钢筋混凝土梁的力学行为和氯渗透Precracked与外部保税碳纤维增强塑料暴露在海洋环境

文摘

裂缝的钢筋混凝土(RC)梁可以有效地修复使用外部保税加固效果。然而,当加强梁受到海洋环境,长期业绩将受到材料和界面的影响混凝土和碳纤维增强塑料的恶化。因此,探讨加强梁的使用寿命,本研究调查的行为precracked与碳纤维布加固RC梁表暴露在海洋环境。加速老化试验是由暴露在海水循环湿润和干燥标本在40°C空气3个月和6个月,分别。环境暴露后,进行了四点弯曲试验,然后加强梁中氯化物的扩散进行了分析。结果表明,胶粘剂的粘结行为被削弱和加强梁的延性略降低由于海洋环境。但是没有明显的加强梁强度差异受到海洋环境3个月和6个月。此外,RC梁的precracks加速氯离子扩散,而碳纤维增强塑料结合减少了氯离子渗透。此外,NEL法验证氯化的裂缝渗透率的影响。结果表明,氯离子扩散系数与裂纹的深度增加。

1。介绍

疲劳损伤的一个主要问题是发生在公路桥梁(1]。疲劳载荷引起的混凝土裂缝可能会降低强度和刚度的钢筋混凝土(RC)梁和加速氯离子迁移在混凝土。修复受损的桥梁裂缝的钢筋混凝土梁,外部粘结碳纤维增强聚合物(CFRP)表紧张的脸应用(2]。然而,由于粘合剂的恶化,可能机械复合结构退化和耐久性问题当他们受到海洋环境。因此,有一个伟大的需要了解的耐用性和腐蚀机理修复环境条件下钢筋混凝土梁。

Choo et al。3]提出一个研究RC桥梁遭受极端的车辆载荷和加装碳纤维增强塑料层压制品。受弯承载能力的增加对进一步重载提供了足够的安全边际。RC梁受到静载荷修复与外部保税碳纤维增强塑料复合材料被证明是有效提高能力和刚度4]。另一方面,与GFRP加固RC梁的耐久性Almusallam[分层进行调查5]。试验结果表明,没有一个环境条件有明显影响改造梁的抗弯强度。然而,实验测试与近地表安装碳纤维布加固混凝土的耐久性分层显示减少约12%的最大抗拔力由于wetting-drying周期(6]。Benzarti et al。7)进行了加速老化实验调查之间的粘结耐久性混凝土和碳纤维增强塑料加强系统在40°C和95%相对湿度。结果表明,水分扩散表面层的混凝土对粘合接头是一个关键因素,以降低胶粘剂粘接强度和降解粘合剂本身的行为。粘合剂的恶化在温度和水浸老化条件下也被超声无损评价技术(8]。

此外,水分扩散的影响的粘合剂和氯腐蚀钢筋也恶化的主要原因碳纤维增强塑料弯曲加强海洋环境下钢筋混凝土梁(9- - - - - -11]。混凝土的氯离子扩散加速由于缺陷引起的钢筋混凝土梁加载的行为,环境和气候条件(12]。为所有操作,在钢筋混凝土梁受弯裂缝是不可避免的现象,对氯离子扩散有显著影响(13]。一些研究[14- - - - - -16)报道,裂缝宽度和深度显著影响混凝土的氯离子渗透性。此外,拉伸疲劳载荷引起的裂缝可以加速混凝土的氯离子渗透1.5的-3.0倍(17]。然而切口人工裂缝时,裂缝宽度对氯离子渗透的影响不太明显,裂纹深度的关键因素是氯离子渗透(18]。

从上面的,之前的研究表明海洋环境暴露的影响在RC梁外部保税碳纤维增强塑料。然而,precracks的影响和碳纤维增强塑料粘结在混凝土的氯离子渗透,以及改造precracked梁的耐久性性能,仍然不清楚。本文试验研究precracked与碳纤维布加固钢筋混凝土梁受海洋环境暴露。标本的恶化是由将光束照射下盐水润湿/干燥周期。抗弯能力和氯离子渗透了环境暴露下3和6个月之后。此外,NEL法(19- - - - - -21)是用来测量氯离子渗透性混凝土裂缝的深度。

2。实验研究

总共19个标本分布在8个系列进行了测试,总结如表1。对于每个系列,标本有平等的特点。系列“C”代表控制标本。引用“D”;“F”;和“H”意味着破裂状态,加强状态,分别和环境暴露状况。喜欢3和6作为后缀表明数月的环境暴露。

