硫酸盐腐蚀环境下CFRP-混凝土界面性能研究

通过10%硫酸钠溶液加速劣化试验,研究CFRP-混凝土粘结界面的力学性能,包括混凝土圆柱体的抗压强度、 CFRP片材的拉伸强度、混凝土的抗压强度及弹性模量.通过CFRP-混凝土粘结界面的单剪试验,研究硫酸钠溶液浸泡对CFRP与混凝土剪切粘结性能的影响,采用SEM和XRF等从微观层面探讨硫酸盐腐蚀机理.研究表明,硫酸钠溶液浸泡对CFRP的拉伸强度无影响;混凝土会受到硫酸盐的侵蚀,侵蚀程度与浸泡时间相关;因树脂的保护作用,10%硫酸盐溶液腐蚀118d对CFRP-混凝土界面的粘结性能基本无影响.     

高低温交变湿热环境下外加载荷对不同孔隙率CFRP拉伸力学性能影响

通过高低温交变加速湿热循环试验及有限元模拟,研究了孔隙率和外加载荷对CFRP层合板湿热拉伸力学性能及界面破坏机理的影响.通过控制模压压力,制备出3种孔隙率的层合板;加载载荷分别为层合板最大弯曲载荷的30%、40%和60%.结果表明,孔隙率的增大是导致CFRP层合板湿热老化后拉伸性能大幅下降的主要原因,孔隙率越大,湿热拉伸强度下降越多.外加载荷能加速纤维与树脂基体界面脱粘,使材料湿热拉伸性能进一步下降,而且对不同孔隙率的层合板影响程度不一样,其中影响最大的是孔隙率为0.08的层合板,其次是孔隙率0.04的层合板,影响最小的是孔隙率为0.11的层合板.并且载荷越大,影响也越大,但其对材料湿热拉伸性能的影响远不如孔隙率的影响大.使用ABAQUS软件建立有限元模型,计算得到了层合板的各层拉伸应力分布,结果发现湿热循环导致90°层承受的拉伸应力上升,因此容易发生基体开裂及纤维/基体界面脱粘,导致力学性能下降,这一结果与试验结果相一致.计算得到的拉伸力学强度变化趋势与试验结果相一致.     

CFRP加固钢筋混凝土梁剥离破坏的试验研究

经外粘片材进行抗弯加固的钢筋混凝土梁,除发生正截面破坏模式外,经常会出现一种早期的剥离破坏模式,这种破坏主要是由于片材端部或裂缝附近的界面剪应力与正应力所造成.通过16根CFRP抗弯加固钢筋混凝土梁的试验,主要研究纤维片材端部和裂缝附近的界面剪应力分布规律及其影响因素.研究结果表明：CFRP的剥离现象主要发生在CFRP的端部和跨中垂直裂缝的基部,纤维端部附近最大剪应力出现在CFRP端头处,而裂缝附近剪应力最大值的位置与纤维布剥离发展过程相一致且界面剪应力与无板长度、纤维层数及混凝土强度有关.     

CFRP加固钢筋混凝土梁剥离破坏的试验研究

经外粘片材进行抗弯加固的钢筋混凝土梁,除发生正截面破坏模式外,经常会出现一种早期的剥离破坏模式,这种破坏主要是由于片材端部或裂缝附近的界面剪应力与正应力所造成.通过16根CFRP抗弯加固钢筋混凝土梁的试验,主要研究纤维片材端部和裂缝附近的界面剪应力分布规律及其影响因素.研究结果表明:CFRP的剥离现象主要发生在CFRP的端部和跨中垂直裂缝的基部,纤维端部附近最大剪应力出现在CFRP端头处,而裂缝附近剪应力最大值的位置与纤维布剥离发展过程相一致且界面剪应力与无板长度、纤维层数及混凝土强度有关.     

