热带海洋环境下外海开敞式码头CFRP钢管混凝土桩基腐蚀形态演化与力学性能劣化研究

Open sea terminal is built and served without cover in poor marine natural environment. How to develop new structure to overcome corrosion problem of traditional materials in marine environment has become one of the key technology to construct high quality open sea terminals and has important strategic meaning for port economy development and national defense in South China Sea. Concrete filled CFRP steel tube（CFRP-CFST）structure which has high bearing capacity and excellent corrosion resistance is an ideal structure for piles foundation of open sea terminals. With CFRP-CFST pile as experimental structure, the high hot and humid environment simulation system was designed to carry on corrosion experiment of pile. By revealing the corrosion morphology and gradually evolution process of pile different corrosion zone the corrosion morphology description theory was established. And the corrosion mechanism of atmospheric air, sea water and mud to CFRP-CFST pile and effect rule by high hot and humidity condition was explored. The mechanism of pile’s performance deterioration is researched, and then corrosion stage division, definition standard and quantitative analysis theory of pile the corrosion prediction model and analysis theory of service life was built. The study will give quantification theoretical reference for CFRP-CFST pile design and application of open sea terminals.

热带海洋环境下外海开敞式码头处于无掩护、自然条件恶劣的海洋工作环境，如何开发新型结构型式克服传统材料的腐蚀问题，已成为建设外海高品质开敞式码头的关键技术之一，对于港口经济发展以及南海地区国防建设材料的选用具有重要战略意义。新型CFRP钢管混凝土（CFRP-CFST）结构承载力高、抗腐蚀和耐久性能优良，是理想的外海开敞式码头桩基型式。本课题通过设计外海热带海洋高湿热环境室内模拟系统进行桩基腐蚀试验，研究外海开敞式码头高湿热环境下CFRP钢管混凝土桩基各腐蚀区的形态特征与渐进演化过程，建立桩基腐蚀的形态描述理论与评价方法，探索高湿热环境下大气、海水以及海泥对桩基的腐蚀机制及影响规律，揭示不同腐蚀阶段力学性能劣化机理，获取桩基腐蚀的不同阶段划分、界定标准及指标量化分析理论，为热带海洋高湿热环境下外海开敞式码头CFRP钢管混凝土桩基应用与设计提供理论依据。

热带海洋高湿热条件下的腐蚀问题是制约我国外海码头工程装备发展的一大瓶颈，如何开发新型结构克服传统材料的腐蚀问题，是建设外海高品质开敞式码头的关键技术之一，本研究针对热带海洋环境下外海开敞式码头桩基的腐蚀问题，研究新型CFRP钢管混凝土结构在高湿热环境下的腐蚀形态演化与力学性能劣化，对于提高我国外海开敞式码头的可靠性和使用寿命，以及外海港口新的跨越式发展和东海、南海地区国防建设具有重要的理论与实际意义。. 研究通过研制室内海洋高湿热环境试验模拟系统，设置不同热带海洋高湿热条件，对CFRP钢管混凝土桩基进行腐蚀试验，研究热带海洋高湿热条件下外海开敞式码头CFRP钢管混凝土桩基腐蚀形态特征及演化规律；研究高湿热条件下不同腐蚀区段CFRP钢管混凝土桩基外部CFRP材料光泽颜色变化、表面盐渍附着、劣化开裂鼓泡等表观形态变化规律，揭示了热带海洋高湿热环境下CFRP钢管混凝土桩基各腐蚀区的形态特征与渐进演化过程；研究CFRP钢管混凝土桩基各区段腐蚀机制及影响规律，对外海高湿热条件下CFRP钢管混凝土桩基不同腐蚀区段的CFRP材料、钢管以及CFRP材料和钢管之间粘结界面的腐蚀特征和机制进行试验研究，通过对腐蚀过程中CFRP钢管混凝土桩基桩身不同区段的半电池电势、锈蚀产物结构及组分、表面应变变化规律进行研究，揭示热带海洋环境下温度、湿度对桩基不同腐蚀区的影响规律；研究CFRP钢管混凝土桩基力学性能劣化规律及腐蚀阶段划分，在CFRP钢管混凝土桩基腐蚀形态特征以及腐蚀机理研究基础上，结合不同腐蚀发展阶段材料强度、腐蚀程度、界面粘结强度、桩基承载力等劣化规律，获取桩基不同腐蚀发展阶段的力学性能劣化机理，进行桩基腐蚀不同发展阶段划分。为热带海洋高湿热环境下外海开敞式码头CFRP钢管混凝土桩基应用与设计提供理论依据。