海水海砂PVA水泥基复合材料及配有纤维筋构件的力学特性研究

In order to improve the corrosion resistance of the structure and take full advantage of seawater and sea sand resources, this topic is to study the influence of saltness in seawater and sea sand on compressive strength, splitting tensile and four point bending performance of PVA fiber cementitous composite. The stress-strain model of seawater and sea sand PVA fiber cementitious composite with different ages is established ; the reaction components and microstructure changes in the seawater and sea sand fiber cementitous composite are analyzed by XRD and SEM techniques , revealing the mechanism of interaction between seawater and sea sand saltness, cement and admixture. The smooth and ribbed fiber reinforced tendons is selected to study the bond and achorage properties of seawater and sea sand PVA cementitous composite with fiber reinforced tendons. The bond slip model of light surface and ribbed fiber reinforced tendons is established to show the bond slip machanism of fiber reinforced tendons by seawater corrosion. Through the experimental study of flexural and axial compression compnents on seawater and sea sand PVA cementitous composite, the design theory of beam and column is established. To research on structural stiffness and strength, hysteretic and skeleton curve, ductility and enegy dissipation capacity, shear strength and crack propagation law, the pseudo dynamic test is conducted on seawater and sea sand PVA fiber cementitous composite with PVA fibers and fiber reinforced tendons, revealing the failure machanism of damage accumulation and stiffness degradation of composite components of fiber and fiber tendons under the influence of seawater and sea sand.

为了提高结构的耐腐蚀性能，充分利用海水海砂资源，本课题研究了海水海砂含盐浓度对PVA纤维水泥基材料抗压强度、劈裂抗拉、四点弯曲性能的影响，建立不同龄期海水海砂PVA纤维水泥基复合材料应力-应变模型；采用XRD及SEM技术对海水海砂的纤维水泥基材料的反应成分和微观结构变化进行分析，揭示海水海砂含盐浓度与水泥及掺合料相互作用的机理；选择光面和带肋纤维筋，研究纤维筋与海水海砂PVA水泥基复合材料粘结锚固性能，建立光面和带肋纤维筋的粘结滑移本构模型，揭示纤维筋受海水腐蚀的粘结滑移机理；通过纤维筋海水海砂PVA水泥基复合材料受弯构件和轴心受压构件的试验研究，建立梁和柱的设计理论；对PVA纤维和纤维筋组合的海水海砂水泥基复合材料结构柱进行拟动力试验，研究构件的强度和刚度、滞回和骨架曲线、延性与耗能能力、抗剪强度以及裂缝扩展的规律，揭示海水海砂影响下纤维和纤维筋复合构件的损伤累积、刚度退化的破坏机理。

随着海洋经济、岛屿工程、近海岸重大基础设施的迅速发展，混凝土的使用量仍然大幅度上升。由于河砂和淡水被大量使用，使得该资源愈来愈匮乏。从内陆运输大量淡水和河砂，一定程度上影响了建设工期，同时大大增加了建设成本。如果混凝土中使用海砂和海水，这些盐类将会对钢筋混凝土造成严重的侵蚀和破坏具体表现为：一方面海水海沙中的氯离子对钢筋产生锈蚀，使得水泥石或水泥混凝土的开裂、破损、混凝土表面剥离脱落等,另一方面海水海砂中的盐与水泥化学成分进行相互作用，对水泥石或水泥混凝土强度产生影响。从而严重地降低海水海砂钢筋混凝土的强度，耐久度和使用年限。因此为了海水海砂在工程的应用我们通过了了以下几方面研究获得了一些成果：通过研究海水海砂中主要盐类物质的不同组合及浓度变化，探讨变量变化对胶砂材料凝结时间、稠度、抗压强度及抗折强度在不同龄期时的影响，为不同盐类组合下胶砂材料性能改变提供理论及数据支持；通过对海水海砂水泥基复合材料的制作流程和养护龄期进行变量控制，对标准圆柱体试件进行轴压试验，得到对应试验组水泥基复合材料的破坏形态、峰值强度和应力-应变曲线；通过对PVA纤维增强海水海砂纤维水泥基复合材料进行力学性能研究，探讨了PVA纤维掺量、海水浓度和试验龄期的变化对C30和C50两种强度等级的材料抗压性能、初裂性能和弯曲韧性的影响，通过试验得到了材料的破坏形态，裂缝开裂方式以及荷载-挠度曲线，计算得到了梁的各项弯曲韧性指标；使用GFRP筋可以避免海水中盐分物质对钢筋表面产生腐蚀作用，达到取代钢筋的目的；通过复材梁的抗剪试验研究，揭示荷载作用下BFRP增强梁的抗剪性能，提出并建立了通过桁架-拱的理论模型和试验数据比ACI和CSA等规范提供的公式，提出适合玄武岩格栅与GFRP筋复合增强海水海砂混凝土梁抗剪承载力计算公式，并与试验数据进行对比，验证理论计算的适用性；通过复材梁的抗剪试验研究，揭示荷载作用下BFRP增强梁的抗剪性能，提出并建立了通过桁架-拱的理论模型和试验数据比ACI和CSA等规范提供的公式，提出适合玄武岩格栅与GFRP筋复合增强海水海砂混凝土梁抗剪承载力计算公式，并与试验数据进行对比，验证理论计算的适用性；通过不同的PVA掺量、不同的箍筋间距，不同的轴压比的11根海水海砂水泥基复合材料柱进行抗震性能试验。