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高抗海水侵蚀玄武岩纤维筋

增强地质聚合物混凝土结构及其应用

杨永民，杨智诚

仲恺农业工程学院

在21世纪海上丝绸之路和南海岛礁建设的推动下，我国海洋工程建设规模空前。而海洋环境下传统钢筋混凝土存在水化产物腐蚀、钢筋锈蚀等问题，严重影响海洋工程结构的长期耐久性能。地质聚合物的反应产物与硅酸盐水泥不同，在海洋环境下稳定性高、不易腐蚀，且玄武岩纤维（Basalt-fiber reinforced polymer bars，BFRP）不存在锈蚀膨胀的问题，因此BFRP筋增强地质聚合物混凝土在海洋工程建设方面具有广阔的应用前景。

研究了海水环境下BFRP筋增强地质聚合物混凝土的粘结滑移特性和梁构件的力学性能及其时变规律，建立了基于承载力的服役寿命预测模型，并对BFRP筋地质聚合物混凝土梁的服役寿命进行了评估。遭受海水腐蚀后，BFRP筋地质聚合物混凝土梁的荷载-应变曲线分为三个阶段，弹性阶段、开裂阶段和屈服阶段，极限承载力和极限挠度虽有所下降，但均高于普通钢筋混凝土梁。基于地质聚合物混凝土与BFRP筋强度退化规律，并考虑粘结滑移效应造成的承载力损失，建立了抗弯构件的衰退模型，以66%承载力为失效临界点，预测Ф6mm和Ф8mm BFRP筋地质聚合物混凝土适筋梁的使用寿命分别为148年和92年。

图1 混凝土梁抗海水腐蚀性能试验系统

图2 海水腐蚀后BFRP筋与钢筋混凝土梁典型破坏形式/mm

图3 海水腐蚀前后地质聚合物梁与普通水泥混凝土梁力学性能对比

在广东某海堤工程中选取了1.2 km的试验段，开展了地质聚合物海砂混凝土的工程应用，重点关注了现场施工性能和温升、变形监测。与普通混凝土相比，地质聚合物混凝土快硬早强的特点更适合处于潮汐水位海堤的快速施工；地质聚合物混凝土温升较普通混凝土低，最高温升相差7℃，有利于降低海堤面板的温度收缩。

图4 海堤混凝土浇筑及监测期间的温度变化

（a）施工前

（b）施工后

图5 海堤施工前后对比

作者简介

杨永民，博士，毕业于华南理工大学材料科学与工程学院，现任仲恺农业工程学院城乡建设学院教授，校学术委员会委员，建筑节能可持续发展研究所所长，硕士生导师。曾任广东省水利水电科学研究院结构材料研究所教授级高级工程师，主任工程师。主要从事机制砂研制与推广、膨胀剂与补偿收缩混凝土、纤维筋混凝土及高性能混凝土及混凝土耐久性等方面研究工作。主持完成科研和生产项目150多项，其中包括国家重大工程1项，省重大工程3项，大型项目9项等。荣获广东省科技进步奖三等奖2项、广东省水利学会一等奖2项、中国建筑学会二等奖1项、广东省土木与建筑学会一等奖1项、广东省土木与建筑学会二等奖2项、广东省土木与建筑学会三等奖2项、广东省工程咨询奖一等奖2项、全国工程咨询三等奖1项；发表科技论文130篇，其中SCI收录6篇，EI收录7篇，核心期刊30篇，省部级期刊56篇，出版著作1部。主导申请了专利15项（授权7项），其中发明专利4项，4项实用新型专利。参与编写标准10部，其中国家级学会标准4部，省级学会标准及地方标准6部。

杨智诚，博士，毕业于广州大学土木工程学院，现任仲恺农业工程学院城乡建设学院特聘副教授，硕士生导师。主要从事智能复合材料与功能梯度材料结构分析、结构动力学与稳定性计算理论、及环境振动能量采集技术等领域研究工作，主持/参与国家自然科学基金、广东省科技计划项目、广州市科技计划项目多项；近五年发表学术论文30余篇，其中SCI收录第一/通讯作者论文20篇，获ESI热点论文1篇，ESI高被引论文4篇；申报/授权国家专利20余件，获授权日本发明专利3件，美国发明专利1件；荣获教育部科学技术进步二等奖和广州市科学进步一等奖；担任Frontiers in Materials期刊客座副主编，Engineering Structures、Archives of Civil and Mechanical Engineering、Mechanics of Advanced Materials and Structures等SCI学术期刊审稿人。