债券表现碳纤维增强塑料制成,酒吧双重功能的强化,为钢筋混凝土结构阴极保护

文摘

碳纤维增强塑料制成的双功能(碳纤维增强塑料)酒吧工作强化和外加电流阴极保护(组成)阳极提出了钢筋混凝土结构和研究。组成测试不同电流密度和极化时间首次进行的混凝土氯离子含量高。组成应用程序后,退出测试被执行对碳纤维增强塑料棒的债券的行为进行调查。实验结果表明新型组成系统的有效性与碳纤维增强塑料棒的阳极腐蚀保护。组成系统提供电子连续钢筋,钢筋的潜力的免疫力。阳极极化和大电流密度下的100毫安/ m²,碳纤维增强塑料bar-concrete接口提出了酸化和界面上的化学附着力显著降低。但是,在实验中,组成应用程序有一个微不足道的影响最终的键的强度。

1。介绍

钢筋混凝土(RC)结构的耐久性(图1(一))可以显著恶化由于钢筋腐蚀的影响1- - - - - -3]。为了克服腐蚀问题研究进行了近几十年来将耐腐蚀材料,如纤维增强聚合物(FRP),混凝土结构(4,5]。取代传统的钢筋与纤维塑料筋可以有效地抑制腐蚀和提高混凝土结构的耐久性6,7]。然而,由于低弹性模量和一些玻璃钢材料的脆性行为,问题存在于FRP-reinforced混凝土(FRPRC)结构(图1 (b)),比如高可变形性,缺乏韧性,和大裂缝宽度(8- - - - - -11]。因此,FRPRC组件的设计通常是由正常使用极限状态要求,如裂缝宽度与变形极限。此外,纤维塑料筋之间的粘结性能和矩阵变得至关重要,因为它影响FRPRC组件的裂缝宽度和间距显著(12,13]。性能可以显著改善混凝土结构利用玻璃钢和钢增援部队(14- - - - - -18]。在混合FRP-steel钢筋混凝土梁(图(混合FRPRC)1 (c))、耐腐蚀玻璃钢酒吧通常放置在较低的层的拉伸区域,而会腐蚀的钢筋放置在上层的拉伸区域远离环境积极代理,主要是氯离子。通过优化设计、钢筋混凝土混合结构可以与大型刚性特点,高延性和极限承载力,和良好的耐腐蚀性能和耐久性。

此外,钢铁腐蚀钢筋混凝土结构与电化学技术可以抑制。外加电流阴极保护技术(组成),如图2,被广泛接受为一种有效的方法来防止钢材腐蚀增援部队(19,20.]。通过应用当前钢筋与外部电源,钢筋成为阴极及其潜在的调整到抑制电子的迁移产生的腐蚀。组成系统的失败主要是由于恶化的阳极材料或债券阳极和混凝土之间的界面(21,22]。因此,密集的研究都集中在阳极的发展更好的性能特征,如较低的债券缺乏和酸化。最近的研究表明,碳纤维增强塑料是一种很有前途的阳极材料由于其良好的导电性和电化学稳定性。Lee-Orantes et al。23)进行了试验研究钢筋混凝土与碳纤维增强塑料阳极阴极保护系统,和没有明显退化碳复合材料和导电树脂被观察到。RC梁的组成测试由Gadve et al。24)表明,有效使用玻璃钢作为阳极的弱智钢铁的腐蚀,以及钢筋和混凝土之间的债券损失可以避免通过选择适当的保护电流密度。此外,考虑到其优良的力学性能,可以应用玻璃钢钢筋混凝土结构防腐的双重功能和结构加强,在这种情况下,FRP与混凝土之间的粘结退化组成过程中起着关键作用的结构性能。兰伯特et al。25)使用碳纤维增强塑料织物弯曲加强precorroded钢筋混凝土梁和双重功能的能力作为一个组成阳极。组成操作的弯曲测试后表明,FRP剥离诱导RC梁的极限强度降低13.5%合并双功能碳纤维增强塑料阳极,与相应的梁采用碳纤维布加固。范阮et al。26]研究了碳纤维增强塑料杆的双重职能工作的近地表上加强和组成阳极(销售经理),并在此系统中,碳纤维增强塑料杆阳极和混凝土之间的粘结的应用改善了界面结合地质聚合物与环氧树脂。实验结果表明,高电流密度没有显著影响碳纤维增强塑料杆的结合。

组成技术可以应用于混合FRPRC结构利用碳纤维增强塑料棒(CB)嵌入到阳极结构。由此产生的结构(图1 (d))预计将有良好的机械性能和耐腐蚀性能,尤其适合chloride-rich环境如沿海和近海地区。评估的可行性ICCP-CB技术,碳纤维增强塑料条阳极的电化学性能和债券表现了使用模拟组成系统。在模拟组成的系统中,电流密度和时间变化来确定适当的保护参数。之后,退出测试进行标本研究碳纤维增强塑料bar-concrete接口的短期债券的行为后的阳极区域大电流阴极保护。

