长期碱环境下GFRP筋抗压性能的尺寸效应

为研究玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋在碱环境中抗压性能的尺寸效应,对4种直径(12、19、25、41mm)的GFRP筋在40℃和80℃的碱溶液中进行加速老化试验,研究直径对试件表面形貌、破坏形态和抗压强度的影响。结果表明:侵蚀90d后,直径为12mm的GFRP筋表面变为白色,而直径分别为19、25、41mm的GFRP筋表面变为黄褐色;GFRP筋受压均因树脂基体劈裂而破坏;直径越小,抗压强度保留率越低,且温度越高,腐蚀时间越长,尺寸效应对抗压强度保留率的影响越明显。并提出了碱环境中考虑尺寸效应的GFRP筋抗压强度退化模型。     

碱环境下GFRP筋拉伸性能加速老化试验研究

基于ACI 440.3R—04规定的试验方法,开展了碱环境下玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋拉伸性能的加速老化试验研究.试件数量共150根,试验参数包括:(1)碱溶液温度,分别为40,60,80℃;(2)GFRP筋直径,包括12.7,16.0,19.0mm;(3)碱溶液中的侵蚀时间,分别为3.65,18,36.5,92,183d.研究表明:在40,60,80℃碱溶液中侵蚀183d后,直径为16.0mm的GFRP筋的拉伸强度分别下降了34.97%,48.81%和68.85%;在60℃碱溶液中侵蚀183d后,12.7,16.0,19.0mm直径GFRP筋的拉伸强度衰减量分别为56.08%,48.81%和47.08%;随着浸泡时间的增加,40,60,80℃碱环境下GFRP筋的拉伸强度及伸长率呈下降趋势,且温度越高,衰减速率越大.采用扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀前后GFRP筋的微观形貌进行了观测,发现腐蚀后GFRP筋的劣化区域内纤维和树脂之间的界面变得松散,纤维与周围树脂之间出现了明显的脱黏现象,而且随着碱环境温度的提高这种脱黏现象变得更为明显.最后,基于Arrhenius方程提出了碱环境下GFRP筋拉伸强度的预测模型.     

侵蚀环境下GFRP筋力学性能退化试验

为了研究侵蚀环境下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的力学性能退化机理,对3种不同直径的GFRP筋进行了为期半年的溶液浸泡试验。试验采用了清水、碱溶液以及盐溶液3种侵蚀环境,在浸泡不同时间后分别对筋材进行了外观检测和力学性能试验。结果表明:不同侵蚀环境下,GFRP筋的抗拉强度在碱环境中下降最多,平均为11.44%,其次是盐环境,平均为4.59%,下降最少是清水环境,平均为4.30%;GFRP筋的剪切强度在清水、盐、碱环境中分别平均下降了23.03%,18.69%,28.28%,说明侵蚀环境对其力学性能有明显的影响;在盐环境下,直径为8,12,16 mm的试样抗拉强度分别下降了3.53%,9.42%,0.82%,说明GFRP筋力学性能退化具有一定的尺寸效应;GFRP筋的剪切强度退化随浸泡时间的增加而增大,在前36 d下降较快,36 d后下降则趋于平缓。     

GFRP筋耐海水侵蚀性能研究

在60℃加速腐蚀试验条件下,将25根I型GFRP筋和25根II型GFRP筋浸泡于海水溶液中,龄期分别为1、2、3、4、6个月,研究海洋环境对GFRP筋耐久性的影响。试验表明:随龄期增长,GFRP筋的力学性能呈衰减趋势;相比于弹性模量,溶液对其抗拉强度的影响更大;6个月后两种GFRP筋的抗拉强度保持率大于80%,表现了较好的抗海水腐蚀性能,有助于解决海洋工程中钢筋易锈蚀的问题。II型GFRP筋具有更好的耐久性,建议可用于实际的海洋工程中。     

