湿热海洋环境下FRP筋与珊瑚混凝土粘结性能及破坏机理研究

The primary obstacle that applied coral aggregate in the concrete engineering is the steel rebar corrosion induced by the adverse ion in the coral in the humid oceanic environment. The use of FRP bars in coral concrete structures is an effective solution to the problems caused by the corrosion. The bond performance between FRP bars and coral aggregate concrete is the important basis to solve many theoretical and engineering problems. Due to the particularity of the coral concrete, theory of FRP reinforced concrete has obvious limitations in describing the behavior between coral aggregate concrete and FRP bars. Based on the previous finding proposed by the author, the study on the investigation concerning bonding performance and damage mechanism between the FRP bars and coral concrete will be conducted. To aim to illustrate the bond strength formation, strengthening and degradation, the finding could reveal the interface behavior and interaction between FRP bars and coral aggregate. In this study, the effects of environmental parameters including the temperature, chlorine ion, humid-dry alternation and soaking period on the degradation of mechanical behavior of FRP bars. Finally, this study aim to establish the constitutive model incorporating bond slippage between FRP bars and coral aggregate which reflect the environmental factors. This will provide the theoretical base and expand the application of coral concrete.

FRP筋珊瑚混凝土的应用能够解决湿热海洋环境和珊瑚碎屑所含盐分引发的钢筋锈蚀问题，满足南海岛礁建设就地取材的需求。FRP筋与珊瑚混凝土间粘结性能的研究是解决许多理论和工程问题的重要基础，由于珊瑚混凝土材料的特殊性，已有FRP筋混凝土研究成果在描述FRP筋与珊瑚混凝土粘结行为时存在明显的局限性。本项目开展湿热海洋环境下FRP筋与珊瑚混凝土间粘结性能及破坏机理研究，旨在揭示FRP筋-珊瑚混凝土二者间粘结强度形成、劣化及破坏机理，明确FRP筋-珊瑚混凝土粘结性能的主要影响因素，描述材料界面关系及相互作用的变化规律，并进一步阐明湿热海洋环境下温度、氯盐、干湿变化、浸泡时间等环境因素对不同类型FRP筋及其与珊瑚混凝土粘结性能衰退的影响规律，最终建立能够反应湿热海洋环境与荷载耦合效应下的FRP筋-珊瑚混凝土粘结滑移本构关系模型，为FRP筋珊瑚混凝土结构的力学性能分析和工程应用提供关键理论基础。

湿热海洋环境以及珊瑚碎屑所含的大量盐分引发的钢筋锈蚀问题，一直以来是困扰珊瑚混凝土（coral aggregate concrete）工程应用的最主要障碍。项目开展了湿热海洋环境下纤维增强复合材料筋（Fiber Reinforced Polymer Bar，FRP筋）与珊瑚混凝土间粘结性能的研究工作，以FRP筋、珊瑚混凝土的材料特性、南海湿热特殊地理环境为研究切入点，以理论分析和试验验证为研究手段，主要包括FRP筋与珊瑚混凝土粘结性能研究，湿热海洋环境下FRP筋与珊瑚混凝土粘结性能研究，湿热海洋环境下FRP筋-珊瑚混凝土粘结滑移本构关系及破坏机理研究三部分内容。重点分析了FRP筋-珊瑚混凝土粘结性能及主要影响因素，揭示了FRP筋-珊瑚混凝土二者间粘结强度形成、劣化和破坏机理，界面关系及相互作用的变化规律，并初步建立了FRP筋-珊瑚混凝土粘结滑移关系数学模型；通过不同温度海水浸泡以及干湿交替试验研究，基于耐久性试验中FRP裸筋、珊瑚混凝土以及珊瑚混凝土内FRP筋性能的变化，明确了南海地区的高温、高盐、高湿等环境因素及其耦合作用对FRP筋性能劣化以及FRP筋珊瑚混凝土粘结性能劣化的效应。通过对粘结强度、滑移、破坏特征、材料性能衰退、界面关系演化等关键因素的采集与分析，进一步明确了湿热海洋环境下FRP筋与珊瑚混凝土间粘结性能和退化机理；在已有研究成果和试验研究的基础上，建立了适用于FRP筋-珊瑚混凝土粘结滑移本构模型，并给出了FRP筋在珊瑚混凝土构件中的最小锚固长度的理论公式。项目研究成果为FRP筋珊瑚混凝土结构的力学性能分析和工程应用提供关键理论基础，同时有效推动FRP筋混凝土结构相关理论的发展，也为珊瑚混凝土相关耐久性问题的解决提供了新的途径。