唐國允，單魯陽

TANG Guoyun，SHAN Luyang

(浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州310014)

GFRP 管是將玻璃纖維和樹脂按一定比例采用拉擠或纏繞工藝制成，在GFRP 管內(nèi)澆筑混凝土形成GFRP 管混凝土柱(Concrete—Filled GFRP Tubes Column)是一種比較新型的組合結(jié)構(gòu)［1-2］，這種新的結(jié)構(gòu)形式最早由美國學(xué)者M(jìn)irmiran 和Shahawy(1995)［3］提出，可用于高腐蝕性的環(huán)境中，能抵抗的惡劣環(huán)境的(潮濕、腐蝕、冷凍等)影響，有效改善混凝土的耐久性，并防止混凝土的碳化及鋼筋銹蝕，減少惡劣環(huán)境造成的侵蝕。因此，采用GFRP 管代替鋼管可以避免鋼管混凝土柱的銹蝕問題，同時保留了鋼管混凝土柱的優(yōu)點［4］:

(1)GFRP 管約束核心混凝土使混凝土處于三向受力狀態(tài)，提高了強度和延性;

(2)混凝土的存在可以延緩或避免GFRP 管這種薄壁構(gòu)件過早地發(fā)生局部屈曲，從而可保證其材料性能的充分發(fā)揮;

(3)GFRP 管可作為施工過程中澆筑混凝土的模板，節(jié)省模板費用，加快施工速度。

因此，GFRP 管混凝土組合柱在高層建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

針對GFRP 管混凝土組合柱的軸壓、偏壓和抗震等力學(xué)性能［5-6］，已經(jīng)有很多人進(jìn)行了研究，而對抗腐蝕方面的研究卻相對缺乏。本文以試驗為主，研究了酸堿溶液對GFRP 管混凝土柱的腐蝕程度，為GFRP 管混凝土柱的廣泛應(yīng)用打下堅實的實驗基礎(chǔ)。

1 試驗方案

1.1 試驗準(zhǔn)備

本試驗采用廣東纖力玻璃有限公司提供的定制GFRP 圓管，其規(guī)格為DN150 mm ×450 mm 的短柱。其組成成分及材料參數(shù)見表1、表2。

表1 GFRP 管材料組成成分力學(xué)性能參數(shù)

表2 GFRP 管材料性能參數(shù)

本實驗采用C40 強度的混凝土，水泥采用標(biāo)號為P. O42. 5 的錢潮牌水泥，碎石的最大粒徑是35 mm，且級配良好。砂子的細(xì)度模數(shù)為2.4 左右?；炷恋呐浜媳纫姳?。

表3 C40 混凝土的實驗配合比

為了測定混凝土內(nèi)部的應(yīng)變，本實驗制作了一個鋼筋籠，并把應(yīng)變片貼在上面，在澆筑時埋入混凝土中。為了測定外部的混凝土，會在管子的外面相應(yīng)的貼上應(yīng)變片，用以測定軸壓時外部GFRP 管的應(yīng)變。

本文采用三種不同pH 值的酸堿溶液作為浸泡液。pH 值為2 的硫酸溶液是用濃硫酸按照合適的比例稀釋而成。然后是pH 為10 和13 的氫氧化鈉溶液，兩者均是用氫氧化鈉固體配制而成。

1.2 試驗方法

本試驗的變量有兩個:一個是浸泡的時間，考慮到具體的實驗條件和前人的研究，本實驗采用30 d和60 d 兩個浸泡時長;另一個變量是浸泡的溫度，提高溫度是為了加速反應(yīng)，本文采用常溫20°和高溫60°這兩個溫度。高溫采用水浴加熱的方式。

結(jié)合三種不同的pH 值和兩種溫度以及兩種浸泡時間的變化，本試驗總共分為9 組實驗組進(jìn)行，每組一根試件。另外還有一組對照組，是沒有經(jīng)過浸泡處理的組合柱，總共為10 根短柱。構(gòu)件在相應(yīng)的條件下進(jìn)行了浸泡之后，放在壓力試驗機下進(jìn)行軸壓試驗。最后分析比較各柱的極限承載力的變化關(guān)系。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 GFRP 管混凝土組合柱的酸堿腐蝕結(jié)果

GFRP 管混凝土組合柱在酸堿溶液中的腐蝕結(jié)果見表4。其中GZ1-9 表示九組試驗的GFRP 混凝土組合柱，而GZD 表示未做任何處理的對照組的GFRP 混凝土組合柱。

