锈蚀钢筋混凝土梁碳纤维加固

锈蚀钢筋混凝土梁碳纤维加固单调和疲劳载荷摘要：对钢筋混凝土梁的结构行为进行了试验研究加强碳–增强聚合物（CFRP）在腐蚀性环境中暴露的表现。总计对八个样品（120×175×2.000mm)进行了测试;六个样本被碳纤维加固和腐蚀，一个试样未加固和腐蚀，一个标本既不加强也不腐蚀。应用两种不同的加固方案：（1）用碳纤维布包裹试样；（2）既用碳纤维布包裹试样也用受弯加固。三标本单调加载和fiVE试样的疲劳测试进行测试。结果表明，钢筋混凝土梁加固，遇到钢筋腐蚀碳纤维布的使用是一种有效的技术，可以有保持结构完整性和增强结构强度。碳纤维复合材料的极限强度强化腐蚀试样的水平在37和87%以上的预测强度的类似的加固腐蚀（原始的）标本。对碳纤维布加固腐蚀试样的疲劳寿命为2-6倍，类似的加固腐蚀试样增加但低于未腐蚀试样。简介氯离子引起的钢筋锈蚀是一种钢筋混凝土结构的重大世界性问题。优质混凝土的高碱性环境在钢表面形成一个被动的fiLM，以防止它腐蚀；然而，氯的攻击下，这种被动的fiLM被破坏甚至摧毁，钢开始腐蚀。这种产品的体积大约是它们的铁的4-6倍，导致混凝土保护层剥落腐蚀可能为纵向开裂。此外，由于钢中混凝土界面的粘结和钢筋截面面积的损失，该结构的承载能力也会进一步降低。自上世纪60年代以来，氯化冰盐在北美国道路的使用量已大大增加，根据运输部长的第十一份报告美国国会对“'highway桥更换和重新康复计划，”国家有超过三分之一的575413公路桥梁分类造有效功能过时（诺里斯1997）。这些桥梁的维修费用估计为700亿美元。Deficiencies是由年龄和前造成恶化的结果—曝光不良环境。欧洲的统计，亚洲太平洋国家和澳大利亚相似。影响钢筋混凝土结构使用性能的另一个重要参数是荷载类型。基础设施，例如桥梁、海上平台、水下结构振动载荷和持续承受这些负荷引起的这种结构的疲劳。疲劳会显著降低结构的预期寿命会对混凝土结构有破坏性影响（赫弗南1997）。当腐蚀结合疲劳载荷、强度和负荷损失被增大。腐蚀与疲劳的交互作用比它们各自所造成的损失更大。因此，结构工程师面临评估这些恶化的结构脆弱性，决定采用适当的复古方法。使用增强复合材料（FRP）的康复片和钢筋混凝土结构的加固是越来越受欢迎。他们的高强度的重量比，在恶劣环境下的耐久性，和高疲劳强度，使他们成为土木工程应用的一个很好的选择。FRP片材一般是构建高性纤维如碳、芳纶、玻璃，放置在树脂基体。这些片材可以很容易地被外部粘贴到钢筋混凝土板，梁，柱[美国混凝土协会（ACI）1996]。许多研究人员试图表征腐蚀钢筋混凝土结构性能（1990;Andradeetal.1993;Cabrera1996;Broomfield1997;Leeetal.1997;MangatandElgarf1999;SherwoodandSoudki1999);然而，对FRP加固梁结构行为的文献却很少。本文介绍了实验结果的一项研究，进行了为了检验使用碳纤维布加固钢筋锈蚀钢筋锈蚀的结构完整性的实验。实验程序进行了实验程序，以解决一些参数，可以影响碳纤维复合材料加固钢筋混凝土梁在不利的环境中的结构行为。研究的参数是（1）碳纤维布加固作用两型梅花包；；（2）加固方案两方案被采用；（3）加载模式单调和疲劳载荷。测试标本的描述八个钢筋混凝土梁试件。每个试样是2米长，120×175mm号底部纵向钢筋截面和10m变形钢筋两6mm直径的纵向钢筋顶部和平面，6mm直径的箍筋间距为80毫米。A6毫米直径的不锈钢（316型）平原钢筋位于每个试样的底部第三（从65毫米的试样的拉伸面）为加速腐蚀过程作为一个试样。228/复合材料/建筑/十一月200120毫米覆盖典型应用在箍筋。七个试样被腐蚀，而第八个试样作为控制试样没有被腐蚀。典型的尺寸和增强细节的标本显示在图1。在混凝土浇筑过程中加入盐（氯化钠），使第三氯离子的重量均匀地分布在每个试样的底部3%，加速钢筋锈蚀的过程碳纤维加固方案六份标本分别用碳纤维布加固。不同类型的这些表用于加强：（1））由日本东燃公司制造的两个挂片（FTS-C1-20）;由加拿大Sika公司制造的Sika-WrapHex-103C。对于每一种类型，使用不同的加固方案。方案I：这个计划包括包装的试样横截面与U形的碳纤维布，他们的fiBers型在横向方向（即垂直于试样轴）这些试件被放置，以便他们覆盖的标本张力面和双方的高度为150毫米。两CFRP板，每个50mm×1800mm，与他们在纵向方向上，然后连接到U形片的顶部边缘两侧的标本。他的目的是防止U型薄片过早剥落的混凝土表面（即，提供一个锚）。该加固方案适用于两个标本（TIM和TIF）以得到两表，另一个标本（SIM和SIF）用梅花包装片。方案II：该方案与方案I类似。