TRC加固混凝土结构在海洋严酷环境下的性能及劣化机理研究

新型水泥基复合材料-纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,TRC)在常规环境下具有优越的性能，而其用于海洋严酷环境下的性能如何还有待研究。为此，本项目结合海洋环境调研和现场测试，拟采用实验室模拟的方法研究干湿、冻融循环及其分别与荷载耦合作用(主要考虑循环次数和盐度及不同加载方式和应力水平)对TRC加固钢筋混凝土(RC)梁、柱性能的影响，在明确此类环境下TRC材料及其与既有混凝土界面性能损伤劣化机制的基础上，项目预期将揭示此类环境及其与荷载耦合作用下TRC加固RC梁、柱的损伤演变规律及破坏机理，实现TRC用于海洋环境下混凝土结构加固的可行性分析，建立考虑材料损伤后TRC加固RC受弯梁和受压柱的计算模型。项目的研究成果不仅可为实际海洋环境下TRC加固混凝土结构损伤劣化行为的科学评价和防治提供理论参考，而且对于改善海工混凝土结构的使用寿命具有一定指导意义。

本项目结合海洋环境调研和现场测试，采用实验室模拟的方式研究了此类环境下纤维编织网和细粒混凝土的界面性能、TRC复合材料性能、TRC与既有混凝土界面性能；基于常规环境下TRC加固RC梁弯曲性能、TRC加固柱抗压性能关键影响因素的研究，分析了海洋侵蚀环境下TRC加固RC受弯梁、TRC加固轴压柱的损伤演变规律及破坏机理。研究结果表明：1）氯盐干湿循环对TRC复合材料的性能、纤维编织网和细粒混凝土的界面性能的影响较小，但是氯盐干湿循环和弯曲应力耦合作用会使TRC复合材料弯曲性能产生较明显的退化；氯盐冻融循环对TRC复合材料的力学性能也有一定削弱作用。此外，在细粒混凝土中加入短切纤维可起到改善TRC力学和耐久性能的作用；2）氯盐干湿循环和冻融循环都会对TRC与既有混凝土的界面性能产生一定的侵蚀劣化，而氯盐冻融循环的侵蚀作用更加明显，导致新老混凝土界面的化学黏合力与机械咬合力损失较大；不同循环次数、频率与氯盐浓度会对此产生不同程度的影响；界面凿糙处理、现浇TRC和细粒混凝土中加入短切纤维均能达到提高新老混凝土界面性能目的。3）常规环境下TRC加固可以显著提高RC梁的承载力和受弯疲劳寿命，并改善裂缝形式；TRC对不同损伤程度梁的承载力提高基本一致，但加固前的静力损伤会影响加固梁的裂缝宽度，静力损伤越大，疲劳加载时的裂缝宽度越宽；基于试验结果给出了受弯梁承载力计算模型。此外，TRC加固柱的增强效果与柱子的配筋率、加固的配网率有关，而纤维编织网的搭接长度对加固柱的影响不大。4）在一定的盐水浓度及干湿循环次数下，TRC加固RC梁的力学性能几乎不受影响，但随着冻融循环次数的增加TRC加固梁的弯曲承载力会降低，且更易发生剪切破坏；弯曲荷载和上述侵蚀环境耦合作用对试验梁的承载力和疲劳寿命的削弱要大于腐蚀或持载单独作用，但TRC仍有较好的承载和限裂作用；而直接浇筑TRC加固、界面处理，改变TRC加固形式等均能提高受弯梁的承载能力；5）TRC加固RC轴压短柱的力学性能会随着干湿循环次数增加而有一定程度的降低，轴压荷载与干湿循环耦合作用下，试件受到损伤，盐水对TRC加固层及TRC加固层和混凝土界面的侵蚀增大，TRC的加固效果略有降低，但与未加固RC柱相比，仍有较大程度的性能改善。基于上述研究可知TRC材料比较适合应用于混凝土结构的修复加固，且TRC材料在加固海洋环境下混凝土结构方面具有较好的优势。