高温作用后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能试验研究

为了研究高温后玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与海水珊瑚混凝土的残余粘结性能,对54个GFRP筋珊瑚混凝土试件及钢筋珊瑚混凝土对比试件进行了高温作用后的中心拔出试验,最高温度为350℃,混凝土强度等级考虑C20～C30。观察了高温后试件的表观变化及粘结破坏形态,获取了各试件的粘结-滑移曲线、粘结强度、粘结刚度和峰值滑移量,分析了不同温度、GFRP筋直径、海水珊瑚混凝土强度等因素对高温后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能的影响。基于烧失率和XRD分析,剖析了GFRP筋海水珊瑚混凝土的高温劣化机制。最后,提出高温后GFRP筋与珊瑚混凝土的剩余粘结强度计算式和粘结-滑移本构模型。研究结果表明：高温作用后,尽管GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结破坏形态与常温相似,GFRP筋的碳化和珊瑚混凝土的分解使得二者界面发生显著劣化;随着温度的提高,GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结强度逐渐降低,峰值滑移量增大;GFRP筋直径越小,高温后的剩余粘结强度和剩余粘结刚度越小;珊瑚混凝土强度等级越高,剩余粘结刚度越大,峰值滑移量越小。所提出的高温后GFRP筋与珊瑚混凝土剩余粘结强度和粘结-滑移本构关系计算结果与试验结...     

海水浸泡对FRP筋-珊瑚混凝土粘结性能的影响

开展了30℃海水浸泡条件下玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）筋、碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）筋与珊瑚混凝土粘结性能的试验研究,分析了纤维增强树脂基复合材料（FRP）筋-珊瑚混凝土粘结滑移曲线特征、破坏形态及粘结强度变化。试验结果表明,海水浸泡后FRP筋力学性能和粘结性能均表现为不同程度的降低。随浸泡时间增加,GFRP筋表层树脂与纤维间的孔隙率明显增大,并逐渐出现脱粘现象,纤维本身遭受到侵蚀,而CFRP筋仅表面基体有少许损伤,其耐久性明显优于GFRP筋;FRP筋-珊瑚混凝土粘结强度呈现出先增加后减小的趋势,且后期下降速率逐渐变小,部分GFRP筋-珊瑚混凝土试件的破坏模式逐渐由筋被拔出转变为筋材断裂;增加保护层厚度能有效地减缓海水对GFRP筋的侵蚀,有利于保持GFRP筋-珊瑚混凝土间的粘结性能。     

人工海水环境下GFRP筋受压性能试验研究

该文开展了人工海水环境下GFRP(玻璃纤维增强塑料)筋(玻璃纤维增强塑料筋)持续浸泡及干湿循环腐蚀试验,探讨研究了两种腐蚀方式对GFRP筋受压力学性能的劣化机理。研究结果表明:试件抗压强度随浸泡时间和干湿循环次数的增长基本呈线性下降;干湿交替循环腐蚀作用对GFRP筋受压性能的影响大于单纯氯盐溶液浸泡腐蚀;与碱溶液浸泡腐蚀数据对比可知,相同腐蚀条件下,碱溶液环境对GFRP筋抗压性能的劣化较氯盐溶液更为严重。     

高应力重复加卸载下GFRP筋与混凝土的粘结性能

对20 个GFRP 筋标准拔出试件进行了单调静力加载和高应力重复加卸载的粘结性能试验, 考察了粘结强度、加载端滑移量、粘结刚度及滞回耗能的变化规律。研究结果表明, GFRP 筋的粘结性能在等幅(Δτ=017τu ) 应力循环下表现不稳定, 在变应力幅重复加卸载下, 粘结强度衰减较为明显, 得到的包迹线和共同点曲线与单调静力加载τ s 曲线形状基本一致, 同一滑移量下共同点曲线上的粘结应力与包迹线上的粘结应力比值在0150～0. 75 变化。重复加卸载下GFRP 筋肋的损伤程度比单调静力加载下的情况更为严重, 混凝土界面没有发现劈裂裂纹。从滑移量、能量耗散和刚度衰减变化情况来看, 加载历史和损伤累积状态对这些变量的影响最为明显。      

GFRP带肋筋粘结性能试验研究

利用拉拔试验,研究玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋与混凝七的粘结性能,确定GFRP带助筋的最佳外形,构建GFRP带肋筋与混凝土的粘结滑移本构关系模型.试验变量包括筋直径、肋间距和肋高度.试验结果表明:GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度显著提高;粘结强度随GFRP带肋筋直径的增大而降低;试件的破坏形式为GFRP带肋筋肋间混凝土的剪切破坏,以及肋表面的轻微磨损;不同的肋参数,如肋间距、肋高度等,对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著.通过对试验数据的分析可得,机械咬合力是GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度的主要组成部分;剪切滞后现象反映了直径对GFRP筋粘结性能的影响;楔块效应反映了肋参数对GFRP筋粘结性能的影响;GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍,最佳肋高度为筋直径的6%,此结果可为GFRP带肋筋的规模化生产及工程应用提供理论依据;新构建的粘结滑移本构关系模型能较好地反映GFRP带肋筋的受力全过程.     