2.1。标本

所有的标本都T梁横截面如图1钢筋,钢筋2Ф14毫米张力和4Ф8毫米钢筋在压缩。他们提供Ф6毫米直径钢100毫米中心中心的箍筋间距和分布式的。用于铸造横梁都是1的混合比例:1.81:2.77:4.51(水:水泥:砂:聚合)。普通混凝土28天抗压强度为36.62 MPa。钢筋的屈服和最终的优势397 MPa和535 MPa,分别。弹性模量是202 GPa。碳纤维增强塑料表(UT70-30)是一个单向碳纤维增强塑料由东丽工业,其公称厚度是0.167毫米。极限强度和弹性模量的碳纤维增强塑料3878 MPa和244 GPa,分别。所使用的胶粘剂是lica - 100 A / B两部分触变环氧树脂。它有一个3.2绩点的弹性模量和抗拉强度为55.5 MPa。

2.2。准备加强标本

梁都从同一批次在实验室和此后治愈28天。标本的RC梁系列DF, DFH-3, DFH-6碳纤维增强塑料加强之前被疲劳precracked重载。增强RC梁的强度混凝土表面是由混凝土粗琢,直到接触地面聚合的实现,然后用清洁空气吹除尘,由丙酮清洗,以确保良好的债券之间的混凝土表面和胶粘剂。混合后,胶粘剂应用梁和碳纤维增强塑料表。多余的粘合剂是挤出板的边缘,如果完成胶覆盖。两层碳纤维增强塑料表是连着加强标本的紧张的脸。为了避免碳纤维增强塑料薄板脱胶在测试结束,他们连接在三个扩展50 mm的u形梁的两侧,如图1。

2.3。海洋环境接触

海洋环境是由将标本放入盐水在润湿/干燥周期。润湿/干燥环境室的长度3米,宽2米,深1.5米可以自动调整含水量。温度控制精度±1°C。每个润湿/干燥周期是24小时。标本都沉浸在3.5%氯化钠溶液10 h,紧随其后的是干燥在40°C 14 h。标本系列FH-3 DFH-3和FH-6 DFH-6受到3个月和6个月,分别。

2.4。弯曲试验设置和程序

测试进行了伺服液压控制的SDS500试验机的最大容量500 kN,进行四点弯曲设置如图2。变形量测量的中间使用电位器标本。所有数据被自动记录数据记录系统(tds - 530)。裂缝宽度在显微镜下观察到。在加载过程中,位移和负荷记录每1秒。

的钢筋混凝土梁在疲劳荷载precracked对应车辆重载在公路大桥一年(22]。疲劳载荷参数,包括加载模式和载荷的循环次数和加载幅值,计算根据车辆重载光谱(22]。加载应用呈现正弦,0.2赫兹的频率。最小和最大周期载荷16.8 kN - 73 kN,转换成纵向钢筋应力的60.3 MPa到358.0 MPa。周期的数量是380。

所有标本终于静载荷下进行了测试,通过位移控制的速度0.05毫米/秒。加载时停止抗压混凝土压碎unretrofitted标本或碳纤维增强塑料薄板拉伸破裂时的改进的标本。

2.5。氯离子渗透测试

在标本FH-3弯曲测试后,氯离子渗透,FH-6, DFH-3, DFH-6测试。具体的样本收集从12 100毫米间距的横截面梁一半由于对称,如图3。在每个截面,三个样本收集从两边和中间的网络深度附近的纵向钢筋。图中所示的样本的位置3。样品在50°C烘干的24小时,之后地面粉可以通过0.15 mm筛。后来,混凝土粉末溶解(23在下列程序:2.0 g粉放入40毫升溶液含有蒸馏水和浓硝酸的比例85:15 24 h,然后过滤。后的解决方案被AgNO分析₃滴定仪(自动电位滴定仪ZD-2),氯含量混凝土粉末进行了计算。

