钢纤维混凝土腐蚀后疲劳粘结滑移性能研究

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钢筋与混凝土之间具有可靠的粘结作用是两者能够共同工作的基本条件。钢筋的锈蚀是钢筋混凝土构件在实际工程应用中最突出的耐久性问题。在海洋环境下,钢筋混凝土构件会受到海水环境的腐蚀和海浪冲刷的疲劳荷载作用,导致构件发生劣化、耐久性降低。腐蚀环境和疲劳荷载两种作用的影响会使钢筋与混凝土的粘结性能大大降低,构件开裂和钢筋锈蚀更加严重,从而导致构件的承载能力下降。  钢筋与混凝土之间的粘结性能减弱会直接导致构件中出现裂缝,产生的裂缝又会影响钢筋混凝土结构的耐久性。为了防止结构出现耐久性问题,可以采用在钢筋混凝土中掺入钢纤维的方法。钢纤维混凝土中的钢纤维材料在腐蚀环境中对构件中的受力钢筋具有保护作用,分布在钢筋的外围可以保护钢筋不发生锈蚀,同时还具有高韧性、抗疲劳、耐磨等优点,能够有效地限制构件中裂缝的开展,因此在海水腐蚀环境和海浪冲刷疲劳荷载作用下,采用钢纤维混凝土构件是有效防止粘结性能减弱的技术措施。  本文采用试验和理论分析相结合的方法。通过试验获得锈蚀钢筋与钢纤维混凝土的粘结滑移曲线、极限粘结强度等数据。再分析钢筋的锈蚀率、钢纤维的体积率和混凝土的强度等级对钢纤维混凝土的粘结应力和滑移量的影响。主要研究内容如下:  1、钢纤维混凝土材料的力学性能研究试验中使用的立方体抗压试件、轴心抗压试件和抗折试件的尺寸分别为100mm×100mm×100mm、150mm×150mm×300mm和100mm×100mm×400mm,试验采用正交设计的方法,根据混凝土强度等级和钢纤维体积率的不同,将试件分为9组,每组3个试件材料性能试验研究。试验结果表明:  钢纤维混凝土的基体为混凝土,自密实混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度稍大于普通混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度,在此基础上掺入钢纤维,钢纤维材料发挥其强度增强效应,进一步提高了自密实混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度,并且随钢纤维体积率的增大呈线性增长。  混凝土基体中掺入钢纤维材料以后,钢纤维的存在可以有效阻止裂缝的产生和发展,裂缝处的部分钢纤维穿过裂缝并未被拉断和拔出,提高了试件的延性,说明了钢纤维在基体材料中起到了增韧和阻裂的作用。因此,掺入有钢纤维的自密实混凝土比没有钢纤维掺入的弹性模量和抗折强度都要有所提高,并且其弹性模量和抗折强度随着钢纤维体积率的增长基本呈线性增长。  2、疲劳腐蚀作用下钢纤维混凝土的粘结性能试验研究试验采用的是RILEM-FIP-CEB建议的梁式试件来测试粘结性能,试件由左右两部分构成,中间用受拉区钢筋和受压区的活动铰连接。试件尺寸为400mm×100mm×100mm,受拉钢筋的直径为12mm。受压区采用的活动铰可以自由转动,保证在施加荷载时力臂明确。试件左右两部分的受拉区钢筋是完好的,并且在两部分中各有两段长度分别为60mm和65mm的无粘结段,中间的部分为粘结段,粘结长度为60mm。无粘结段的钢筋置于PVC套管中,两端支座距离试件边缘的距离均为25mm。钢纤维掺入混凝土中可以有效的防止钢筋的锈蚀,从而减弱因为钢筋锈蚀引起的粘结的退化。同时钢纤维的掺入对于钢筋与混凝土之间的粘结也有一定程度的增强作用。试验结果表明:  (1)钢筋的锈蚀率较小时,钢筋与混凝土之间的粘结力有所提高,钢筋的锈蚀率较大时,随着锈蚀率的增大,钢筋与混凝土之间的粘结力逐渐减小。  (2)粘结疲劳破坏过程中滑移量的变化大致可分为滑移量迅速增长阶段、滑移量稳定发展阶段和滑移量迅速发展至破坏三个阶段。  (3)与静载作用下的粘结滑移模型相比较,疲劳荷载作用下的粘结应力-滑移量的曲线与静载作用下基本相似,而且极限粘结强度和最大滑移量与静载作用下也基本相似。因此可以采用静载作用下的粘结滑移本构关系来拟合疲劳荷载作用下的粘结滑移本构关系。  
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