CFRP加固钢筋混凝土柱的阴极保护机制研究
结题报告
批准号:
51578428
项目类别:
面上项目
资助金额:
69.0 万元
负责人:
李杉
依托单位:
学科分类:
E0806.工程建造与服役
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
王天稳、方梅、蔡新华、郭小峰、张清江、李伟捷、梁鸿骏、李莎、刘纯
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中文摘要
由于CFRP具有良好的导电性能和耐腐蚀性,将CFRP用于加固混凝土柱同时兼作阴极保护的阳极材料,实现补强加固和阻止钢筋锈蚀的双重目的。其思路是采用导电性胶把CFRP粘贴到混凝土柱表面,CFRP作为阳极,钢筋作为阴极,通过外部直流电源设备给钢筋持续施加一定密度的电流从而使得在钢筋上的阳极反应降低到最小程度,抑制钢筋的锈蚀;同时,CFRP约束作用能显著提高柱承载力和抗震性能,充分发挥CFRP的优点。本项目采用溶液共混法将纳米石墨片添加到聚合物基体中制备导电胶粘剂,系统研究不同纳米石墨片掺量对导电胶导电性能、力学性能、粘接性能和耐久性能的影响规律;确定能满足加固和阴极保护用导电胶的合理配比。在此基础上,研究采用导电胶粘贴CFRP加固混凝土柱的阴极保护特性,分析极化电阻、电荷转移电阻等参数的变化规律,钢筋表面锈蚀产物的物相组成和钢筋/混凝土界面形貌,揭示CFRP加固混凝土柱的阴极保护机制。
英文摘要
Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) used for strengthening RC column is also used as an anode of cathodic protection because of their excellent electrically conductive. The aim of this design can achieve strengthening as well as protection of steel rebar. The CFRP bonded onto the RC column used conductive adhesive is used as anode. The reinforcing steel rebar is used as cathode. An external DC power is used to impress the constant required for the cathodic protection. The CFRP wrapped RC column can improve both load capacity and seismic performance. Graphite nanoPlatelets (GNPs)/epoxy adhesive composite is prepared by liquid mixing method. The electrical conductivity, mechanical properties and durability performance of GNPs/epoxy adhesive composite are investigated with a series of tests, the effect of GNPs content on electrical conductivity, mechanical properties and durability are analyzed, and optimal design is determined. Polarization resistance, charge transfer resistance and the half-cell potential of steel are reported as metrics of performance of the samples. X-ray diffraction (XRD) combined with scanning electron microscopy (SEM) is applied for microstructural analysis of corrosion products and steel/concrete interface. Mechanism of cathodic protection for CFRP wrapped around RC column is explored.
由于CFRP具有良好的导电性能和耐腐蚀性,将CFRP用于加固混凝土柱同时兼作阴极保护的阳极材料,实现补强加固和阻止钢筋锈蚀的双重目的。其思路是采用导电性胶把CFRP粘贴到混凝土柱表面,CFRP作为阳极,钢筋作为阴极,通过外部直流电源设备给钢筋持续施加一定密度的电流从而使得在钢筋上的阳极反应降低到最小程度,抑制钢筋的锈蚀;同时,CFRP约束作用能显著提高柱承载力和抗震性能,充分发挥CFRP的优点。.本项目采用原位聚合法将超导电炭黑添加到环氧树脂基体中制备兼具高强度和优异导电性能的导电胶粘剂,系统地研究了不同超导电炭黑掺量对导电胶粘剂的导电性能、力学性能、粘接性能和耐久性能的影响规律。结果表明炭黑/环氧树脂的渗流阈值为4%,考虑到长期阴极保护作用下对导电胶的影响,最终确定炭黑掺量为7%,体积电阻率达到4.90×102Ω·m,炭黑/环氧树脂/碳纤维布复合材料的抗拉强度达到3147MPa。确定能同时满足工程加固和阴极保护用导电胶的合理配比。在此基础上,研究采用导电胶粘贴CFRP加固混凝土柱的阴极保护特性,通过分析其半电池电位、腐蚀电流密度、噪声电阻、电荷转移电阻等电化学参数的变化规律、钢筋表面锈蚀产物的物相组成和钢筋/混凝土界面形貌,结果表明本项目的提出的阴极保护法能够显著降低钢筋的腐蚀速率,降低幅度可以达到51.8%,其腐蚀电流能量密度图和微观损伤分析显示该阴极保护法对钢筋表面的均匀腐蚀和孔蚀现象均有显著改善,揭示CFRP加固混凝土柱的阴极保护机制。.本项目首次将工程结构加固和阴极保护技术相结合,不仅发挥了现有的碳纤维布加固混凝土技术优点,实现混凝土结构的补强加固;同时充分利用了碳纤维布导电性好、电极电位高的电化学特性,在不需要额外阳极材料的情况下,有效防止钢筋锈蚀,节约成本,简化施工。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Durability of CFRP Strengthened Steel Plates Under Wet and Dry Cycles
CFRP增强钢板在干湿循环下的耐久性
DOI:10.1007/s13296-018-0009-y
发表时间:2018-04
期刊:International Journal of Steel Structures
影响因子:1.5
作者:Li Shan;Hu Jiyue;Lu Yiyan;Liang Hongjun
通讯作者:Liang Hongjun
Active and passive protection of steel reinforcement in concrete column using carbon fibre reinforced polymer against corrosion
使用碳纤维增强聚合物对混凝土柱中的钢筋进行主动和被动保护以防止腐蚀
DOI:10.1016/j.electacta.2018.05.037
发表时间:2018-07-10
期刊:ELECTROCHIMICA ACTA
影响因子:6.6
作者:Lu, Yi-yan;Hu, Ji-yue;Tang, Wen-shui
通讯作者:Tang, Wen-shui
DOI:10.13245/j.hust.170621
发表时间:2017
期刊:华中科技大学学报(自然科学版)
影响因子:--
作者:李杉;严博;卢亦焱
通讯作者:卢亦焱
Reliability Study on FRP Composites Exposed to Wet-Dry Cycles
干湿循环下 FRP 复合材料的可靠性研究
DOI:10.3390/app8060892
发表时间:2018
期刊:APPLIED SCIENCES-BASEL
影响因子:2.7
作者:Liang Hongjun;Li Shan;Lu Yiyan;Yang Ting
通讯作者:Yang Ting
Combined Effects of Environmental Conditioning and Sustained Load on Mechanical Properties of Wet Lay-Up Fiber Reinforced Polymer
环境条件和持续载荷对湿法成型纤维增强聚合物机械性能的综合影响
DOI:--
发表时间:2017
期刊:Polymer
影响因子:4.6
作者:Li Shan;Hu Jiyue;Ren Huitao
通讯作者:Ren Huitao
FRP网格/高延性地聚合物加固锈蚀RC柱设计理论研究
  • 批准号:
    52378259
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    李杉
  • 依托单位:
氯盐环境下地聚合物/纤维网格加固混凝土梁的力学与耐久性能综合提升机制研究
  • 批准号:
    52078391
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    李杉
  • 依托单位:
纤维复材网格增强水泥基复合材料加固锈蚀钢筋混凝土梁受力性能研究
  • 批准号:
    51778507
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    李杉
  • 依托单位:
多因素复合作用下FRP加固RC梁耐久性试验与时变可靠度研究
  • 批准号:
    51108355
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    李杉
  • 依托单位:
国内基金
海外基金