火灾高温后混凝土内GFRP筋剪切性能退化试验与理论

为研究火灾高温后混凝土内玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋材的剪切性能，选取了100℃、150℃、200℃、300℃、350℃、400℃、500℃、650℃及800℃共9个温度工况，对混凝土内GFRP筋进行了高温作用及水平剪切试验；结合本试验及已有相关试验结果，对高温后混凝土内GFRP筋水平剪切强度预测方法进行了探讨。试验及分析结果表明：300℃高温以内，混凝土内GFRP筋表面温度存在滞后现象，其高温劣化程度明显低于裸筋，剪切强度退化也较缓慢；随着温度超过300℃及混凝土表面裂缝不断发展，内部GFRP筋受高温侵蚀逐步加大，剪切强度出现急剧下降，并出现与裸筋相似的退化规律；在300℃(接近树脂热分解温度)高温下，GFRP筋剪切强度随恒温时间的增加而线性下降，恒温1～3 h时其剪切强度保留率从76.4%降为46.5%。结合双曲正切函数模型，建立了高温后混凝土内GFRP筋水平剪切强度预测模型，其预测值与试验值吻合较好。最后，以剪切强度保留系数0.7为基准，给出了不同保护层厚度下GFRP筋的耐火时间预测值，供工程应用参考。     

高温后CFRP筋及其粘结式锚固系统的力学性能

为明确高温后碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋材及其粘结型锚固系统的力学性能,以筋材的处理温度为试验参数,完成了12个筋材试件的轴向拉伸试验;以粘结式锚具的处理温度和粘结长度为试验参数,完成了36个试件的锚固性能试验。结果表明:对于筋材轴向拉伸试件,处理温度为100℃时,筋材静力性能与常温试件相比未发生明显变化,筋材经历200℃和300℃温升作用后,其抗拉强度、弹性模量和极限拉应变较常温试件分别下降了6.4%、8.2%、3.8%和16.6%、18.3%、8.3%;对于锚固性能试验,试件的粘结强度随处理温度和粘结长度的增加而降低,粘结长度一定时,处理温度为200℃与300℃试件的粘结强度较常温试件分别下降了31.5%~36.3%和44.2%~47.4%。建立了适于分析高温后CFRP筋轴向拉伸性能、粘结型锚固系统粘结强度及临界锚固长度的实用计算公式,且具较高精度。      

复合微胶囊填充型环氧树脂自修复复合材料的老化性能

采用浇注成型法制备新型环氧树脂-脲醛树脂@2-甲基咪唑复合微胶囊(E-51-UF@2-MI复合微胶囊)/环氧树脂自修复复合材料,研究湿热老化(65℃去离子水)、化学腐蚀(40%硫酸溶液、40%氢氧化钠溶液)、395nm紫外线老化对新型自修复复合材料拉伸强度、弯曲强度和自修复性能的影响。结果表明,新型自修复复合材料在65℃去离子水中浸泡8h后,吸湿率达到稳定状态,最大吸湿率为0.15%;在40%硫酸溶液中浸泡4d,拉伸强度和弯曲强度最小损失率分别为25.7%和21.6%;在40%氢氧化钠溶液中浸泡5d,拉伸强度和弯曲强度最小损失率分别为22.5%和19.8%;经紫外线老化4d,拉伸强度和弯曲强度最小损失率分别为26.1%和46.1%;在40%硫酸溶液和395nm紫外线老化条件下,修复率呈现下降趋势,而在40%氢氧化钠溶液腐蚀条件下,其修复率先略有上升后不断下降。自修复性能下降原因在于:基体老化、微胶囊老化,以及微胶囊与基体的脱离。     