2。实验程序

2.1。材料特性

碳纤维增强塑料酒吧和钢筋用于实验都有直径12毫米,和机械性能如表所示1。肋碳纤维增强塑料条是描绘在图3。为了发挥更好的导电性,碳纤维增强塑料酒吧前抛光去除树脂表面电化学测试。为了模拟chloride-rich环境,海沙(Cl⁻内容:0.05%)和海水(Cl⁻内容:2.00×10⁴mg / L)被用来混合混凝土。自然海沙和海水从海上获得区福永码头,深圳,中国。自然海水中列出的详细化学成分表2。普通硅酸盐水泥(P。O 42.5 R)是用于水泥、碎石和直径12毫米∼20毫米之间用于粗骨料。具体重量的混合比例是1:0.49:1.58:2.81(水泥:水:沙砾石)。混凝土28天抗压强度和之前退出测试42.4 MPa和54.2 MPa,分别测定了立方标本边长为100毫米。

2.2。样本设计

总共有15个样本组成测试和准备退出测试,它被分成五组根据不同实验变量,和每组有三个相同的标本。试样的形状如图4。标本的目的是根据中国标准GB 50152 - 92 (27],标本的尺寸调整一点适合在实验室现有的模具。每个标本的具体矩阵是一个立方,100毫米的长度。碳纤维增强塑料条450毫米的长度是通过中心线的标本。碳纤维增强塑料条延长标本表面留下的300毫米,以促进应用负载和安装伸长计在退出测试。与此同时,50 mm碳纤维增强塑料条延伸的圆柱表面的阳极连接组成的伸长计测试和安装测试。100毫米的上腹部,结合区域设计为48毫米和左52毫米部分是将非键的地区,在聚四氟乙烯磁带是用来区分混凝土和碳纤维增强塑料条。非键区域的主要目的是为了避免局部破坏应力集中造成的结果。98毫米的钢筋长度是正确安排碳纤维增强塑料条,上面的中心距25毫米。混凝土中的钢筋是嵌入式的长度48毫米,和扩展的50 mm部分是阴极组成系统的连接。

实验测试变量组成包括电流密度和极化时间。根据NACE sp0290 - 2007 (285),电流密度,20、50、100 mA / m²分别被应用于标本在4组,而另一组被设置为参照组,不接受测试组成。在每一组,两个标本检测极化时间4个月,而另一个的极化时间6个月。详细的实验参数表中列出的标本3。标本鉴定的定义是I-current density-polarization持续时间。例如,一个名为I-5-4M表示的标本,电流密度和极化时间组成试验5 mA / m²和4个月。除此之外,“R”表示复制标本和参照群体的“射频”表示标本。

2.3。组成测试

组成测试开始后标本治愈为60天在实验室环境。组成应用程序之前,钢筋和混凝土立方之外发放的碳纤维增强塑料棒抛光,确保良好的电导率在阴极和阳极连接。示意图和真实图片测试系统的组成如图所示5。在组成测试中,钢筋的潜力被Ag / AgCl参考电极和测量数字电压表(数字式电压表)。三种潜在的记录:对潜在instant-off潜力,和去极化电位测量4小时后暂停阴极保护系统。根据ASTM C876标准,钢筋腐蚀电位之间的关系和腐蚀的概率如下:对于潜力(引用电极:Ag / AgCl)大于−119 mV,没有钢铁腐蚀发生的概率大于90%;电极电位(引用:Ag / AgCl)小于−269 mV,钢铁腐蚀发生的概率大于90%;这些限制之间的电位下降,腐蚀钢筋的活动是不确定的。此外,组成系统持续120天,钢筋的线性极化电阻测量和相应的腐蚀电流密度是通过Stern-Geary关系(29日)对钢筋的腐蚀状态进行评估。

2.4。单轴退出测试

组成操作后,退出测试标本调查债券进行恒电流阳极极化后碳纤维增强塑料棒的性能。考虑到低剪切强度的碳纤维增强塑料棒,一个80毫米长铝套粘在加载结束酒吧,以防止它被损坏的查克试验机,如图6。

退出测试设置如图7。退出测试方案遵循国家标准GB 50152 - 92 (27]。伺服液压试验机的测试进行了300 kN的能力。伸长计安装在试件的加载端和自由端测量,和一个负载细胞附加反力框架的底部记录撤出部队。位移控制模式下的标本进行测试加载速率为0.05毫米/分钟。数据采集系统是用来收集测试数据的采样频率5赫兹。平均粘结应力τ被定义为 在哪里F应用负载和吗d和l_b分别是钢筋直径和键长。