界面性能对晶须增强树脂基复合材料力学行为的影响

用碳化硅晶须、光敏树脂合成了光固化用树脂基复合材料,并对材料进行了拉伸测试,测试结果表明复合材料的实测拉伸强度与理论值相差较大;在实验的基础上进一步建立了复合材料的界面相模型,采用有限元方法分析了界面性能对晶须增强树脂基复合材料力学行为的影响.结果表明:界面性能对晶须承受轴向应力的影响远大于对树脂基体的影响,晶须界面剪切应力与界面结合强度成正比,晶须端面应力集中系数随界面结合性能的增强而递增.     

纤维缠绕CFRP圆管强度特性研究

目的 研究用纤维的不同铺层方式缠绕的CFRP圆管拉伸与压缩强度的特性.方法 采用各向异性弹性力学的方法,结合复合材料层合理论,研究了纤维缠绕层合圆管的应力分析和变形分析方法,分析了由碳纤维复合材料(CFRP)构成的圆管的强度.并采用纤维缠绕成型工艺,设计了两种尺寸的CFRP圆管,铺层方式均为[(900/00)2]S,通过对CFRP圆管进行压缩和拉伸实验,着重研究CFRP圆管在这两种受力状态下直至破坏的应力-应变关系,极限强度以及材料宏观破坏模式.结果 铺层方式为[(900/00)2]S 的CFRP圆管抗拉极限强度和应变远大于其抗压极限强度和应变,但这两种状态下CFRP圆管的弹性模量大致相当,且破坏模式均为脆性破坏.结论 理论分析结果与试验结果进行比较,验证了理论分析结果是可靠的.     

不同侵蚀环境下GFRP筋抗拉性能退化试验

为研究GFRP（glass fiber reinforced polymer）筋在不同侵蚀环境下的抗拉性能,对侵蚀前后GFRP筋进行了拉伸试验,重点分析了侵蚀环境类别和暴露时间对GFRP筋抗拉性能的影响.采用了两种侵蚀方式:一是直接将GFRP筋浸泡在碱、盐和清水溶液中,浸泡周期为180 d;二是将GFRP筋埋置于混凝土梁内,加载后将梁置于大气和氯盐干湿环境中,周期为366 d.借助扫描电子显微镜SEM（scanning electron microscopy）对埋置于混凝土梁内GFRP筋的微观结构变化及其损伤机制进行了分析.试验及分析结果表明:GFRP筋的抗拉性能随溶液直接浸泡时间的增加出现不同程度的降低,浸泡180 d后,GFRP筋的抗拉强度在碱、盐和清水溶液中分别退化30.0%、21.3%和11.3%;对于混凝土梁内GFRP筋,366 d后其抗拉强度下降约为10%;结合试验结果和SEM微观结构分析,可认为导致GFRP筋抗拉性能退化的主要原因是纤维与树脂基体黏结性能降低.最后,基于Arrhenius模型对GFRP筋在两种侵蚀方式下的抗拉性能退化进行了拟合分析,并对其在碱、盐直接浸泡和混凝土梁内环境下的长期性能进行了预测.     

等离子体表面处理改善超高分子量聚乙烯纤维表面粘接性能

超高分子量聚乙烯纤维(UHMW-PE)由于结构特性导致其粘接性很差,给高性能轻型复合材料的研制带来困难。本实验采用低温等离子体以及铬酸等对各种拉伸比的UHMW-PE纤维进行表面改性,通过纤维拔出环氧树脂基体测界面粘接强度,利用SEM观察研究了界面脱粘机理。结果表明:经等离子体处理后。界面粘接强度可提高四倍以上,其大小与纤维拉伸比及等离子体处理参数均有关;界面产生的裂纹在纤维内部沿纤维方向扩展,拔出后纤维表面层被剥掉;等离子体处理方法与化学表面处理方法相结合。可望进一步提高界面粘接强度。     

碱环境下玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁的受力性能

为了研究碱环境对玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁受力性能的影响,对经历碱溶液侵蚀作用后的玻璃纤维布和玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁试件分别开展单调静力试验。研究表明:碱环境下玻璃纤维布的受力性能退化明显,但浸渍树脂的存在可显著改善其耐久性能;在p H值为12.8的碱溶液中浸泡60 d后,玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁的承载能力和变形性能无明显退化;GFRP加固钢筋混凝土梁的受力性能与玻璃纤维布和混凝土梁界面处的粘结性能密切相关。     

