湿热高盐环境下纤维混凝土本构关系与疲劳性能研究

With the deepening application of the fiber reinforced concrete（FRC） in marine engineering, it is necessary to study the tensile and compressive constitutive relation and bending fatigue behavior of FRC under hygrothermal and hypersaline environment from the aspects of mechanism and method. The main objective of this subject is to reveal the performance evolution law of FRC under hygrothermal and hypersaline environment and establish corresponding calculation method. Based on multi-parameter model test, mechanism analysis and mathematical modeling method, this subject is going to investigate the influences of temperature, humidity, salinity and spray method, fiber types and dosage, matrix strength grade of concrete, fatigue load characteristic parameters on compressive and tensile strength, flexural strength, compressive and tensile constitutive relation, bending fatigue behavior of FRC, reveal the mechanism of strength degradation, fatigue damage evolution and failure characteristics of FRC under hygrothermal and hypersaline environment, establish the strength degradation model, compressive and tensile constitutive relation, and flexural fatigue strength calculation model of concrete reinforced with polypropylene crude fiber, steel fiber and their hybrid under hygrothermal and hypersaline environment. The expected achievements would be laying a theoretical foundation for the application of FRC in marine engineering.

随着纤维混凝土在海洋工程应用的深入，从机理和方法两方面研究湿热高盐环境下纤维混凝土的拉压本构关系及弯曲疲劳性能显得十分重要。本项目以揭示湿热高盐耦合环境下纤维混凝土性能演变规律和建立相应的计算方法为目标，基于多参数模型试验，结合机理分析和数学建模方法，分析温湿度、含盐量与喷雾方式、纤维种类与掺量、基体混凝土强度、疲劳荷载特征参数等对纤维混凝土抗压、抗拉、抗折强度和受压、受拉本构关系以及弯曲疲劳性能的影响规律，揭示湿热高盐耦合环境下纤维混凝土的强度退化和疲劳损伤演变机理与破坏特征，建立综合考虑环境条件劣化和纤维阻裂增强与增韧作用影响的湿热高盐耦合环境下聚丙烯粗纤维、钢纤维及其混杂增强混凝土的强度退化、受压与受拉本构关系以及弯拉疲劳强度模型与疲劳累积损伤准则,为纤维混凝土在海洋工程中的应用奠定理论基础。

针对恶劣环境作用下纤维混凝土性能劣化严重、影响结构安全及耐久性等突出问题，本项目从机理和方法两方面系统研究了氯盐、硫酸盐以及复合氯盐等恶劣环境下纤维混凝土的力学性能及劣化机理进行了系统研究。研究了较低纤维掺量与较高基体强度的钢纤维混凝土弯曲性能及单轴受压本构关系，分析了试验方法对钢纤维混凝土受压本构关系的影响规律；研究了氯盐、复合氯盐与干湿循环耦合作用下纤维混凝土的力学性能，分析了纤维种类及掺量、基体强度、矿渣掺量、侵蚀环境等对纤维混凝土、矿渣纤维混凝土抗压、劈拉、弯曲性能和氯离子渗透及其分布的影响及其演变规律，提出了氯离子扩散系数随矿渣掺量及暴露时间的变化模型；研究了硫酸盐与干湿循环耦合环境下混杂纤维混凝土的抗压、抗拉、弯曲及断裂性能，分析了不同纤维掺量及其混杂比、侵蚀环境及侵蚀时间等对混杂纤维混凝土抗压强度、劈拉强度、弯曲强度、本构关系模型、断裂韧度、断裂能等性能指标的影响规律及影响机理，探讨了纤维混凝土性能的混杂效应。研究成果对丰富和发展纤维混凝土基本理论，推动纤维混凝土在海洋工程中的应用具有重要的理论意义和实用价值。