模拟混凝土碱性环境下FRP筋的耐久性

通过碱溶液模拟混凝土内部孔隙水的碱性环境,研究了碱性环境对玻璃纤维增强塑料筋(GFRP筋)和玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)的拉伸强度、拉伸弹性模量以及剪切强度、破坏形态等的影响。结果表明:碱溶液作用降低了GFRP筋的拉伸强度和剪切强度,降低程度与时间有关;GFRP筋在碱溶液中发生了后固化反应,GFRP筋的力学性能变化是碱溶液作用和后期固化程度综合影响的结果。碱溶液作用降低了BFRP筋的拉伸强度、拉伸弹性模量和剪切强度,随着碱溶液作用时间的增加,拉伸强度与拉伸弹性模量降低程度有增加的趋势。玻璃纤维和玄武岩纤维中的Si-O键在水分子和碱溶液OH-作用下断裂,树脂基体中的酯键在碱溶液中水解以及纤维和树脂之间的粘结界面性能的退化是GFRP筋和BFRP筋力学性能退化的主要原因。BFRP筋的耐碱性比GFRP筋差,文章给出了机理分析并对提高FRP筋的耐碱性提出了相关建议。     

玻璃纤维复材筋在高温氯盐环境下拉伸力学性能试验研究

玻璃纤维增强聚合物(Glass Fiber Reinforced Polymer,简称GFRP)筋作为一种替代钢筋的新型工程材料已在混凝土结构中开始使用,对高温氯盐溶液中两种基体树脂的GFRP筋在90 d浸泡周期内的腐蚀情况、破坏机理及拉伸力学性能指标的变化规律进行研究。试验结果表明,浸泡前后GFRP筋外观并无太明显的变化,质量变化均在2%之内,说明高温氯盐溶液对GFRP筋的腐蚀不大。两种基体材料GFRP筋的典型破坏形式大致相同,均为丝束状炸开的脆性破坏。在90 d的浸泡周期下,两种基体材料GFRP筋的拉伸强度变化略有不同,但强度衰减均在15%以内,且浸泡前后筋材的拉伸强度值仍可满足相关标准的要求;而弹性模量变化规律相似,高温氯盐溶液对其影响不大,模量衰减均在2%以内,且浸泡前后筋材的弹性模量值仍可满足相关标准的要求。由此可知,氯盐溶液对GFRP筋的拉伸力学性能影响不大,GFRP筋在氯盐环境的工程应用中具有良好的耐久性能。     

环氧基GFRP筋在海水海砂混凝土孔溶液环境下的损伤演化试验与模型研究

为研究环氧基玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液环境下的损伤演化机理与性能退化规律,对其进行溶液浸泡加速腐蚀、静力拉伸、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和能谱仪(EDS)等检测试验,并与相同基体的碳纤维增强聚合物(CFRP)筋进行对比分析,得到环氧基G/CFRP筋在SWSSC孔溶液中的强度和弹性模量的退化规律,对比G/CFRP筋腐蚀损伤机理,提出基于氢氧根离子蚀刻速率的损伤演化理论公式,并建立相应有限元模型。结果表明：环氧基G/CFRP筋的抗拉强度随浸泡时间和孔溶液温度的增加而降低,当FRP筋的强度保留率高于80%时,其弹性模量的保留率在95%以上;环氧基GFRP筋的腐蚀损伤主要由环氧基体交联结构的水解、界面相的失效以及玻璃纤维蚀刻引起,而环氧基CFRP筋主要发生基体和界面相的破坏,碳纤维不受腐蚀。基于氢氧根蚀刻速率的损伤模型能够较准确地预测FRP筋在SWSSC孔溶液环境下的蚀刻深度和抗拉强度。     

持续荷载作用下混凝土梁中玻璃纤维增强复合材料筋抗拉性能试验研究

通过对真实混凝土环境下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的耐久性试验,研究混凝土构件服役状态时所承受的静荷载、裂缝等因素对GFRP筋抗拉强度的影响,并与模拟混凝土孔隙水溶液碱环境下GFRP筋的抗拉强度退化率进行对比分析。试验结果表明:静荷载对混凝土环境作用下GFRP筋抗拉强度的退化有一定的影响,随着荷载的增大,筋体强度退化率也越快;GFRP筋抗拉强度退化率在有工作裂缝的混凝土试件中大于无工作裂缝混凝土环境;模拟混凝土碱环境下浸泡的GFRP筋长期力学性能退化率较快,与实际混凝土环境下GFRP筋的退化规律相比存在一定的偏差,因此,相应试验数据以及在此基础上建立的抗拉强度退化模型偏于保守。     