玻璃纤维增强复合材料筋肋参数优化试验研究

利用拉拔试验对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)带肋筋与混凝土的粘结性能进行试验研究,并对筋的肋参数进行优化。自行设计了 30种不同肋参数的GFRP带肋筋,试验变量包括筋直径、肋高度和肋间距。在此基础上,制作了90个标准拉拔试件,分别测试了 GFRP带肋筋的粘结强度和加载端滑移,得到了相应的粘结-滑移曲线;根据肋参数的优化准则对各种GFRP带肋筋的粘结-滑移曲线进行分析,确定GFRP带肋筋的最佳肋参数。试验结果表明:肋参数对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著;GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍,最佳肋高度为筋直径的6 %,即最佳肋高度与最佳肋间距的比值为0.06。      

氯盐干湿环境下TRC与老混凝土的界面特性研究

采用双面剪切的加载方式研究了氯盐干湿循环对纤维编织网增强混凝土(Textile reinforced concrete,TRC)与普通硅酸盐混凝土界面性能的影响,并通过SEM(Scanning electron microscope)技术探究了氯盐干湿循环作用下界面的微观结构。研究发现:氯盐干湿循环下,TRC与老混凝土界面微观结构会损伤劣化;与连续氯盐浸泡相比,氯盐干湿循环对界面粘结性能的影响较大;相同干湿循环次数下,加固界面的粘结强度随着氯盐溶液浓度的增加而降低;相同氯盐溶液浓度下,加固界面的粘结强度随着循环次数的增加而降低。     

GFRP开孔板连接件双剪试验及受剪承载力计算

玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)开孔板连接件是GFRP-混凝土组合梁中一种常用的抗剪连接件。开展了5组共15个GFRP开孔板连接件试件的双剪试验,试验参数包括与GFRP开孔板连接件粘结的GFRP型材接触面打磨深度(0.5 mm/1.0 mm)、孔中横向贯通GFRP筋(无/配置)、贯通GFRP筋直径(9.5 mm/13.0 mm)和混凝土强度等级(C30/C50)。试验表明：打磨深度0.5 mm和1.0 mm的试件分别发生开孔板与GFRP型材之间的粘结层破坏和板肋剪切破坏,孔中横向贯通GFRP筋和混凝土榫均完好;开孔板连接件的剪力-滑移曲线可分为微滑移段和滑移段;与打磨深度0.5 mm开孔板连接件相比,相应的打磨深度1.0 mm开孔板连接件的受剪刚度较高;配置横向贯通GFRP筋、提高混凝土强度可显著提高开孔板连接件的受剪刚度;打磨深度1.0 mm开孔板连接件受剪承载力比相应的0.5 mm开孔板连接件高44.82%,配置横向贯通GFRP筋的开孔板连接件受剪承载力比相应的未配置横向贯通筋的开孔板连接件高20%左右,而横向贯通GFRP筋直径和混凝土强度对开孔板连接件受剪承载力的影响不显著。...     

GFRP筋橡胶集料混凝土梁受弯性能

为提高纤维增强聚合物复合材料(FRP)筋混凝土梁抗裂性能,改善其脆性破坏特征,将玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与橡胶集料混凝土共同应用于梁构件中。采用ABAQUS对GFRP筋橡胶集料混凝土梁的受弯性能进行有限元模拟及参数分析,探究了橡胶掺量、GFRP筋配筋率、混凝土强度等级及截面高度对梁受弯性能的影响。结果表明:增加混凝土中橡胶颗粒的掺量可提高梁的开裂荷载,当橡胶掺量为15%时,开裂荷载提高了29%;增加配筋率可提高梁的开裂荷载和承载力,当受拉筋直径由10 mm增加至18 mm时,橡胶掺量为10%的GFRP筋橡胶混凝土梁开裂荷载提高了约15%,承载力提高了约85%,但配筋率增加至一定数值后,其影响不再明显;提高橡胶混凝土强度等级,可提高梁的开裂荷载及承载力,当橡胶混凝土强度等级由C25提高至C40时,开裂荷载提了高约53.7%,承载力提高了约23%;为更好地满足正常使用极限状态,GFRP筋橡胶混凝土梁的截面高度宜适当增加。      

碱环境下不同应力水平GFRP筋抗拉性能试验

基于ACI 440.3R-04规定的试验方法,对60 ℃碱环境下应力水平分别为0、25%和45%的玻璃纤维塑料（GFRP）筋的抗拉性能进行了试验研究。试件数量共90根,侵蚀时间分别为3.65、18、36.5、92、183天。采用SEM对腐蚀前后GFRP筋的微观形貌进行了观测,发现碱溶液造成了GFRP筋内部结构致密性的降低,且随着应力水平的增加,其降低愈发明显。在60 ℃碱溶液中侵蚀183天后,应力水平为0和25%的GFRP筋的抗拉强度分别下降了48.81%和55.56%,而弹性模量仅分别下降了5.47%和5.73%,应力水平为45%的GFRP筋则出现了断裂现象。GFRP筋的吸湿试验表明,OH^-离子在GFRP筋中的扩散过程符合Fick定律。在分析了应力水平、侵蚀时间等参数对GFRP筋抗拉性能影响的基础上,基于Fick定律提出了碱环境下带应力GFRP筋抗拉强度的退化模型。     