黄麻纤维/环氧树脂复合材料的力学性能

探讨了黄麻/环氧树脂复合材料板的制作方法,并对不同质量分数与长度的黄麻纤维增强的板材进行了拉伸及弯曲性能测试,采用扫描电镜观察了拉伸断面的微观形貌.讨论了纤维质量分数与长度对复合材料拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量的影响.实验结果表明,加入黄麻纤维有利于提升环氧树脂的拉伸和弯曲,纤维质量分数与长度对复合材料力学性...     

结构加固用CFRP片材拉伸性能的试验研究

采用几种环氧树脂和碳纤维布制成碳纤维增强复合材料片材，通过测试拉伸强度、弹性模量、伸长率，研究探讨了影响CFRP片材拉伸强度的几种因素。研究结果表明，纤维、树脂本身的力学性能指标、含胶量、浸润性能等均对CFRP片材的拉伸性能有很大影响。     

莫来石短纤维增强铝基复合材料拉伸强度数据韦伯统计分析

用挤压铸造工艺得到了拉伸强度比较高并且强度数据分散度比较小的莫来石纤维/ZL 109复合材料.用Weibull方法分析该复合材料的拉伸强度值的分布状况,得到比较大的Weibull模量.统计分析了复合材料金相面上的纤维体积分数和拉伸断口面上的纤维体积分数,结果表明,纤维的分布在微观上是不一致的;在金相面上,与观察法线呈中角度的纤维体积分数Afs同与观察法法线成大角度的纤维体积分数Af1比较接近;在拉伸断口面上与拉伸方向呈大角度的纤维体积分数同与拉伸方向呈小角度的纤维体积分数相差较大.认为该复合材料破坏的主要原因是在于与拉伸方向呈大角度的纤维与基体的界面脱粘.拉伸强度数据分散的原因在于微观上与拉伸方面呈大角度的纤维分布的不均匀.     

碳纤维片材抗弯加固钢筋混凝土梁剥离界面剪应力试验研究

碳纤维片材的剥离是抗弯加固钢筋混凝土梁经常会出现一种的早期破坏模式,这种破坏主要是由于片材端部或裂缝基部附近的界面剪应力与正应力造成的.通过16根碳纤维板材抗弯加固钢筋混凝土梁的试验,研究了纤维片材发生剥离区域的界面剪应力分布.研究结果表明CFRP端部一定长度范围内的界面剪应力分布是不均匀的,端头最大,随着与CFRP端头距离的增加而降低;在跨中等弯矩区,受拉区垂直裂缝的发生,导致裂缝基部的CFRP与混凝土间产生界面剪应力而剥离,其剪应力分布类似于钢筋与混凝土之间的锚固粘结应力分布.     

碳纤维片材抗弯加固钢筋混凝土梁剥离界面剪应力试验研究

碳纤维片材的剥离是抗弯加固钢筋混凝土梁经常会出现一种的早期破坏模式,这种破坏主要是由于片材端部或裂缝基部附近的界面剪应力与正应力造成的.通过16根碳纤维板材抗弯加固钢筋混凝土梁的试验,研究了纤维片材发生剥离区域的界面剪应力分布.研究结果表明:CFRP端部一定长度范围内的界面剪应力分布是不均匀的,端头最大,随着与CFRP端头距离的增加而降低;在跨中等弯矩区,受拉区垂直裂缝的发生,导致裂缝基部的CFRP与混凝土间产生界面剪应力而剥离,其剪应力分布类似于钢筋与混凝土之间的锚固粘结应力分布.     

