纤维增强复合材料的耐久性能试验研究

通过快速冻融试验、耐碱性试验、浸水试验、湿热暴露试验、人工加速老化试验,研究了腐蚀环境对纤维增强复合材料（FRP）的复合体及粘结剂力学性能的影响.结果表明：碳纤维增强复合材料（CFRP）的耐久性能较好,在各种暴露条件下,其力学性能没有明显退化;玻璃纤维增强复合材料（GFRP）的耐久性能略差,水环境、碱环境、湿热环境以及冻融循环对其均产生了较大影响.粘结剂试件在人工加速老化曝露试验后,其外观颜色和力学性能均发生一定的变化.     

加速老化环境下纤维增强复合材料筋耐腐蚀性能试验研究

对碳纤维和玄武岩纤维增强复合材料(CFRP和BFRP)筋材进行两种温度下、两种腐蚀溶液中的耐腐蚀性能试验研究,并对室内混凝土环境下的BFRP筋力学性能退化进行研究,同时,针对BFRP筋进行两种溶液、两种温度下的吸湿和质量损失试验。试验结果表明:随着温度的提高,纤维增强复合材料(FRP)筋的抗拉强度退化加剧;碱溶液对BFRP筋的腐蚀大于水,室内混凝土环境不会对BFRP筋造成损伤;CFRP筋的抗拉强度在两种腐蚀溶液中几乎不发生退化,但弹模退化程度大于BFRP筋。温度越高,筋材吸湿速率越大,碱溶液中大于水中;质量损失率能较好地表征FRP筋的性能退化情况。     

碳纤维预成型板耐久性研究

通过湿热老化、冻融循环、海水冻融和侵蚀耦合作用及盐雾腐蚀试验,研究了这些试验环境对碳纤维预成型板(CFRP板)拉伸性能的影响程度及原因。结果表明:这些试验环境对CFRP板拉伸,性能都有不同程度的变化,变化原因与其环氧树脂基体有关。     

多因素耦合作用下海工高性能混凝土劣化过程研究

通过试验模拟研究了在不同环境条件下海工混凝土的抗压强度、轴拉性能、水溶性氯离子含量变化过程。结果表明:在低水胶比条件下,长龄期标养试件抗压强度高于干湿循环试件,而高水胶比条件下,标养试件强度低于干湿循环试件;无论是在干湿循环还是在标养条件下,试件的轴拉强度与极限拉伸值均随时间的增加而增加,试件的轴拉弹模随着养护时间的增加而降低;按照现行的试验方法,在腐蚀溶液与干湿循环耦合条件下,试验龄期1年内,试件的力学性能基本无变化,为提高试验效率,降低试验成本,现行的试验规程应用于高性能混凝土需重新修订;当试件承受超过50%极限拉应力时,混凝土表面开始产生微裂缝,加速腐蚀溶液的侵蚀速度;当构件承受的拉应力小于50%极限拉应力时,混凝土构件基本无破坏,腐蚀溶液对混凝土不存在加速破坏现象。     

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。     

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.     

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。     

锈蚀钢筋力学性能的试验研究

本文通过对人工气候环境下加速锈蚀的钢筋进行拉伸试验,分析了锈蚀钢筋力学性能的退化规律,并与通电加速锈蚀的钢筋力学性能进行了对比.     

冻融循环下CFRP锚杆粘结性能试验

通过冻融循环、拉伸试验研究了冻融作用对碳纤维CFRP锚杆强度、弹性模量、延伸率等基本力学性能及粘结性能的影响,并利用粘结应力—滑移线性回归方法预测冻融循环后CFRP锚杆不同筋材直径、不同锚固长度下滑移值.试验及分析结果证明:CFRP锚杆在冻融循环作用下强度变化、弹性模量、延伸率等变化不大;粘结剂环氧砂浆抗压强度提高13.68％,弹性模量降低约13.8％;冻融循环作用后CFRP锚杆粘结滑移增大,粘结性能降低.     