人工海水环境下GFRP筋抗拉性能加速老化试验

根据ASTM D665规定的试验方法,开展了40,60,80℃人工海水环境中玻璃纤维塑料（GFRP）筋抗拉性能的加速老化试验.GFRP筋试件数量共90根,直径为16mm,侵蚀时间分别为3.65,18.00,36.50,92.00,183.00d.结果表明：在40,60,80℃人工海水环境中侵蚀183.00d后,GFRP筋的抗拉强度分别下降了17.71%,24.89%和28.65%,而弹性模量仅分别下降了6.57%,4.40%和-3.77%.采用扫描电子显微镜（SEM）对腐蚀前后GFRP筋的微观形貌进行了观测,发现在GFRP筋的腐蚀劣化区域,环境温度为60℃的GFRP筋其纤维和树脂之间的界面变得松散（与环境温度为40℃筋相比）,而环境温度为80℃的GFRP筋内部则出现了孔洞.GFRP筋吸湿试验结果表明：在侵蚀初期,GFRP筋的吸湿曲线近似为线性;随着侵蚀时间的增加,吸湿曲线变缓并趋于水平;GFRP筋在人工海水溶液中的吸湿过程符合Fick定律.最后,在分析了环境温度、侵蚀时间等参数对GFRP筋抗拉性能影响的基础上,基于Fick定律提出了人工海水环境下GFRP筋抗拉强度的退化模型.     

GFRP筋混凝土柱海水环境受压性能

从新的角度和采用真实的腐蚀条件,首先通过混凝土材料在海洋环境下的腐蚀试验排除海洋环境对混凝土材料的影响,然后对玻璃纤维增强塑料（GFRP）筋体进行腐蚀试验,将不同腐蚀时间的GFRP筋进行绑扎、支模和浇筑,制作成混凝土柱并进行试验。根据相关力学试验结果,对比混凝土构件内筋体腐蚀前后其极限承载力、破坏形态以及筋体腐蚀后构件各项性能的变化情况。结果表明:人工制备的高浓度海水溶液对混凝土材料的力学性能影响不大,有必要排除混凝土保护层对传统腐蚀试验的影响;在柱内筋体受到180 d腐蚀的条件下,钢筋混凝土柱的极限承载力保留率下降到70.2%,降低了29.8%;GFRP筋混凝土柱的极限承载力保留率下降到86.5%,降低了13.5%;海水环境下GFRP筋在受压构件中具有比钢筋更好的性能优势和使用价值。     

新型玻璃纤维增强塑料砂浆锚杆的黏结性能试验研究

锚杆广泛应用于隧道、边坡、地下硐室开挖及支护工程中。通过锚杆的支护加固，岩土体的强度和稳定性能够得到显著的改善和提高。传统的钢锚杆在不良地质条件下存在锈蚀严重的缺点，给支护结构的安全性和耐久性带来严重威胁。玻璃纤维增强塑料具有轻质、高强、耐腐蚀等优良特性，是代替钢筋制作锚杆的理想材料之一。在经典拉伸试验模型的基础上，结合锚杆本身的受力特性，建立一种改进的拉伸试验模型，并且根据此试验模型，对直径分别为10，13，16mm的表面经过喷砂和缠绕纤维束处理的玻璃纤维增强塑料锚杆，以及直径为25mm的螺纹钢进行拉伸试验，试样的总数量为24组。试验采用强度等级为C60的混凝土模拟岩体，并采用强度等级分别为41．5，55．5MPa的砂浆作为锚固剂。在试验结果基础上，对玻璃纤维增强塑料锚杆的拉拔破坏模式、临界黏结长度、拉拔承载力、平均黏结强度以及与钢锚杆拉拔性能的比较进行研究讨论，对砂浆锚固玻璃纤维增强塑料锚杆的黏结性能进行系统全面的分析评价，为推广玻璃纤维增强塑料锚杆的工程应用、相关规范的制定，以及进一步研究工作提供一定数据储备和理论支持。     