2.6。NEL试验

NEL法(19- - - - - -21)来研究混凝土的氯离子扩散系数使用混凝土电通量测量仪(NEL-PEU),如图4。混凝土的混合比例NEL试验1:2.22:2.89:4.92(水:水泥:砂:聚合)。如图5,15个混凝土圆柱体直径100毫米和50毫米的厚度制作样品。此后,他们治愈28天。混凝土圆柱体均匀分布在五大系列不同裂纹深度。系列g 0代表具体的声音。G-15 g - 10系列,20国集团,G-25代表混凝土10毫米,15毫米,20毫米和25毫米深度裂纹。裂缝的宽度是0.2毫米的最大允许裂缝宽度在钢筋混凝土结构在汉语桥标准(JTG d60 - 2004) [24]。人工预置裂纹,不锈钢薄板内嵌有0.2毫米厚度的混凝土圆柱体沿直径三天治疗后当铸造和感动。沉浸在一个真空的仪器装满水后24 h,每个标本固定在测试设备。一方的设备完成了0.3 mol / L氢氧化钠溶液和另一边完成了3%氯化钠溶液。电通量值记录电气化后6 h。

3所示。实验结果和讨论

3.1。预裂

的precracks RC梁疲劳载荷引起的。损坏的标本被发现残余挠度和裂缝,如表所示2。的平均残余挠度梁串联D, DF,干扰分别为0.91,1.47,和1.11毫米,分别,这表明疲劳载荷削弱了梁的刚度。平均残余裂缝宽度系列DF和干扰比0.2毫米宽,最大允许裂缝宽度在RC梁在汉语桥标准(JTG d60 - 2004) [24]。这表明这些梁疲劳损伤后需要修理。

3.2。受弯承载能力

所有的标本都静态测试,以确定最终的强度和变形量。测试结果的形式简行为提出了图6。每个系列的平均曲线是用来避免麻烦。两个方面指出从图6。首先,所有的加强梁显示unstrengthened梁强度增强,但加强梁很少unstrengthened梁屈服前刚度的提高。其次,预裂和环境接触载荷挠度曲线上只有很微小的影响。

每个系列的平均极限载荷和变形量数据所示7和8。系列的载荷挠度曲线C和D是相等的,而D的极限载荷略高于C .碳纤维增强塑料加强声音梁的极限强度增加系列F 85.7%和precracked梁系列DF系列73.3%相比,C和D,分别。这表明,碳纤维加固是有效的precracked RC梁相比unprecracked RC梁由于残余挠度和裂缝。此外,最终的变形量的标本系列F和DF分别下降了20.1%和30.8%相比,C和D,分别,这礼物,碳纤维增强塑料增强RC梁的延性降低。比较F和DF系列的标本,润湿/干燥周期为3和6个月减少了加固RC梁的极限强度系列FH-3和DFH-3 FH-6和DFH-6 3.7%和6.0%,分别。这些澄清标本暴露于润湿的强度/干燥周期下降前3个月,然后稍微增加在未来3个月。环境暴露对碳纤维增强塑料的力学行为有明显影响钢筋混凝土成员前3个月,但这种影响是边际在接下来的3个月甚至更长时期(25]。混凝土的强度,与此同时,增加在浸泡在水里。标本的变位串联FH-6而DFH-6有所下降6个月后暴露在环境条件与系列相比,跳频和干扰。它表明,湿热环境的边际影响加强梁的延性。死亡的主要原因的强度和延性环境暴露下的标本是粘合剂的恶化造成的水分扩散到粘合接头(7,8]。

裂缝的宽度的中间标本测量的负载级别79 kN。系列的平均价值C、F、DF,和DFH-3是0.22毫米,0.12毫米,0.19毫米,0.40毫米,分别。裂缝的宽度加强标本在F系列中大约一半的普通控制标本系列C,这表明碳纤维增强塑料加强有效地限制裂缝。由于残余裂缝疲劳引起的过载周期,加强损坏标本在DF系列广泛的裂缝比f系列的标本标本中裂缝的宽度系列DFH-3在DF标本的大约两倍。的原因可以解释为润湿/干燥周期,这削弱了粘合剂的粘结行为,导致裂缝宽度的显著增加。

3.3。氯离子渗透

氯的标本在润湿/干燥周期如图3和6个月9,碳纤维增强塑料粘结的影响,预裂,暴露时间对氯离子渗透可以观察到。

3.3.1。碳纤维增强塑料焊接效果

氯的web内容(样本L和R)明显高于中间的网络(样本),这表明,碳纤维增强塑料粘结混凝土抵抗氯离子渗透进入。样品中的氯含量接近结束的加强梁(FH-3和FH-6),特别是在样本M,明显高于其他地方。这是由于碳纤维增强塑料粘结未涉及的标本,如图1。因此,它有较高的氯离子渗透性。