表4 試件分組及極限承載力值

2.2 結(jié)果分析與討論

圖1 是4 組組合柱的極限承載力對比圖。第1組是柱GZ1 和GZ3 的對比，他們的區(qū)別是溫度的不同。由表4 的數(shù)據(jù)可以得到，在高溫浸泡下的柱GZ3 的極限承載力相對低溫的柱GZ1 下降9.93%。而第2 組中，堿性溶液浸泡下的柱GZ7 的極限承載力相對柱GZ9 下降11.6%。同樣能夠反映出，高溫時組合柱的極限承載力下降的更多，在高溫下酸堿對GFRP 混凝土組合柱的侵蝕程度更大。第3 組是柱GZ1 和GZ2 的對比，他們的區(qū)別是浸泡時間的不同。同樣由表4 的數(shù)據(jù)可以得到，60 d 浸泡下的柱GZ2 的極限承載力相對30 d 浸泡的柱GZ1 反而上升了4.8%。其原因可能是組合柱在60 d 的浸泡下，其水化反應(yīng)更徹底，所以柱子的強度得到了一定程度的提高。所以導(dǎo)致最后得出的組合柱的極限承載力在30 d 和60 d 浸泡的情況下幾乎相等的結(jié)論。還有可能本實驗由于本身的局限性，浸泡的時間不夠長，所以可以大膽預(yù)見的是如果浸泡的時間足夠長，那么組合柱的極限承載力應(yīng)該會有相應(yīng)的下降。第4 組GZ4 和GZ5 的對比同樣的反應(yīng)出在堿性溶液的環(huán)境下，組合柱的極限承載力與上述相同的規(guī)律。

圖1 4 組組合柱的極限承載力對比圖

而圖2 是10 根組合柱極限承載力的一個柱狀對比圖。從圖中可以直觀地看到中間GZD 組合柱的極限承載力是最高的，從而說明經(jīng)過酸堿浸泡處理的其他組合柱的強度都是有一定程度的下降的。由表4 的數(shù)據(jù)可以得出，GZ1 相對于GZD 下降了16.1%;GZ2 相對于GZD 下降了12.1%;GZ3 相對于GZD 下降了24.4%。以上三組組合柱在酸溶液的浸泡下，高溫時下降得最多。GZ4 相對于GZD 下降了16.9%;GZ5 相對于GZD 下降了11.3%;GZ6相對于GZD 下降了24.3%;這三組溶液是弱堿，下降的規(guī)律和酸環(huán)境下的結(jié)果是一樣的，也是高溫時下降得最多。GZ7 相對于GZD 下降了7.3%;GZ8相對于GZD 下降了5.6%;GZ9 相對于GZD 下降了18%。雖然組合柱在酸堿溶液的浸泡下極限承載力都有所下降，但是他們的腐蝕機理卻有些不同。酸性腐蝕主要是針對管子的基體材料和混凝土強度的影響，而堿性腐蝕主要是針對玻璃纖維［7］。

圖2 10 根組合柱的極限承載力對比圖

3 結(jié) 語

(1)酸堿溶液對GFRP 混凝土組合柱有一定的腐蝕作用，且隨著溫度的升高和浸泡時間的加長，組合柱的極限承載力下降加快。

(2)在酸堿環(huán)境中，組合柱的極限承載力有所下降，但是幅度不大，說明GFRP 混凝土組合柱能夠有效地抵抗酸堿侵蝕。

(3)酸堿雖然對GFRP 混凝土組合柱都有腐蝕作用，但是腐蝕機理卻不同，所以實際工程應(yīng)用中要區(qū)別對待，并制定相應(yīng)的解決措施。

［1]滕錦光，陳建飛，S·T·史密斯，等. FRP 加固混凝土結(jié)構(gòu)［M］.滕錦光，顧磊，譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［2]葉列平，馮鵬.FRP 在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用與發(fā)展［J］.土木工程學(xué)報，2006，39(3):24 -36.

［3]Mirmiran A，Shaw M.A novel FRP—concrete composite construction for the infrastructure［C］// Proceedings of the ASCE Structures Congress XⅢ. Boston，1995:1663 -1666.

［4]謝啟芳，鄭培君，薛建陽，等.FRP 管混凝土組合柱的研究現(xiàn)狀與展望［J］.四川建筑科學(xué)研究，2012，38(3):24 -29.

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［6]秦國鵬，王連廣，吳迪.GFRP 管鋼骨混凝土偏壓構(gòu)件非線性分析［J］.混凝土，2009(8):8 -11.

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