模拟混凝土环境下GFRP筋抗压性能加速老化试验研究

参照ACI 440.3R-04提供的试验方法,将90根玻璃纤维增强塑料（GFRP）筋分别放入40℃、60℃和80℃的模拟混凝土溶液中进行加速老化试验,侵蚀时间分别为3.65 d、18.0 d、36.5 d、92.0 d和183.0 d,分析了温度、侵蚀时间、SiO2含量等参数对GFRP筋受压力学性能的影响。研究表明：侵蚀183.0 d后,40℃、60℃、80℃模拟混凝土环境下的GFRP筋抗压强度较侵蚀前分别下降了29.59%、39.12%和47.62%,其抗压弹性模量分别下降了10.12%、12.47%和19.06%。采用扫描电子显微镜（SEM）对侵蚀前后GFRP筋的微观形貌进行了观测,发现侵蚀后GFRP筋的劣化区域内纤维与周围树脂之间出现了明显的脱粘现象,而且随着温度的提高这种脱黏现象更加明显。采用X射线荧光光谱分析仪（XRF）分析了侵蚀前后GFRP筋的SiO2含量变化,结果表明随着侵蚀时间的增加,模拟混凝土环境下GFRP筋中SiO2含量呈递减趋势;侵蚀前GFRP筋中SiO2含量为62.11%,在40℃、60℃和80℃模拟混凝土环境下侵蚀183.0 d后,GFRP筋中SiO2含量较侵蚀前分别下降到52.05%、50.66%和47.65%。基于XRF分析提出了模拟混凝土环境下GFRP筋抗压强度的预测模型。     

GFRP管夹层灌浆修复锈蚀圆钢管T形节点受压性能研究

为研究GFRP管夹层灌浆修复锈蚀钢管节点的受压性能,改变支主管直径比、锈蚀率及修复构造,完成8个T形圆钢管节点的支管轴向受压静力加载试验。通过对主管加速锈蚀及GFRP管夹层进行灌浆修复,实测各钢管节点的破坏模式、荷载-变形曲线和荷载-应变曲线,分析节点受压承载力和初始刚度。结果表明：质量损失10%的主管锈蚀会使T形圆钢管节点受压承载力下降近20%,但未改变节点的失效模式;主管GFRP管夹层灌浆修复使锈蚀T形圆钢管节点的受压承载力提高100%左右,且较未锈蚀对比T形圆钢管节点可提高约70%;GFRP外管的约束作用是提升节点受压性能的关键,采用无约束作用的PVC外管会使灌浆层过早开裂并剥离,修复效果一般;主管焊接连接键可以增强钢管与灌浆夹层之间的锚固,其对PVC管夹层灌浆修复锈蚀节点的提升作用更明显,但对有GFRP约束修复T形圆钢管节点的贡献很小。建立并验证了各类T形圆钢管节点的有限元模型,揭示未修复节点主管塑性化变形失效机制,以及GFRP管夹层灌浆的约束作用对于锈蚀节点受压性能的提升机理。     

Investigation on compressive behavior of grout-filled GFRP tube repairing corroded CHS T-joint

为研究GFRP管夹层灌浆修复锈蚀钢管节点的受压性能，改变支主管直径比、锈蚀率及修复构造，完成8个T形圆钢管节点的支管轴向受压静力加载试验。通过对主管加速锈蚀及GFRP管夹层进行灌浆修复，实测各钢管节点的破坏模式、荷载 变形曲线和荷载 应变曲线，分析节点受压承载力和初始刚度。结果表明：质量损失10%的主管锈蚀会使T形圆钢管节点受压承载力下降近20%，但未改变节点的失效模式；主管GFRP管夹层灌浆修复使锈蚀T形圆钢管节点的受压承载力提高100%左右，且较未锈蚀对比T形圆钢管节点可提高约70%；GFRP外管的约束作用是提升节点受压性能的关键，采用无约束作用的PVC外管会使灌浆层过早开裂并剥离，修复效果一般；主管焊接连接键可以增强钢管与灌浆夹层之间的锚固，其对PVC管夹层灌浆修复锈蚀节点的提升作用更明显，但对有GFRP约束修复T形圆钢管节点的贡献很小。建立并验证了各类T形圆钢管节点的有限元模型，揭示未修复节点主管塑性化变形失效机制，以及GFRP管夹层灌浆的约束作用对于锈蚀节点受压性能的提升机理。     

