石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土粘结性能及梁力学性能研究

来源 :青岛理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:SilentWoolf_1981
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当外界侵蚀性介质渗入到混凝土内的钢筋表面时,往往会导致混凝土中的钢筋锈蚀,钢筋锈蚀后体积膨胀,从而引发混凝土保护层脱落、粘结性能劣化、结构表面出现纵向裂缝等现象,最终导致整个结构过早失效破坏,造成大量经济损失。为降低钢筋锈蚀的概率,提高钢筋混凝土结构的耐久性,一种切实有效的方法便是采用涂层钢筋。在现在的工程中,环氧涂层钢筋的应用最为广泛,但环氧涂层同样存在许多不足,如易老化变形、脆性大、固化时易产生微孔、耐疲劳性差等。石墨烯作为一种新型碳纳米材料,有着特殊的内部结构和优越的理化性能,被认为是一种理想填料;于是众多专家学者采用添加石墨烯的方式来改善环氧涂层,并取得显著成效。本文针对新研发的石墨烯/环氧涂层,对涂层钢筋的耐腐蚀性能、在混凝土构件中的粘结锚固性能,以及采用涂层钢筋对梁构件正截面受弯性能的影响等问题进行了深入研究,主要研究内容与结论如下:(1)通过自然环境下的暴露腐蚀试验,定期观察各涂层钢筋的锈蚀情况,并在试验结束后计算各组钢筋的锈蚀率,由此分析各类涂层钢筋的耐腐蚀性能。研究结果表明:防锈漆涂层钢筋耐腐蚀性能最差,环氧涂层钢筋耐腐蚀性能一般,在环氧涂层中掺入一定量的石墨烯可以提高涂层钢筋的耐腐蚀性能;当石墨烯掺量从0.05%提升到0.1%时,涂层钢筋的耐腐蚀性能还会有一定提升。(2)通过中心拔出试验研究石墨烯/环氧涂层钢筋与混凝土的粘结性能,分析钢筋直径、钢筋涂层对试件粘结强度和峰值滑移的影响,并采用多项式公式来拟合粘结-滑移本构关系。研究结果表明:石墨烯/环氧涂层钢筋与混凝土间的粘结性能比无涂层钢筋普通试件差,环氧树脂中石墨烯掺量的不同对试件的粘结强度和峰值滑移影响很小。涂层钢筋混凝土与无涂层钢筋混凝土的极限粘结强度之比随着钢筋直径的增加而减小。各组试件的粘结-滑移曲线可用三阶多项式拟合,拟合曲线与实际曲线符合较好。(3)对3根石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁进行正截面受弯试验,对比分析各试验梁的承载力、挠度、裂缝和破坏形态,并将试验值与《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)计算值进行对比。研究结果表明:石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁的破坏形态和抗弯机理与普通钢筋混凝土梁基本相同。石墨烯/环氧涂层钢筋的应用对梁构件的承载能力和跨中挠度基本无影响,但会导致梁构件的平均裂缝间距和最大裂缝宽度增大。《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)给出的公式仍适用于石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁正截面受弯计算,按规范计算的开裂弯矩、极限弯矩和跨中挠度与试验值符合较好,而平均裂缝间距和最大裂缝宽度的试验值与规范计算值相比偏差较大,可以考虑在原公式的基础上乘以扩大系数(1.15)以进行修正。
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