随着海洋强国战略的实施,海洋及港口建筑物和构筑物将成为新的建设热点,采用传统的钢筋混凝土结构应用于海洋工程,不仅增加建设工期与成本,而且还会加剧天然砂石资源与淡水资源的消耗。采用玄武岩纤维增强复合材料(Basalt fiber reinforced polymer bar,BFRP)筋增强海水海砂混凝土建设海洋工程结构,既能从根本上避免钢筋的锈蚀问题,又解决了淡水与河沙资源匮乏问题。但在强碱环境下(如海水海砂混凝土内环境),玄武岩纤维会发生刻蚀、树脂-纤维界面粘结退化,导致BFRP筋的长期性能严重退化,引起BFRP筋增强海水海砂混凝土结构的耐久性问题。目前关于BFRP筋耐久性能的研究,绝大部分是(通过实验室加速老化试验)将BFRP筋直接浸泡在碱溶液中来模拟其在混凝土的内部环境,这类试验方法难于反映真实海水海砂混凝土内部碱度的动态变化。此外,由于耐久性试验耗时长、成本高,迄今为止国内外缺乏针对在实际海洋环境下BFRP筋长期性能的试验报道。针对上述研究不足,本研究以海水海砂混凝土包裹的BFRP筋为对象,开展实验室加速老化和实际暴露环境下的耐久性试验,探讨了海水海砂混凝土内BFRP筋在海洋服役环境下的长期性能。以溶液环境(碱溶液、人工海水和纯水)、温度(常温、40°C和60°C)和海水海砂混凝土包裹厚度为变量,通过实施不同时间尺度的加速老化试验,明确了海水海砂混凝土内BFRP筋宏观力学性能(拉伸强度、拉伸模量、层间剪切强度和横向剪切强度)的退化规律,结合微观测试技术(SEM、FTIR和DMTA),阐释了海洋环境下海水海砂混凝土内BFRP筋的退化机理。在此基础上,采用Arrhenius公式建立了BFRP筋服役寿命的预测模型,并结合典型亚热带海洋环境下(湛江港暴露试验站)的暴露试验数据,提出了实验室加速与实际服役环境的等效关系。主要的研究内容与结论如下:(1)开展实验室加速老化条件下海水海砂混凝土内BFRP筋的长期力学性能试验。分析在不同溶液环境、温度和海水海砂混凝土包裹厚度变量下海水海砂混凝土内BFRP筋的拉伸性能退化规律。研究结果表明:实验室加速老化条件浸泡一年半后,BFRP裸筋在碱溶液环境下的退化速率要远远大于海水和纯水环境。在常温纯水环境浸泡540天后,BFRP裸筋、SWSSC10和SWSSC20试件的拉伸强度保留率分别为79.1%、61.5%、和38.8%。潮湿混凝土内的孔隙液是导致海水海砂混凝内BFRP筋发生长期性能退化的主要因素,随着海水海砂混凝土包裹厚度增长,BFRP筋的劣化程度更严重。(2)研究实验室加速老化条件下海水海砂混凝土内BFRP筋的层间性能退化情况,分析在不同溶液环境、温度和海水海砂混凝土包裹厚度变量下海水海砂混凝土内BFRP筋的层间剪切强度和横向剪切强度退化规律。研究结果表明:海水海砂混凝土内BFRP筋的层间剪切强度退化速率要远远高于横向剪切强度,说明海水海砂混凝土内BFRP筋力学性能的退化是由于纤维与树脂的界面和纤维在腐蚀环境中严重退化而导致的,FTIR结果表明在老化过程中玄武岩纤维相对于树脂受到的侵蚀更为显著。(3)BFRP筋-海水海砂混凝土界面在高温环境浸泡后衍生出白色胶凝物质,采用FTIR分析衍生白色胶凝物质的原因。研究结果表明:该物质很可能是玄武岩纤维在高温潮湿混凝土内部环境下发生碱骨料反应生成的碱硅酸凝胶体。(4)开展实际海洋环境下海水海砂混凝土内BFRP筋的长期性能试验,并对比实验室加速老化条件下的测试结果。研究结果表明:实际海洋环境下BFRP筋的拉伸强度、层间剪切强度和横向剪切强度退化速率均要低于实验室加速老化环境,归因于实验室浸泡环境下存在海水海砂混凝土碱性物质的析出,导致溶液的p H值较高,对纤维与树脂界面和树脂基体造成持续性的侵蚀。(5)采用Arrhenius公式对海水海砂混凝土内的BFRP筋进行长期性预测,并将预测结果与实际海洋环境下的测试结果进行对比,提出实验室加速与实际服役条件下的等效关系。研究结果表明:SWSSC10和SWSSC20试件在实验室加速老化环境下的预测结果与实际服役环境存在的等效时间关系值分别为1.79和1.69。(6)预测普通混凝土和海水海砂混凝土内BFRP筋的长期寿命。研究结果表明:在混凝土包裹厚度较小时,海水海砂混凝土内BFRP筋的长期寿命要高于普通混凝土,归因于海水海砂混凝土内部碱环境在水化反应后发生变化导致的。但随着混凝土包裹厚度的增加,海水海砂混凝土内BFRP筋的长期寿命却要低于普通混凝土,则是因为包裹厚度越大,所含的盐、碱物质越多,导致BFRP筋持续暴露在高浓度盐碱环境中。