玄武岩纤维耐碱性能及其网格布对混凝土的增强效应

对玄武岩纤维进行了碱蚀试验,通过比较碱蚀前后纤维的微观形貌、元素组成和分子结构,分析了其碱蚀机理,并探究了纤维在NaOH溶液中的碱蚀模型.在此基础上,对玄武岩纤维网格布增强混凝土板(BFTRC)进行了加速老化试验和弯曲试验,采用老化系数(Ac)和增强系数(Ec)评价了玄武岩纤维网格布对混凝土的增强效应.结果表明:玄武岩纤维的耐碱性能与耐碱玻璃纤维相当;碱蚀后的玄武岩纤维直径减小,其典型结构包括核心层、凝胶层和沉淀层,碱蚀过程可采用零级模型和收缩圆柱体模型来表征;玄武岩纤维网格布增强混凝土板抗弯强度和能量吸收值的老化系数和增强系数均随老化时间增加而减小,但增强系数始终大于1,尤其对于能量吸收值,其增强系数在老化14d后仍达29.00.在进行网格布增强混凝土构件设计时,需考虑因纤维网格布在混凝土基体中碱蚀引起的承载力降低系数.     

GFRP筋拉伸力学性能试验研究

GFRP筋具有较好的力学和耐腐蚀性能,被作为钢筋的替代材料应用于岩土工程等腐蚀性很强的混凝土结构中。通过GFRP筋现场纵向拉伸试验,分析其应力与应变、变形的关系,研究其基本破坏形态,并建立不同直径GFRP筋材的抗拉强度的公式。     

Exploring the effects of geotextiles in the performance of highway filter drains

Highway Filter Drains (HFD) are one of the most utilised drainage systems for roads, being considered as an environmental solution for sustainable drainage in transport infrastructures. However, little research has been done to understand their performance, representing a significant knowledge gap. This article therefore determines the hydraulic and clogging response of 3 different HFD designs in the laboratory; one standard design with British Standard Type B aggregate, and 2 new designs including a geotextile located at 50?mm and 500?mm depth from the surface of the HFD structure in order to assess the effect of the geotextile. The laboratory models were initially subjected to 9 rainfall scenarios with 3 rainfall intensities (2.5, 5 and 10?mm/h) and 3 storm durations (5, 10 and 15?min). Subsequently, the equivalent of 2-years’ worth of pollutants were added to test possible clogging issues under the highest intensity rainfall event, corresponding to a 1 in 1 year return period for the West Midlands, UK. No clogging issues were found in any of the models although the majority of the sediments were concentrated in the first 50?mm of the HFD profile, with higher percentages (>90% of the sediment added) in those models with an upper geotextile. Location of the geotextile significantly influenced (p-value?=?0.05) the hydraulic performance of the HFD.     

GFRP筋与钢筋的混凝土板受弯性能对比试验

制作了尺寸为2300mm×1000mm×150mm的混凝土板,分别配有GFRP筋及直径相同的钢筋。对两种板做弯曲试验,并监测板的应变及变形情况。监测结果表明,混凝土开裂前板截面上的应变较小,截面变形符合平截面假定,并且,混凝土开裂荷载较为接近。当混凝土开裂之后,GFRP筋混凝土板的挠度增长速度远比钢筋混凝土板快。GFRP筋混凝土板受弯变形发展分为两个阶段,而钢筋混凝土板受弯变形发展分为三个阶段。最后,GFRP筋混凝土板的破坏表现为GFRP筋被拉断;钢筋混凝土板的破坏表现为受压区混凝土被压碎。