此外,在退出测试后,酚酞溶液喷洒在保税区分裂的碳纤维增强塑料的具体矩阵研究酸化条件bar-concrete接口。

3所示。测试结果和讨论

3.1。组成测试

组成测试期间,钢筋的去极化电位监测自从标本被治愈了28天直到退出测试开始。测量的潜力,如图8可以用作一个索引,钢筋腐蚀监测。基于部分中描述的评价标准2.3在自然腐蚀阶段养护28天和70天之间,所有标本-269 mV的腐蚀电位∼−119 mV,指示一个不确定的钢铁腐蚀的可能性。组成测试开始后,所有标本与组成应用程序比−119 mV,腐蚀电位更积极表明钢铁钝化出现和腐蚀的概率小于10%。然而,参照群体的标本没有组成应用程序中,腐蚀电位持续下降,低于−269 mV经过98天的治疗,这意味着腐蚀概率大于90%。监测结果显示,组成技术的有效性:钢筋的腐蚀过程与组成保护被抑制,而钢腐蚀保护标本没有组成的继续发展。测量潜在的历史标本在组成测试如图9。组成应用程序后,通过在不同电流密度稳定在一定范围和曲线略有下降随着时间的增加。对潜在越来越消极随着电流密度增加。

线性极化电阻测量和相应的钢筋腐蚀电流密度的120天组成应用程序表中列出4。极化电阻测量的结果表明,该标本没有组成保护高概率的腐蚀阶段,而那些组成保护低概率的腐蚀阶段。线性极化电阻测量的结果进一步证明了可行性和有效性保护系统的组成与碳纤维增强塑料棒作为阳极。

3.2。退出测试

3.2.1之上。失效模式

的整体失效模式标本是分裂失败,如图10。在撤离过程中,激进的第一次出现裂缝的自由端标本,然后向一侧表面传播,最终具体矩阵分割为两个或三个部分。碳纤维增强塑料条肋骨造成的压痕很明显观察到的具体的矩阵。分裂失败的发生是由一个大肋高度的碳纤维增强塑料酒吧和一个相对较小的混凝土保护层厚度。在撤离过程中,产生的碳纤维增强塑料条斜肋高激进的膨胀压力混凝土矩阵,这超过了混凝土的抗拉强度,最终导致激进的裂缝和分裂的矩阵。

当地的碳纤维增强塑料bar-concrete界面的失效模式数据所示11和12。标本组成电流密度不同,各种故障模式被观察到在碳纤维增强塑料bar-concrete接口。I-0-RF标本,肋骨压痕有密切的颜色与周围混凝土的表面和纹理由碳纤维增强塑料条显然是观察到的具体的接口上。黄色树脂坚持碳纤维增强塑料棒的表面可以观察到在某些刻痕,这恰逢碳纤维增强塑料棒的局部失效模式:碳纤维增强塑料棒的肋骨被混凝土显然挠矩阵。I-5-4M标本与I-0-RF类似的局部失效模式标本,除了表面的碳纤维增强塑料棒进行了更严重的刮。I-20-4M标本,对混凝土肋压痕的颜色变化是棕色的。I-50-4M标本和i - 100 - 4 m组有一个更深的肋骨压痕的颜色,和物质与光黄色观察表面的碳纤维增强塑料酒吧,应该是树脂的化学反应在碳纤维增强塑料棒在恒电流阳极极化。碳纤维增强塑料纤维钢筋表面剥落在某种程度上,坚持肋混凝土的压痕矩阵。一般,组成电流密度增加,降解的化学反应加速和阳极极化引起的碳纤维增强塑料bar-concrete界面变得更加明显。根据实验观察,它可以得出的结论是,组成应用程序的电流密度5 mA / m²没有引起明显的改变碳纤维增强塑料bar-concrete接口和20 mA / m²有一个小影响界面。然而,组成应用程序以50 mA / m的电流密度²马和100 / m²碳纤维增强塑料bar-concrete界面显著恶化。

3.2.2。碳纤维增强塑料Bar-Concrete接口的检测酸化

图13显示真实的照片保税区前后喷洒酚酞溶液。标本组成的电流密度为0和5 mA / m²保税区,但它看上去是红色的,表示没有酸化发生在碳纤维增强塑料bar-concrete接口。组成电流密度的标本20、50、100 mA / m²贫困地区的钢筋压痕出现在红色,颜色没有改变在钢筋压痕的凸起的地方,表明在这一领域是酸化的接口。接口的酸化主要是由于氧发生和chlorine-evolution反应在电场下,如方程所示2)和(3)。生成的氯₂进一步与H反应₂O形成HClO和盐酸,见方程(4)。这些反应是产生的氢离子溶解孔隙液体的界面,导致酸化的接口:

3.2.3。粘结滑移曲线

测量粘结滑移曲线如图14。粘结滑移曲线的特征值表进行了总结5,在那里τ_马克斯表示最大粘结应力和年代_fmax表示对应的滑在自由端τ_马克斯。表5表明,有一个明显的散射标本在同一组的测试结果,这主要是由混凝土抗拉强度的偏差造成的。因此,平均τ_马克斯采用指数评价组成的影响测试参数对债券的表现。从表可以看出5电流密度的增加,组成轻微下降的平均结果τ_马克斯,而极化时间没有显示一个明显的影响的平均值τ_马克斯由于所有组成测试持续时间相对较短。

图15比较键轻松结束滑曲线在不同组成电流密度。为标本,组成100毫安的电流密度/ m²自由端滑移出现在加载的开始。然而,对于其他的标本,自由端开始滑粘结应力约5 MPa。这一现象表明,组成大电流密度可以改变债券玻璃钢bar-concrete接口的机制。

3.2.4。债券机制分析碳纤维增强塑料Bar-Concrete阳极极化后的界面

竹节钢筋和混凝土之间的粘结应力是由以下部分组成:(1)化学附着力;(2)肋骨对混凝土联锁;(3)界面摩擦引起的周长约束混凝土圆柱体(30.]。标本没有组成保护三种债券机制的转变进展不同阶段的粘结滑移曲线示意图如图16。在初始阶段的退出过程(在图的阶段14 (e)),化学粘附中起着重要作用。在这个阶段,没有滑动自由端和加载端滑移是由混凝土的弹性变形矩阵,从而导致一个弹性债券行为的粘结滑移曲线与刚度大。随着荷载继续增加,化学粘附界面被打破和债券逐渐由联锁混凝土钢筋的肋骨和矩阵和界面摩擦。在这个阶段,混凝土径向扩张和破裂的挤压下斜的肋骨,和外层树脂是由硬混凝土挠矩阵。这个非线性损伤进展导致了非线性段减少粘结滑移曲线的斜率(a - b阶段在图14 (e))。在峰值负载(B点),激进的裂缝传播通过混凝土保护层,将矩阵缸划分为几个部分,导致粘结应力的突然下降。

然而,对于标本与组成应用程序的大电流密度,碳纤维增强塑料bar-concrete界面经历了严重的阳极极化,这改变了债券的行为。图14 (d)显示的阶段没有粘结滑移曲线,和碳纤维增强塑料杆的自由端开始装运。考虑到的阶段主要是由化学附着力,合理推断,阳极极化测试恶化胶结界面的组成和打破了化学碳纤维增强塑料钢筋和混凝土之间的附着力。因此,在退出测试,粘结滑移曲线进入a - b阶段由联锁控制的直接行动和界面摩擦,和下面的债券的行为类似于标本没有应用程序组成。

4所示。结论

摘要组成技术应用于混合CFRP-steel钢筋混凝土结构的碳纤维增强塑料棒作为阳极材料和强化。组成系统的有效性评估腐蚀保护,潜在的钢筋组成测试期间监测和钢筋的线性极化电阻测量组成系统运行后120天。组成应用程序后,退出测试进行了探讨债券阳极极化下的碳纤维增强塑料bar-concrete界面的性能。根据实验观测和分析,可以得出以下结论:(1)ICCP-CB技术能有效地防止钢筋腐蚀的混合CFRP-steel加固混凝土结构。组成系统提供电子连续钢筋,钢筋的潜力的免疫力。的线性极化电阻测量钢筋还显示,ICCP-CB保护钢筋的腐蚀速率明显低于没有ICCP-CB保护。(2)碳纤维增强塑料bar-concrete接口提出了酸化在阳极极化和酸化水平增加组成电流密度增加。此外,界面酸化集中在提高钢筋压痕。(3)碳纤维增强塑料bar-concrete界面的粘结应力主要是由化学附着力,界面摩擦,肋骨钢筋和混凝土之间的联锁动作矩阵。测量粘结滑移曲线表明,组成系统的大电流密度100毫安/ m²化学附着力显著减少,导致早期的碳纤维增强塑料杆的自由端。(4)碳纤维增强塑料条ICCP-CB系统有一个可靠的债券在短期的表现。组成电流密度的增加导致键的强度略有降低,而极化时间对键的强度有一个微不足道的影响。

数据可用性

所有数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文中描述的工作是由中国国家自然科学基金资助(授予号。51878414,51878414,51978412)。作者感谢每一个贡献。

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