3.3.2。预裂效果

氯含量波动沿纵向方向加强precracked梁(DFH-3和DFH-6)。此外,氯含量平均precracked梁(DFH-3和DFH-6)高于那些声音梁(FH-3和FH-6)。此外,氯内容完全在裂纹位置如图9 (c)明显高于其他人。非凡对钢筋腐蚀观察这个裂缝附近。如上所述,可以得出结论,混凝土的裂缝加速氯离子渗透。

3.3.3。暴露时间的影响

C平均氯含量控制标本,标本暴露在海洋环境为3个月(FH-3和DFH-3)和6个月(FH-6和DFH-6),分别为0.017%、0.078%和0.142%。标本中的氯含量受环境条件6个月几乎是两倍的标本进行3个月,这表明氯离子渗透和环境暴露的时间增加。此外,氯含量的标本暴露6个月高于0.1%的代码允许价值建设混凝土结构(GB 50666 - 2011)26]。

3.4。裂纹深度对氯离子扩散系数的影响

电通量的值系列g 0、g10 G-15, g - 20和G-25 NEL试验获得的2755.21摄氏度,3276.17度、3324.52度、3543.57度,分别和3751.45 c。计算出的氯离子扩散系数方程Nernst-Einstein [20.,21)如图10。

标本的氯离子扩散系数与0.2毫米宽度裂缝(g10、G-15 20国集团和G-25)高出16% - -30%的声音样本(g 0)。氯离子扩散系数与裂纹的深度增加;然而,增加的速度不明显。氯离子扩散系数的标本25毫米深度裂纹(G-25)只有12%高于10毫米深度裂纹(g10)。

平均标本干扰的残余裂缝宽度是0.26毫米。同时,标本干扰的平均氯化物含量约为18%高于标本没有precracks跳频。从上面的NEL试验结果,增加率在16% - -30%的范围,这验证的影响预裂RC梁的氯离子渗透性。

4所示。结论

本文提出了一个实验性研究precracked与碳纤维布加固钢筋混凝土t形梁受到海洋环境风险。疲劳荷载下的钢筋混凝土梁受损,导致裂缝宽度在0.11 ~ 0.28毫米。恶化的标本是由将光束照射下盐水润湿/干燥周期3 - 6个月。标本的抗弯能力和氯离子渗透。从实验结果可以得出以下结论:(1)残余挠度和裂缝的钢筋混凝土t形梁受到疲劳载荷不容忽视特别是氯环境下,和那些由碳纤维增强塑料修复可以显著提高强度,降低氯离子的渗透性。(2)碳纤维增强塑料的强度翻新标本6.0%减少了3个月的润湿/干燥周期暴露,而只有3.7%的标本都遭受了6个月。它表明,润湿/干燥环境暴露对碳纤维增强塑料的强度影响更明显加强梁比6个月前3个月。(3)海洋环境削弱了胶粘剂的粘接强度和稍微减少了增强梁的延性。(4)碳纤维增强塑料焊接可以减少氯离子渗透到混凝土,特别是在结合界面,而混凝土的裂缝加速氯离子渗透。(5)NEL试验结果表明,混凝土的氯离子扩散系数与0.2毫米宽度裂缝高出16% - -30%的混凝土,也验证的影响预裂钢筋混凝土梁的氯离子渗透性。此外,氯离子扩散系数与裂纹的深度略有增加。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢以下群体的金融支持:中国国家自然科学基金(51278131和51278131号),新世纪优秀人才支持计划项目(ncet - 13 - 0739),中国和广东省教育部项目(2012 lym_ 0056)。