玻璃纤维增强塑料筋材耐久性试验研究

为了研究GFRP筋材的在酸(H2SO4)、碱(Na OH)腐蚀环境下筋材的耐久性,进行三种不同腐蚀溶度及三种不同腐蚀时间下的筋材室内加速老化试验,研究筋材质量及力学性能随溶液溶度及腐蚀时间的变化规律,获得以下结论:在酸碱性环境下筋材中树脂发生酯化水解反应以及玻璃纤维中钙元素与溶液中离子发生反应,导致筋材结构遭到破坏;酸性环境中因反应生成物附着于筋材表面,阻碍反应发展,造成筋材的腐蚀速率先快后慢,而在碱性环境中因树脂发生水解反应后期产生溶胀现象,促进反应进行,使得筋材的腐蚀速率较为均匀;随着腐蚀时间及溶液溶度的不断增加,筋材的质量、抗拉强度、弹性模量值均逐渐减小,但碱性环境中筋材质量减少量及力学性能衰减率均大于酸性环境。     

特殊环境下碳纤维增强材料锚杆粘结滑移试验研究及数值模拟

通过考虑酸、碱、盐、冻融循环环境影响后的碳纤维增强材料CFRP锚杆粘结性能试验,拟合不同环境粘结-滑移(τ-s)关系表达式;并基于试验参数,采用ANSYS非线性弹簧单元Combin 39模拟CFRP锚杆粘结单元,引用拟合τ-s关系曲线确定弹簧单元荷载-位移(F-S)关系参数;模拟分析与试验结果对比表明:由本试验拟合的τ-s关系曲线能很好地反映CFRP筋与环氧砂浆受特殊环境影响后粘结性能的变化。为经常处于特殊环境下的CFRP锚杆性能分析、设计理论及工程应用提供理论依据,也可为相关规范的编制和完善提供参考。     

紫外线对CFRP与混凝土粘结性能的影响

随着FRP加固结构的广泛应用,其耐久性问题也日益突出并受到关注。FRP与混凝土粘结的耐久性能与FRP材料的耐久性同等重要。光老化(尤其是紫外线)是影响FRP与混凝土粘结耐久性的环境因素的一种。对两种粘结形式的FRP与混凝土粘结性能进行了紫外线老化试验研究和分析,考察CFRP-混凝土拉伸剪切强度和正拉粘结强度随老化时间的变化特性,对比有无防护对CFRP-混凝土正拉粘结强度的影响。结果表明,紫外线对CFRP与混凝土的拉伸剪切强度影响较大,防护能有效缓减CFRP与混凝土的正拉粘结性能在紫外线作用下的劣化。     

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。     

钢筋混凝土梁加速退化及加固性能试验研究

该文主要介绍了采用通电加速钢筋锈蚀的方法对钢筋混凝土构件进行加速退化试验,并对退化后的构件进行碳纤维加固试验研究.通过时控制构件、退化后构件和加固后构件的力学性能对比,研究了钢筋混凝土构件力学性能退化情况和碳纤维加固效果,得到了可靠的结论.     

氯离子侵蚀下CFRP加固钢筋混凝土梁的耐久性试验研究

利用电化学腐蚀原理,对长期在氯离子环境下工作的7根不同碳纤维包裹方式的钢筋混凝土梁外加恒定电流,加速其腐蚀。对比每根梁在腐蚀过程中的物理力学性能及其变化,分析不同碳纤维包裹方式对钢筋混凝土梁耐久性产生的不同影响并对其机理进行研究。试验表明:碳纤维包裹对钢筋混凝土梁耐久性有较显著提高,其耐久性提高的程度与碳纤维对钢筋混凝土梁的包裹方式有关。     

海洋环境下碳纤维增强复合材料片材的耐久性

模拟研究了海洋环境(盐水浸渍、盐溶液干湿循环、冻融循环单独或耦合作用)下碳纤维增强复合材料(CFRP)片材的耐久性.结果表明:在海洋环境中快速老化后,CFRP片材的应力-应变关系仍呈典型的线性关系;CFRP片材抗拉强度下降幅度最大,延伸率次之,弹性模量最小;多因素耦合作用对CFRP片材抗拉强度和弹性模量的影响远远大于单一因素作用.     

FRP耐久性评价方法

随着FRP加固结构的广泛应用,其耐久性问题也日益突出并受到关注。在FRP材料、浸渍树脂及CFRP-混凝土粘结性能的系列耐久性试验的基础上,从理论上提出了一种评价其耐久性的方法。在此评价方法中建立了单一快速试验环境和复合快速试验环境下FRP名义力学性能衰减模型,在分析快速和自然老化试验结果对应关系时提出并计算了单一和复合加速因子。通过名义力学性能平均衰减速率这一指标建立了从未知材料到已知材料的映射,对未知材料进行耐久性评价。     

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.