年的時(shí)間,混凝土結(jié)構(gòu)只有一層碳纖維的情況下,進(jìn)行研究。在混凝土結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面粘貼碳纖維布是不經(jīng)濟(jì)的,涂層部分可以不貼外貼CFRP,而采取其他預(yù)防措施,在這種情況下,參數(shù)T方面采取的是最小的一個(gè)。當(dāng)碳纖維應(yīng)用于沿?;炷两Y(jié)構(gòu)的加固,例如柱,梁,板。碳纖維布加固的設(shè)計(jì)仍然是主要考慮的。CFRP防止氯離子進(jìn)入混凝土的作用是混凝土耐久性的評定和預(yù)測剩余壽命的。例如,當(dāng)CFRP用于加強(qiáng)梁或板,混凝土表面覆蓋部分碳纖維因強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)考慮。為了解決上述問題,最經(jīng)濟(jì)的策略是應(yīng)用于表
8、面涂層的預(yù)防措施的部分沒有外貼CFRP。因此,對沿?;炷两Y(jié)構(gòu)碳纖維加固防止氯侵蝕混凝土結(jié)構(gòu)需要一個(gè)集成的表面防護(hù)系統(tǒng),即碳纖維復(fù)合材料,涂層或和其他表面的預(yù)防措施。鑒于安全,T1方程(2)是最小的一個(gè),其中碳纖維復(fù)合材料,涂層或和其他。4結(jié)論(1)通過實(shí)驗(yàn)表明,通過外貼CFRP可以防止氯離子侵蝕混凝土。(2)外貼CFRP可以作為防腐蝕系統(tǒng)的一部分。評價(jià)碳纖維復(fù)合材料的屏蔽效果,應(yīng)考慮CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。(3)CFRP材料對氯離子侵蝕混凝土結(jié)構(gòu)的屏蔽效果以及CFRP預(yù)測混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和剩余壽命可以基于菲克斯分散法進(jìn)行分析。參考文獻(xiàn):1 PanD Q, HongD H, Zheng
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