【摘 要】
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纤维增强复合材料筋（Fiber Reinforced Polymer Bar,简称FRP筋）是一种具有轻质高强、优良耐久性、耐疲劳性的建筑新材料,它是利用不同的纤维与高分子树脂,通过一定的生产工艺进行复合成型,但由于其低弹性模量的缺点,限制了其在工程中推广应用,学者们通过复合高弹模的钢筋来提升复合筋的弹性模量,形成FRP-钢筋复合筋（Steel Fiber Composite Bar,简称SFCB
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纤维增强复合材料筋（Fiber Reinforced Polymer Bar,简称FRP筋）是一种具有轻质高强、优良耐久性、耐疲劳性的建筑新材料,它是利用不同的纤维与高分子树脂,通过一定的生产工艺进行复合成型,但由于其低弹性模量的缺点,限制了其在工程中推广应用,学者们通过复合高弹模的钢筋来提升复合筋的弹性模量,形成FRP-钢筋复合筋（Steel Fiber Composite Bar,简称SFCB筋）。近些年,随着河砂的资源紧张、海洋强国战略的实施,具有可持续性的海水海砂混凝土被提出,并认为可取代普通混凝土用于海洋工程建设中,但由于筋材基体材料的特性、生产工艺的稳定性以及内芯钢筋不耐氯盐等因素,造成其长期性能变化规律不明确,影响了SFCB筋在工程上的推广应用。为此,本文采用模拟海水、模拟海水海砂混凝土孔隙液2种腐蚀溶液,通过升温、加压以及电化学加速等方式研究FRP/SFCB筋物理及力学性能变化规律,并利用现有的模型进行长期力学性能预测。本文主要的研究内容及结果如下:研究普通钢筋（Steel,简称S）及3种复合筋（玄武岩纤维增强树脂筋,简称BFRP;BFRP-钢筋复合筋,简称B-SFCB;玻璃纤维增强树脂（GFRP）-钢筋复合筋筋,简称G-SFCB）在不同温度的模拟海水和模拟海水海砂混凝土孔隙液中物理及力学性能变化规律。分别测试钢筋锈蚀率、极限抗拉荷载,复合筋的抗拉强度、弹性模量、表观水平剪切强度、吸水率和失重率等指标,分析微观结构退化与宏观性能之间的联系。试验表明:钢筋在含氯碱溶液中更易发生点蚀破坏,造成强度和延性大幅降低;复合筋随着温度的升高,其力学性能呈下降趋势,吸水率也随之增加,尤其是在碱性溶液中,退化幅度更加明显。通过微观结构分析,在碱性溶液中,玄武岩纤维比玻璃纤维具有更好的耐碱性,但玄武岩纤维/树脂的界面退化程度比玻璃纤维/树脂界面明显,进一步腐蚀内部树脂,造成界面失效,应力传递受阻;在SFCB筋中能观察到筋材破坏范围是不均匀的,易产生腐蚀通道,造成钢筋/树脂界面失效。利用压力法对BFRP筋/B-SFCB筋进行加速老化试验,研究其可行性以及对比试验效果。对腐蚀后试件进行相关物理和力学性能测试,并结合微观分析方法,对比2种加速方法的结果差异。研究显示:在外加压力作用下,复合筋的吸水率和失重率有明显的影响,对筋材的抗拉强度、层间强度也有不同程度的加速退化效果,且对BFRP筋的效果要明显于B-SFCB筋。从SEM图能观察到,压力作用下的筋材表面腐蚀更加严重、影响深度更大,形成更多的微裂缝。对腐蚀后的筋材进行电化学加速锈蚀试验,研究SFCB筋包裹层对内芯钢筋保护性能退化规律以及内芯钢筋锈蚀对筋材整体性能的影响。对特定的腐蚀试件进行通电锈蚀,分别测试锈蚀前后的抗拉强度和层间抗剪强度,结合微观分析方法,观察通电前后筋材内部结构以及内芯钢筋表面腐蚀情况。结果表明,未腐蚀的SFCB筋,其外部包裹层对内芯钢筋具有良好的保护效果;G-SFCB筋外层FRP保护性能要优于B-SFCB筋,通电锈蚀后,B-SFCB筋抗拉强度和层间强度普遍降低,但程度较小,G-SFCB筋抗拉强度无明显变化,在高温碱性环境中,其层间强度略有降低;内芯钢筋发生一定程度的锈蚀时,会使筋材屈服点后移,但不会对其抗拉强度造成明显影响。
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