玄武岩纤维筋连续配筋水泥混凝土路面开裂和冲断机理与控制指标研究

应用玄武岩纤维筋（BFRP）替代钢筋修建连续配筋水泥混凝土路面（CRCP）可发挥BFRP筋抗拉强度高和耐腐蚀的优点，但也必须解决其模量偏低引起的开裂和冲断控制问题。本研究在对CRCP路面筋材受力特点和性能要求综合分析的基础上，通过先进的测试手段研究BFRP筋物理、化学和力学性能的变化规律和影响因素，提出性能提升的技术措施；通过室内试验、数值模拟和光纤测试，提出最佳粘结性能的BFRP筋关键技术指标，建立精确表征BFRP筋与水泥混凝土粘结本构关系的数值模型；从理论推导、数值模拟和实验验证的角度研究多因素作用下BFRP-CRCP的开裂及冲断机理，提出开裂和冲断控制的关键指标和参数，从而指导BFRP-CRCP的设计和应用。

连续配筋水泥混凝土路面（CRCP）是在纵向配置连续钢筋以控制混凝土路面板纵向收缩产生的开裂，从而不设胀缝及缩缝的一种路面结构型式。由于混凝土的收缩变形被钢筋约束，钢筋承担产生的收缩应力，从而使裂缝分散在更多的部位，通常l.5～4.0m即有一微小裂缝。在后期使用过程中，由于车辆荷载和自然因素的重复综合作用，早期横向裂缝会逐渐变宽，雨水进入后将导致钢筋锈蚀、基层冲刷等问题，进而导致钢筋断裂和路面板冲断。.本项目针对CRCP路面的冲断病害机理及玄武岩纤维筋（BFRP）取代钢筋在CRCP中应用的控制指标开展研究。首先，建立了考虑横向裂缝传荷特性的板底脱空和良好支撑（非脱空）的CRCP三维有限元模型，研究了影响CRCP冲断破坏的因素并对各因素敏感性进行了分析，比较了全厚度板冲断破坏和半厚度板冲断破坏的机理，提出了CRCP冲断破坏的主要控制指标；其次，研究了BFRP筋拉伸强度、弹性模量、剪切强度、耐久性等性能的影响因素及其变异性，应用中心光纤测试方法精确测试了BFRP筋的弹性模量，基于复合增强机理开发了高模量的玄武岩纤维钢丝复合筋，并对其力学性能进行了研究；研究了BFRP筋与水泥混凝土的粘结性能，分析了BFRP筋直径、螺纹间距、螺纹深度、混凝土强度、喷砂量、粘结长度等因素对粘结强度和端部位移的影响，并通过有限元数值模拟方法建立了合理的粘结模型；最后，应用理论方法结合有限元模拟分析研究了CRCP路面的开裂机制，探讨了BFRP取代钢筋对CRCP路面开裂和冲断病害的影响，分析了裂缝传荷能力与冲断破坏的影响参数及其敏感性，提出了控制CRCP路面开裂和冲断的设计指标和标准。.通过本项目研究，掌握了CRCP路面开裂和冲断机制及主要影响因素，分析了BFRP等筋材取代钢筋的应用策略，为促进我国基于CRCP的长寿命路面结构的应用提供了技术支撑。