但对标本的包装之前，仅用100mm宽1800mm长的碳纤维布，纤维平行于试样轴向（纵向），粘贴到试样的拉伸面.这片被称弯曲板为它提供弯曲加强标本。该加固方案被应用于实际并得到两标本（TIM和TIF）。碳纤维布加固方案如图2所示，并总结了测试程序的描述，给出了表1。材料性能混凝土用的28天抗压强度平均为30兆帕，钢筋的名义屈服应力为400兆帕碳纤维的力学性能都得到牵引和梅花鹿包类型的复合碳纤维布如表2所示。下表列出了一些应用于设计用途。碳纤维的力学性在干燥条件和固化的复合材料碳纤维布，包纤维和树脂固化后的力学性能的综合影响。两个试片的作用固化厚度范围从0.6到1毫米，和梅花鹿包装片厚度约1毫米。加速腐蚀过程加速腐蚀的影响电流通过主底部纵向钢筋约330毫安对应的近似展开150mA/cm2电流密度。这个电流密度，得到的总的电流由钢筋笼中的部分的表面面积，是在盐渍混凝土（试样的第三个底部）。不锈钢钢筋位于底部第三的边缘，每一个试样作为该腐蚀过程的阴极，张力增强筋作为阳极。直流恒流电源是用来提供所需的电流。试件施工，拉伸钢筋和不锈钢棒60毫米的每个试样从一端进行了扩展以方便连接到电源。这些样品通过串联连接，以维持一个恒定电流通过每个试样，如图所示。3。试样被放置在一个小容器中的腐蚀过程中，并进行干湿循环（1天湿和2天干）提供水（在润湿过程中）和氧（在干燥过程中）。腐蚀过程持续了44天。估计与此相关的腐蚀过程的近似质量损失，采用法拉第定律。该法涉及下列关系的腐蚀电流和腐蚀过程的时间的质量损失：建设/十一月复合材料学报/229/2001表1试样的描述试样描述姓名加载氯化物水泥重量%ControlVFatigue0CorrodedunstrengthenedCUFatigue3SpecimenswTIMMonotonic3TwrappedbyTIFFatigue3Forca-TowsheetsTIIMMonotonic3TIIFFatigue3SpecimenswrappedbySIMMonotonic3Sika-WrapsheetsSIFFatigue3测试设置和程序加强和暴露于加速腐蚀之前所有标本均裂为15个典型的典型的15KN单调荷载下，约代表服务负载。腐蚀过程之后，三个试样(TIM,TIIM,andSIM）进行了测试，在单调加载直到破坏和fiVE标本（V,CU,TIF,TIIF,andSIF）疲劳测试。试样在四点弯曲载荷。负载采用液压伺服执行机构通过吊具钢梁试样。每个试样跨越1800毫米，并在2点500毫米的中心线对称加载对称加载。负载电池连接到加载执行机构来记录所施加的负载。为了避免在疲劳载荷作用下的平面运动，一个特殊的钢制钻机被构造并放置在测试的试样的每个末端。图4显示了加载设置。两应变片粘贴于混凝土表面在每个试样上两点，每100毫米从跨中，在极端fi纤维混凝土的压应变记录。应变计粘贴的CFRP锚固板从跨中平行误码定位100毫米。此外，两应变计在100毫米从跨中粘到了底拉脸CFRPfl弯曲片标本（方案二）。图5显示，应变计的布置。两变量线性位移传感器（LVDT）被放置在中跨跨中的fl检验记录。应变计，LVDT，和负载单元被连接到一个SCXI（信号调节扩展仪器）数据采集系统由美国国家仪器公司提供。上下的疲劳极限为约3和26千牛，分别对应10和80%的名义极限静强度的控制样品（约为32kN）。选择疲劳载荷范围（1）约对称周围的服务负载（2）上极限模拟了试样的某种超载；（3）在合理的时间内使梁失效。对照标本（V），此加载范围内诱导应力之间的25和300兆帕的主要纵向钢筋。所有的试样在疲劳试验中的加载范围是相同的。加载被施加在一个正弦图案的频率为3赫兹。疲劳是用mts413控制器控制，这是连接到加载作动器。测试结果与讨论通过腐蚀过程的加速，为加固标本观察不能恶化（Cu），其中腐蚀是均匀的沿试样长度的预期，因为氯化物沿其整个长度上均匀分布。见的连续纵向裂缝高达1毫米宽的底部钢筋位置观察。同时，由于对一些横向箍筋锈蚀裂缝的观察，无盖层剥落被注意到的这个试样。图6显示了该试样的开裂程度据。加拿大标准协会（CSA）a23.3-94（1994），在flexureRC梁的最大裂缝宽度允许值约为0.4mm；因此，此标本观察裂纹是不可接受的。对于碳纤维加固的标本，一些混凝土开裂进行了观察。它们的宽度，测量试件端部附近，大约只有0.2毫米，其中20%是用于加固试件实测裂缝宽度，并在可接受的范围内。这是附近的裂缝宽度测量试样端，CFRP布端，因为它是不可能评价裂缝后面是包装样品的碳纤维U型薄片。在讨论的单调和试样的疲劳反应，需要注意的是，根据规范fi材料性能的研究中使用的碳纤维布，对于相同的宽度、强度和sikawrap片的轴向刚度分别为2.5和2.9倍的强度和两片轴向刚度的作用。