碱性环境中BFRP筋材与混凝土粘接退化规律的研究

韩青 孟繁荣

摘要：针对于BFRP筋（玄武岩纤维增强树脂基复合筋材）在碱性的环境之中的腐蚀机理和耐腐蚀性能进行了以下一系列的试验来研究它的变化规律，在这其中的实验过程中需要的实验变量包含碱性环境的类型、树脂基体的种类和腐蚀龄期等等，其中在碱性环境下就包含了碱性溶液的浸泡和潮濕混凝土包裹这两种形式，而对于筋材的种类也是要有一定得要求的，其中包括了BV筋（乙烯基酯树脂基体复合筋）和BE筋（环氧树脂基体复合筋），其试验的最长龄期是120d。实验过程中为了加快腐蚀的速率，我们便采用了60℃的高温来进行浸泡。对于实验结果我们还采用了SEM（扫描电子显微镜）来对于腐蚀前后钢材的内部微观结构进行观察和分析，通过以上的一系列的实验，便得到了以下的结论：BE筋的腐蚀的前后强度和耐碱性能都高于BV筋，而在SEM的观察下通过观察沿筋材径，BE筋有更为明显的腐蚀层和未腐蚀层的的分界线，但对于BV筋而言，并未出现明显的纤维松散层，而且还发现在其界面出现了大量的微裂缝和脱粘的现象。

关键词：碱性环境;粘接退化;混凝土;耐碱性

中图分类号：TU377

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）06-0042-04

在近几年中FRP筋[1]因其耐久性好、绝缘无磁和轻质高强等等的优点而被人们所欢迎，那么对于BFRP筋在混凝土碱性环境下的耐久性的研究便变得尤为的重要。我们就采用了环氧树脂和乙烯基酯树脂这两种树脂基体种类的BFRP筋[2]来进行研究，将其浸泡在60℃的碱性溶液，扫描电子显微镜来观察其内部微观结构的损伤机理的方式就比较的少了，在实验的过程中，我们通过使用扫描电子显微镜（SEM[3]）对不同的腐蚀龄期的BFRP筋断面，所以使用溶液来对其进行浸泡，并对BFRP筋的拉伸力学性能的退化现象进行对比研究，由此来研究在两种环境之下的BFRP筋的耐久性能的差异性的变化规律，从而来探索通过用碱溶液浸泡模拟混凝土环境的试验方式的有效性。

1 实验材料

1.1 BFRP筋

在实验过程中是用BE筋的肋纹间距和深度分别是ld和0.06d，其中的d为钢材的直径。对于BE筋的固化处理是将其放在200℃的烘箱之中，实验过后BE筋和BV筋如图1所示。

1.2 未腐蚀的BFRP筋性能

规范是ACI 440.3R-04，其中就要求了要测验BFRP筋的拉伸力学性能，从表l中我们便可以得出BE筋的平均抗拉强度和弹性模量普遍性的高于BV筋，而从图2中两种筋材的破坏状况可得出是BE筋是丝束状炸开，但BV[4]筋是絮状炸开，以上现象可以得出两种树脂基体和玄武岩纤维的交接处的界面的结合形式有一定的明显的差异性。

2 BFRP筋碱溶液浸泡试验

在60℃的碱性溶液中浸泡BE筋和BV筋，使其在恒温的条件下来促使两种类型的筋材快速腐蚀，碱性溶液的配置规范是按照ACI440.3R-04，其具体的操作如下，IL的去离子水加入118.5g的Ca（OH）2，0.9g的NaOH和4.2g的KOH，从而测得其PH值为12.90，在我们实验的过程中要对溶液定期测试PH值，调整PH值使其稳定，与此同时还要使其温度保持在恒温的条件下，腐蚀的龄期一般设置为15d、30d和45d，若一组的筋材（5根）达到了相应的龄期，待到其干燥时对其进行力学的性能测试。