纤维表面处理对RTM工艺及其制品的影响

采用RTM工艺分别对2种玻璃纤维试样进行充模实验,一种玻璃纤维试样未经任何处理,另一种试样用丙酮浸泡24 h后去除其表面上胶剂。通过实验研究这2种纤维试样的可浸润性和渗透率,同时分别对充模实验所得的2种纤维增强复合材料样板进行拉伸性能测试,最后用DMA和SEM对这2种样板的界面性能进行分析研究。得出结论:玻璃纤维经丙酮表面处理后,其可燃物含量降低,可浸润性提高,渗透率增大,其制得的复合材料样板空隙率减小,但树脂与纤维的界面结合强度下降,样板拉伸强度降低。     

预处理对复合材料性能的影响研究

通过不同的处理方法改善增强纤维与基体树脂间的界面性能,探讨了预处理对复合材料性能的影响。结果表明：经过A-151处理和碱处理后,复合材料的拉伸性能分别提高到92.6Mpa和78.0Mpa,在45℃、5%NaOH溶液中加热0.5h后,复合材料的冲击性能最大。     

黄麻纤维增强硬质聚氨酯泡沫工艺与性能研究

采用碱处理工艺对黄麻纤维进行表面改性，改善了纤维与树脂基体的界面粘结，研制了一种新型的黄麻纤维增强硬质聚氨酯结构泡沫材料。测试发现，碱处理使纤维表面杂质含量明显减少，且纤维表面经刻蚀后出现裂纹和沟槽，从而改善了纤维与树脂的界面结合强度。实验结果表明，添加改性纤维的试样压缩强度较改性前有大幅提高，达8％～20％。当纤维的质量分数为3.0％时，复合材料的压缩强度达到最大值；纤维质量分数一定时（3.0％），长度为3mm的短切纤维的增强效果较好。     

宽温域高阻尼氯化丁基橡胶的制备及其阻尼与力学性能研究

制备氯化丁基橡胶(CIIR)硫化胶,研究树脂、填料和纤维对CIIR硫化胶阻尼与力学性能的影响,并探讨其阻尼机理.运用动态力学分析仪、扫描电子显微镜、红外光谱仪及拉伸试验对其性能进行测试及表征.结果表明,随着石油树脂与酚醛树脂用量的增大,CIIR硫化胶的玻璃化转变温度Tg向高温区域移动,但最大损耗因子tanδmax与树脂种类有关,添加石油树脂tanδmax可达到1.2以上;炭黑改善硫化胶力学性能,粒径较大的炭黑有利于阻尼性能;纤维的尺寸对材料阻尼和力学性能影响明显,其添加量在5～10份为宜.     

纳米碳纤维复合材料的制备及其力学性能研究

采用浓酸(浓硫酸/浓硝酸)氧化法对纳米碳纤维进行表面处理,在水热和超声分散条件下,制备了纳米碳纤维/环氧树脂复合材料。红外光谱测试结果表明,酸化处理在纳米碳纤维表面引入了羟基和羧基等能参与环氧树脂固化反应的官能团。处理后纳米碳纤维的分散性有了明显的改善和提高。SEM和复合材料拉伸性能测试结果也显示了酸化处理能有效改善纤维与树脂的界面结合状况,提高复合材料的拉伸性能。当酸化处理纳米碳纤维的质量分数为0.1%时,复合材料的拉伸强度达到最大值,是纯树脂的1.8倍,是同含量未处理纳米碳纤维材料的1.6倍。     

CFRP层合材料拉伸力学行为及材料参数研究

土木工程领域常采用外贴FRP加固混凝土结构,尤其在施工受限的空间环境,湿糊FRP层合材料的材料参数取值,成为FRP加固混凝土结构的核心问题与关键问题。按照现行相关规范和加固安装流程,制作了湿糊CFRP层合样条和拉伸试样,通过拉伸试验,研究了CFRP层合材料的拉伸力学行为;试验结果显示,在单调加载情况下,层合试样拉伸呈现良好的线弹性特征,试样的极限断裂应变小于CF布的极限断裂应变和树脂基的拉伸屈服应变,试样的极限拉伸强度与弹性模量随纤维层数的增加呈非线性衰减;基于不同层数层合试样的拉伸试验数据,提出了CFRP层合材料的修正混合法模型,弥补了现行规范在相关方面的疏漏与不足,提高了CFRP加固工程结构分析的科学性和可靠性。