分布式OFBG-GFRP传感筋在粘结性能试验中的应用

提出了一种新的利用分布式OFBG-GFRP智能传感筋研究GFRP筋与混凝土之间粘结特性的方法.在OFBG-GFRP的拉挤过程中,多个串连的光栅随同母材,即GFRP筋一同拉挤成型.早期的性能试验表明OFBG-GFRP筋不仅可以作为优良的增强材料使用,还具有理想的和稳定的传感特性.对3个带有OFBG-GFRP筋的混凝土粘结试件进行了直接拔出试验,在试验中自动记录了3个试件中的14个光栅的波长变化数据,这些数据连同记录的拔出力水平一起用来研究GFRP筋与混凝土之间的粘结性能.分析结果表明,GFRP筋与混凝土之间的粘结应变沿埋置深度基本呈现倒三角分布,且随着拔出力的增大,粘结应变分布也发生较为明显的变化,记录的光栅数据也很好地印证了试验过程中发生的试验现象.试验表明,所提方法可以在不影响FRP筋与混凝土之间粘结性能的情况下展开研究.     

温度老化对GFRP/BFRP筋残余弯曲性能的影响

对玻璃/玄武岩纤维增强复合材料(GFRP/BFRP)筋材在温度老化作用后的弯曲性能进行了试验研究,重点探讨了不同作用温度及恒温时间对不同直径的两类FRP筋材的弯曲性能影响特性,同时采用扫描电子显微镜(SEM)对温度老化作用后部分GFRP/BFRP筋的微观结构变化及损伤机理进行了分析.试验与分析结果表明:(1)温度老化作用后GFRP/BFRP筋材弯曲强度与最大应变随作用温度升高均呈阶段性下降的趋势,而弯曲弹性模量无明显退化,其保留率均在90％以上;(2)温度老化作用后直径较大的GFRP筋材的弯曲性能退化更为明显;且G12筋的弯曲性能保留率退化曲线均高于B12筋,说明BFRP筋的弯曲性能对温度作用更为敏感;(3)在270℃高温环境下,GFRP/BFRP筋弯曲性能随着恒温时间的延长均呈现线性下降趋势;(4)结合试验结果和SEM微观结构分析,可认为造成温度老化作用后两类FRP筋弯曲强度退化的主要原因是纤维与树脂基体间协同工作效果和纤维-树脂基体界面性能的显著降低.最后,结合本试验结果,给出了500℃以内温度老化作用后GFRP/BFRP筋材弯曲强度退化的计算模型以及线性插值预测方法,便于实际工程应用.     

GFRP筋与自密实混凝土黏结性能的试验研究

为了研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与自密实混凝土(SCC)的黏结性能,制作了66个GFRP/SCC试件进行中心拉拔试验,研究SCC混凝土保护层厚度、GFRP筋直径和黏结长度以及SCC中添加纤维种类等因素对两者黏结性能的影响,并对试件的破坏形式进行分析。结果表明:试件主要出现了三种破坏形式,即劈裂破坏、拔出破坏、拔出带缝破坏;通过电镜扫描发现SCC浇筑方向对GFRP筋与SCC黏结界面的结构有一定影响,GFRP筋上部界面与SCC黏结更紧密。当SCC保护层厚度由4D增大至7D时,黏结强度提高了约44.05%;当GFRP筋黏结长度由5D增大至15D时,黏结强度降低了约65.43%;当GFRP筋直径由12 mm增大至16 mm时,黏结强度降低了约22.57%;SCC中添加聚丙烯纤维、钢纤维、聚丙烯纤维+钢纤维的试件黏结强度比不添加纤维的试件黏结强度分别提高12.80%、15.16%、15.09%。可以通过适当增加SCC保护层厚度、在SCC中添加纤维等措施来提高GFRP/SCC试件的黏结强度。      

