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济南大学学报（自然科学版） 2024年第2期38卷 184-193页

作者：侯卫星秦磊郭盼盼吕颖慧沈海右赵鹏济南大学土木建筑学院山东济南250022 山东建筑大学工程鉴定加固研究院有限公司山东济南250014 故宫博物院科研处北京100009

针对混凝土结构的大规模应用导致淡水、河砂资源短缺的现状,对海水-海砂混凝土国内外研究进展及应用进行综述,包括海水和海砂自身材料特性以及海水-海砂混凝土水泥基材料的水化过程、水化硅酸钙微结构发展、力学性能、耐久性及内部钢筋... 详细信息

针对混凝土结构的大规模应用导致淡水、河砂资源短缺的现状,对海水-海砂混凝土国内外研究进展及应用进行综述,包括海水和海砂自身材料特性以及海水-海砂混凝土水泥基材料的水化过程、水化硅酸钙微结构发展、力学性能、耐久性及内部钢筋锈蚀;总结当前海水-海砂混凝土研究成果并分析主要不足,指出海水-海砂混凝土作为一种凝结硬化快速、耐久性较差且易锈蚀钢筋的低成本混凝土材料,未来研究重点是将海水-海砂混凝土配合纤维增强复合材料形成组合结构、完善不同养护方式及条件对海水-海砂混凝土的影响及海水-海砂混凝土在真实复杂条件下的耐久性。

关键词：海水-海砂混凝土水泥水化力学性能纤维增强复合材料耐久性

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模拟海水-海砂混凝土环境下连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料杆层间剪切性能的演化

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复合材料学报 2024年第1期41卷 323-332页

作者：周平白艳博李承高董少策咸贵军哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

连续玻璃纤维增强聚丙烯(GFRPP)复合材料杆集成了热塑性树脂可多次成型、环境友好、可回收利用和玻璃纤维高应变、低成本等优点,在混凝土结构领域,GFRPP复合材料有望替代钢筋和热固性纤维增强聚合物(FRP)筋成为新型热塑性复合材料。本... 详细信息

连续玻璃纤维增强聚丙烯(GFRPP)复合材料杆集成了热塑性树脂可多次成型、环境友好、可回收利用和玻璃纤维高应变、低成本等优点,在混凝土结构领域,GFRPP复合材料有望替代钢筋和热固性纤维增强聚合物(FRP)筋成为新型热塑性复合材料。本文采用加速实验研究了模拟海水-海砂混凝土环境下GFRPP杆的水吸收及层间剪切性能长期演化规律与退化机制。研究结果表明:GFRPP杆吸水行为符合Fick定律,21℃、40℃和60℃浸泡温度下GFRPP杆的饱和吸水率分别为0.63%、0.78%和0.81%;经120天21℃、40℃和60℃模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡后,GFRPP杆层间剪切强度保留率分别为80.5%、72.8%和66.5%。最后,结合SEM和FTIR表征技术,揭示模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡下GFRPP杆性能退化机制。

关键词： GFRPP杆层间剪切强度海水-海砂混凝土湿热老化机制吸水率

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FRP筋在模拟海水—海砂混凝土孔溶液浸泡下的耐久性研究

FRP筋在模拟海水—海砂混凝土孔溶液浸泡下的耐久性研究

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作者：王自柯哈尔滨工业大学

学位级别：博士

纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀与易施工等优点,能够取代传统土木工程材料(钢材、木材等),用于结构的加固或增强。鉴于土木工程结构的长寿命设计(建筑结构一般50年以上)和工程环境的复杂... 详细信息

纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀与易施工等优点,能够取代传统土木工程材料(钢材、木材等),用于结构的加固或增强。鉴于土木工程结构的长寿命设计(建筑结构一般50年以上)和工程环境的复杂性(水酸碱盐等腐蚀环境),FRP在实际服役环境下的耐久性能是影响FRP土木工程结构应用的重要因素之一。近年来,具有更高可持续性的海水-海砂混凝土(Seawater and sea sand concrete,SWSSC)被认为可以在某些领域替代传统的混凝土。为避免钢筋腐蚀,SWSSC增强筋一般需要采用耐腐蚀的FRP筋。但在SWSSC环境(高盐碱)下,FRP筋的长期性能的演化规律与机理尚不清楚,影响了SWSSC的推广与应用。鉴于此,本文以FRP内纤维-树脂界面粘结耐久性为切入点,研究了模拟海水-海砂混凝土孔溶液(盐碱溶液)浸泡下FRP筋的长期性能演化。本文主要研究内容及成果如下:(1)纤维表面处理对碳纤维-环氧树脂界面粘结强度的作用机理:用微脱粘法研究了电化学氧化和上浆剂对碳纤维-环氧树脂界面粘结强度及其耐湿热性能的影响规律,借助XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)、AFM(Atomic force microscope)和SEM(Scanning electron microscope)等手段揭示了纤维-环氧树脂界面粘结演化机理。结果表明,氧化和上浆处理有效增加了碳纤维表面含氧官能团含量,显著提高了碳纤维界面粘结强度及其耐湿热性;同时,氧化与上浆处理还改善了碳纤维的拉伸性能和浸润性能。(2)水浸泡对碳纤维-环氧树脂界面耐久性能影响:系统研究了碳纤维氧化、表面上浆处理对CFRP板材在湿热环境(60oC蒸馏水浸泡)下界面粘结性能的影响。结果表明,氧化和上浆处理可以大幅度提高CFRP(Carbon FRP)的层间剪切强度的耐湿热性能,层间剪切强度保留率从0.24～0.38提升至0.74～0.86;同时,建立了湿热环境下CFRP界面损耗因子与层间剪切强度之间的对应关系。(3)模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡对纤维-树脂界面性能退化的影响:利用实验室加速试验方法,研究了在模拟SWSSC孔溶液浸泡环境下BFRP(Basalt FRP)、GFRP(Glass FRP)和CFRP筋的层间剪切强度退化规律,借助水吸收、FTIR(Fourier transform infrared spectroscopy)和SEM等测试方法,分析了纤维-树脂界面粘结退化机理,并利用Arrhenius理论预测了FRP筋的长期退化速率。研究表明,在SWSSC环境中,GFRP筋的界面退化程度最低,BFRP筋最高,而CFRP筋居于其间;树脂降解和界面剥离是FRP筋界面粘结性能退化的主要原因;提出了一种可避免测试过程中FRP筋中部局部破坏的层间剪切测试方法。(4)模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡对FRP筋拉伸性能的影响:利用加速试验方法,研究了B-,G-与C-FRP筋在SWSSC环境下的拉伸性能退化规律,借助SEM、EDS(Energy dispersive X-ray spectroscopy)和X-ray computed tomography(CT)扫描等测试方法,分析了FRP筋的退化机理,并预测了FRP筋长期拉伸强度的退化速率。研究表明,在SWSSC环境中,GFRP筋的耐久性明显优于BFRP筋,而腐蚀介质中的Cl-和玄武岩纤维所特有的Fe2+的反应是导致BFRP筋耐久性较差的重要原因;与实际服役结果相比,现有的FRP筋寿命预测模型结果偏保守。(5)应力与模拟海水-海砂混凝土孔溶液耦合效应对FRP筋长期拉伸性能影响:采用加速试验方法,确定了不同应力水平(20%、30%和40%)下FRP筋在高性能海水-海砂混凝土(High performance seawater and sea sand concrete,HPSWSSC)孔溶液浸泡下的拉伸性能退化规律,并利用SEM观测分析了其退化机理。研究结果表明,与ACI440.1R-06规定的GFRP筋的蠕变破坏应力限值一致,BFRP筋和GFRP筋在HP-SWSSC环境下的最大设计应力限值为其破坏强度的20%;同时,提出了考虑混凝土实际服役温度和大气相对湿度的FRP筋长期性能预测模型。基于上述研究,本文揭示了纤维表面氧化处理与上浆对纤维-树脂界面粘结耐湿热性能的影响机理;获得了FRP筋在模拟海水-海砂混凝土孔溶液浸泡环境下的力学性能演化规律,并发现了应力与浸泡耦合作用下纤维-树脂界面加速劣化规律及其对FRP筋性能退化的作用机理;最终,建立了不同大气温度和相对湿度环境下FRP筋的长期寿命预测模型。以上研究成果为探索FRP筋在海水-海砂混凝土环境

关键词： FRP筋海水-海砂混凝土纤维表面处理纤维-树脂界面应力与环境耦合长期寿命预测

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热浸镀锌钢筋在海洋混凝土环境中的钝化与腐蚀行为

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电镀与涂饰 2025年第4期 1-8页

作者：刘国强张东方陈昊翔范志宏中交四航工程研究院有限公司水工构造物耐久性技术交通运输行业重点实验室中交集团建筑材料重点实验室

[目的]研究热浸镀锌钢筋在混凝土养护阶段的钝化行为、氯盐侵蚀下的腐蚀行为及其在海水海砂混凝土中的长期服役性能。[方法]通过开路电位(OCP)、电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化(PDP)曲线测试，结合表面形貌观察，研究镀锌钢筋在混凝土... 详细信息

[目的]研究热浸镀锌钢筋在混凝土养护阶段的钝化行为、氯盐侵蚀下的腐蚀行为及其在海水海砂混凝土中的长期服役性能。[方法]通过开路电位(OCP)、电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化(PDP)曲线测试，结合表面形貌观察，研究镀锌钢筋在混凝土孔隙模拟液(pH=12.5)中的自然钝化行为；通过梯度氯盐添加法评估其抗氯盐腐蚀性能；以及将镀锌钢筋浇筑在海水海砂混凝土中，研究其在模拟海水溶液中的腐蚀行为。[结果]镀锌钢筋在混凝土孔隙模拟液中可自然钝化形成致密的膜层，起到有效的电化学保护作用；镀锌钢筋在含氯混凝土孔隙模拟液中的耐蚀性随Cl-浓度增大而逐渐降低，当Cl-浓度为0.08 mol/L时，钝化膜破裂，镀锌层开始发生腐蚀。在海水海砂混凝土中浸泡140 d后，镀锌层虽部分溶解但未失去对钢筋基体的保护作用。[结论]镀锌钢筋在混凝土中具备良好的钝化能力，其耐Cl-腐蚀的临界浓度为0.07～0.08 mol/L，在海水海砂混凝土环境中具有良好的长期服役性能。本文的研究结果可为镀锌钢筋的海洋工程应用提供可行性依据。

关键词：热浸镀锌钢筋自然钝化抗氯盐侵蚀性能海水-海砂混凝土长期服役

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