引用

1. g·c·梅斯和g·p·蒂莉,”长耐力保税关节结构的疲劳性能,”国际期刊的附着力和粘合剂,卷2,不。2、109 - 113年,1982页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. l·c·塔莉和p . r .头,先进的聚合物复合材料和聚合物在民用基础设施英国牛津,爱思唯尔科学,2001。
3. c . c . Choo t .赵,Harik,“弯曲改造的桥梁受到超重卡车使用碳纤维增强塑料复合材料,”复合材料B部分:工程,38卷,不。5 - 6,732 - 738年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. o . Benjeddou m . b . Ouezdou, a . Bedday”受损钢筋混凝土梁焊接修复的碳纤维增强塑料复合材料,”建筑和建筑材料,21卷,不。6,1301 - 1310年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. t·h·Almusallam,”简行为与GFRP加固的钢筋混凝土梁表受到不同的环境条件,”水泥和混凝土复合材料,28卷,不。10日,879 - 889年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. j . Garzon-Roca j . m . Sena-Cruz·费尔南德斯和j·泽维尔,“wet-dry周期对债券的行为的影响与销售经理碳纤维布加固混凝土元素层压板,”复合结构,卷132,不。12日,第340 - 331页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. k . Benzarti s Chataigner m . Quiertant c·马蒂和c . Aubagnac“加速老化行为之间的粘结混凝土标本和碳纤维增强塑料覆盖,“建筑和建筑材料,25卷,不。2、523 - 538年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. a . m·马哈茂德·h·h·Ammar, o . m . Mukdadi et al .,“无损超声评价CFRP-concrete标本进行加速老化条件下,“无损检测& E国际,43卷,不。7,635 - 641年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. d .张赵y, t .建筑师李x,徐问:“碳纤维增强塑料增强RC梁与pre-strengthening不均匀强化腐蚀受到post-strengthening润湿/干燥周期,”工程结构卷,127年,第343 - 331页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. d,沈,y赵,w·金和t .建筑师,“碳纤维增强塑料laminate-strengthened RC梁的开裂行为与premechanical postmechanical环境破坏,”复合材料学报建设,19卷,不。4、文章ID 04014066, 2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. m . Otieno h . Beushausen, m·亚历山大“Chloride-induced钢的腐蚀开裂concrete-part我:实验研究加速和自然海洋环境下,“水泥和混凝土的研究卷,79年,第385 - 373页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. h . j . Wu, z . Wang和j·刘,“交通模型的加载下混凝土中氯离子和drying-wetting周期,”建筑和建筑材料卷,112年,第738 - 733页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. H.-L。王,J.-G。戴,X.-Y。太阳,X.-L。张,“混凝土裂缝的特点及其对氯离子渗透的影响,“建筑和建筑材料卷,107年,第225 - 216页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. h .你们y田:金,x,和c .傅”影响开裂的混凝土中氯离子扩散系数和水分影响深度进行模拟环境条件,”建筑和建筑材料卷,47号5,66 - 79年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. t石田、p·o·n·伊克巴尔和h·t·l·安”建模的氯离子扩散系数耦合非线性绑定能力声音和裂缝的混凝土,“水泥和混凝土的研究,39卷,不。10日,913 - 923年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. k . Audenaert g·d·舒特,l . Marsavina”裂缝和裂缝宽度的影响混凝土中氯化物的穿透深度,“欧洲环境与土木工程杂志》上,13卷,不。5,561 - 572年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. c . Sosdean l . Marsavina g·德舒特,“实验和数值测定了砂浆氯离子渗透的标本,”欧洲环境与土木工程杂志》上,20卷,不。2、231 - 249年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. 傅c, h, x, d, n .金和z .彭,“混凝土氯离子渗透到受损的单轴拉伸疲劳载荷,”建筑和建筑材料,卷125,不。10日,714 - 723年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. h . h . g .阴y . Li Lv,问:高,“海沙包含混凝土的耐久性:氯离子渗透的影响,“采矿科学技术,21卷,不。1,第127 - 123页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. x,“Nernst-Einstein方程应用到混凝土,”水泥和混凝土的研究,27卷,不。2、293 - 302年,1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. c·l·李x y,和h x张“快速试验方法确定氯离子扩散系数在胶结材料,”工业建筑,卷628,不。6页41-43 1998(中国)。视图:谷歌学术搜索
22. j·邓z h . Wang, d . y . Wang”试验研究钢筋混凝土t形梁的弯曲能力超载损坏后,“混凝土,没有。6页31-40 2014(中国)。视图:谷歌学术搜索
23. 中国标准端口和waterwog工程混凝土的测试代码,”J TJ 270 - 98。视图:谷歌学术搜索
24. 中国标准,“一般公路桥梁和涵洞的设计,代码”技术。众议员JTG d60 - 2004, 2004。视图:谷歌学术搜索
25. y黄试验研究碳纤维增强塑料约束混凝土的耐久性受到热液环境[硕士论文)、广东工业大学、广州,中国,2014。
26. 中国标准,“代码”施工的混凝土结构,GB 50666 - 2011。视图:谷歌学术搜索

版权

版权©2016燕谢等。这是一个开放分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。