2.2 实验结论

由图3可知BFRP筋在不同的腐蚀龄期的变化，显而易见的可以得出腐蚀后的筋材的光泽度有所降低，且变得比较的粗糙，具体的变化过程如下：7d时，筋材凸起的地方变为灰色，且肋痕凹处由原来的黑色变成了黄棕色的纤维原丝，当最后浸泡在15d的时候，其表面就变化更为的明显了，凸起的地方变窄，纤维的丝状也较为的明显，没有松散的的现象发生，还是紧密的连成一个整体，凸起的地方从始至终都是黑灰色的，没有变成黄色，树脂来连接成一个整体，两种类型的复合筋在外观的变化上可以得出粘接的耐碱性具有较为明显的差异性。

3 BFRP筋潮湿混凝土环境试验

研究在两种环境下水位退化的规律，探索其在两种环境下的时间转换关系。

3.1 实验方案

此实验将BFRP筋包裹在混泥土的环境之下，如图4所示。其中混泥土的圆柱的长和直径分别为200mm和70mm，除此之外，BFRP筋要在混泥土圆柱体中心轴的位置，其保护层厚度为32mm，和普通的保护层的厚度相较不远，在浇筑混泥土之前要在其两端的锚固段的地方用无缝的钢管在其内注入环氧树脂来进行锚固，从而保护锚固段的筋材，并涂上防水层来隔绝腐蚀，但混凝土圆柱的侧外面就可以不用，实验过后的试件放在60℃的自来水，待到腐蚀龄期之后，将试件的混凝土除去，进行相应的拉伸力学性能实验，与此同时，将其又放在相同的温度之下的碱性溶液下来对比，就此来比较在两种环境之下的BFRP筋性能的退化的不同。对于混泥土而言，其的等级为C30，平均粒径为1cm的石子，其中它的牌号为P.Ⅱ.42·5。且成分的配比为石子：砂：水：水泥=1158：623：200：416n

3.2 实验结论

具体如表2和图5所示。

在腐蚀后的30d后，由表可知A组和B组BFRP筋的强度下降分别是45.1%和49.1%，由此可以得出，其实A和B在开始之前它们的下降强度是差不多的，当筋材腐蚀到60d的时候，A和B的强度都下降到了49.0%和59.7%，而最后到达到90d的时候，A和B组的筋强度分别达到了50.8%和66.5%，就此我们便知道了在两种环境之下随着腐蚀时间的增加，其强度下降的比列也会随之增大，且B组下降的更为的厉害，这主要的原因是A组是被包裹在混凝土之中，从而降低了其表面的纤维松散性，减少了和空气的接触，导致了其内层的腐蚀变得尤为的困难，但由于B组的处理方式和A组有本质上的不同，B组是被直接浸泡在碱性溶液之中，那么这便会使得其表面的的树脂粘接层失去，在和溶液的作用之下，更容易使得腐蚀介质从BFRP筋的松散处进入，并对其内层进行腐蚀，像这种现象在腐蚀的后期就表现的尤为的突出。

4 结语

通过研究2种不同的树脂基体来探索BFRP筋的耐腐蚀性性能，除此之外，将同种筋材放置在两种不同的碱性环境之下，由此得出了如下结论：

在600C的的碱性溶液下，两种类型的筋材强度都有所下降，且BV筋相对于BE筋下降的要大的多，由此可以得出，环氧树脂基体[5]的耐碱性能要比乙烯基酯树脂基体[6]复合筋抢的多，即使两者的强度都有所下降，他们的弹性模量[7]一般都是在5%的范围以内浮动，从此便得出了在筋材的内部未被腐蚀的部分依然保留着原先的力学性能。在实验的过程中，在观察两种BFRP筋断面时可知，BV筋比BE筋的同期强度保留率要高，即使BV筋没有纤维松散和腐蚀区分界，然而在截面处有明显的纤维和树脂交接处的粘性性能[8]的退化，从而使得其筋材的强的有明显的下降。

参考文献

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