硫酸环境作用下粉煤灰混凝土性能劣化时变规律

为了评价硫酸腐蚀对粉煤灰混凝土的性能劣化程度,研究了粉煤灰掺量(0%、20%、30%、40%)、酸液pH值(2、4)与干湿循环腐蚀对混凝土质量损失、抗压强度以及酸性化腐蚀深度的影响。通过回归分析,建立了质量损失与强度变化规律演化方程,基于Fick第一定律,求解了酸性化速度系数。结果表明:掺入20%粉煤灰的混凝土抗硫酸腐蚀性能最佳;混凝土性能的劣化随着腐蚀龄期的延长、pH值的降低而增大,硫酸—干湿循环耦合腐蚀对混凝土性能的劣化程度高于硫酸溶液浸泡腐蚀;硫酸环境下混凝土质量损失与强度变化规律的时变方程可用一元三次方程Δy=A0+A1t+A2t2+A3t3进行表征;酸性化速度系数K与粉煤灰掺量、硫酸pH值呈指数关系。     

离子基团对PBO 纤维的表面性能及其界面粘结性能的影响

PBO 作为增强纤维存在与环氧树脂基体界面粘结性能差的问题。通过在聚合过程中添加少量5-磺酸钠2间苯二甲酸部分替代对苯二甲酸与4 , 6-二氨基间苯二酚盐酸盐进行共聚, 合成了大分子链上含有离子基团的SPBO 共聚物, 并制得SPBO 初生纤维。通过接触角测试和XPS 研究了纤维的表面性能, 通过微脱粘实验和SEM评价了纤维与环氧树脂基体的界面粘结性能。结果表明: 与PBO 纤维相比, SPBO 纤维表面浸润性能提高, 表面含氮、氧量均增加, 与环氧树脂的界面剪切强度从8. 2 MPa 提高到10. 1 MPa , 提高了23 %。      

化学处理和吸湿水对剑麻纤维及其与树脂界面性能的影响

使用KMnO₄、NaOH、阻燃剂、硅烷对剑麻纤维进行表面处理。采用单丝拉伸和微脱粘方法分别测试了剑麻纤维的拉伸性能及其与改性丙烯酸酯、环氧树脂的界面性能,考察了吸湿水对剑麻纤维表面形貌、拉伸性能及其与树脂界面粘结的影响,分析了相应的破坏模式。结果表明,经过表面化学处理后剑麻纤维的拉伸强度和模量均有不同程度的下降,其中经KMnO₄和硅烷处理后,纤维拉伸强度下降了44%,经NaOH处理后其拉伸强度降低了27%,阻燃剂处理对剑麻性能的影响不明显。表面化学处理还会降低剑麻纤维与改性丙烯酸酯的界面粘结强度,其下降的幅度与纤维拉伸强度下降程度不一致,阻燃剂处理的剑麻/改性丙烯酸酯的界面强度最低,仅为2.0 MPa,较未处理剑麻纤维复合体系下降了80%。经硅烷处理后,剑麻纤维的吸水率下降,吸水后其拉伸性能保留率高于未处理剑麻纤维。湿态条件下未处理剑麻纤维与环氧树脂的界面强度为6.6 MPa,高于硅烷处理剑麻/环氧树脂的界面强度,其断口形貌表明硅烷处理可导致微纤之间的弱粘结,从而降低了剑麻纤维自身及其与树脂的界面性能。     

水性环氧乳化沥青桥面防水粘结层的性能研究

为保证粘层材料具有足够的力学强度、防水性能以及与铺装层较好的变形协调能力,研制了一种高粘结水性环氧乳化沥青防水粘层材料.制备4种不同环氧掺量的粘层材料,试验研究-15,0,25,50,70℃5种温度下粘层材料试件的拉拔、剪切以及断裂拉伸等力学性能的变化规律,并对比分析了水性环氧乳化沥青、乳化沥青稀浆封层、AC-5沥青砂和4.75 mm同步碎石4种常用防水粘层材料的渗水性能.结果 表明:环氧树脂含量对水性环氧乳化沥青粘层材料的断裂拉伸性能、剪切和拉拔性能影响显著,低环氧树脂掺量的粘层材料对温度敏感程度更高,且随着试验温度的升高其力学性能逐渐降低.层间界面的材质和粗糙程度对粘结效果影响较大,新粘层材料用于沥青混凝土和水泥混凝土界面的粘结效果明显优于钢质材料的界面粘结,拉拔强度提高3倍,剪切强度提高1倍.在70 cm水头高度下测试水性环氧乳化沥青粘层材料不渗水,明显优于其他3种材料的渗水性能.开发的高粘结水性环氧乳化沥青防水粘层材料具有良好的力学性能和抗渗水性.