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主要研究GFRP筋高温后的力学性能包括GFRP筋高温后的拉伸力学性能、GFRP筋高温后的抗剪性以及高温后GFRP筋混凝土构件极限承载力的计算等。榆林GRC构件GFRP筋的高温力学性能,试验概况,试验目的,针对成型制备的GFRP筋进行高温后拉伸试验,筋材增强材料为无捻中碱玻璃纤维纱,基体树脂采用不饱和聚酯树脂(UP)和加入添加剂的改性不饱和聚酯树脂(MUP),对应筋材分别记为GP筋和GMP筋,筋材中玻璃纤维体积含量约为70%,树脂体积含量约为30%。添加剂为阻燃剂,阻燃剂为溴类化合物和锑的氧化物。试验采用纤维绳缠绕的GFRP筋。试验研究直径、基体树脂、温度、恒温时间和烧失量对GFRP筋高温后拉伸性能的影响。GP筋取10mm和12mm两种,GMP筋取中10mm,试验温度取为:室温、100°C、150°C、200°C、250°C、300°C、350°C,共计7个工况。为了研究火灾高温持续时间对GFRP筋材料性能的影响,对于10mmGP筋,在300C时对恒温0.5h、1.0h、1.5h、2。榆林GRC构件oh共4种工况下的GP筋进行了高温后的试验研究;为了保证试验结果的可靠性,每种工况中保证有至少2个以上的试件,共计24组72根试件。

随后剪切强度有所波动,但总体还是呈增加的趋势,只是较之前增幅较小。榆林GRC构件GFRP筋剪切强度的影响,高温后的剪切强度比常温时略有增加,增幅在10%以内;300℃后剪切强度开始剧减;中10mmGP筋350℃时的剪切只有常温时的60.76%,而必12mmGP筋降幅更多,只有常温时的56.55%。中10mmGP筋的曲线在中12mmGP筋的下侧,说明直径小的剪切强度小于直径大的剪切强度,剪切强度随直径的增大而增大。基体树脂、温度对剪切强度的影响,前面的拉伸试验表明,对树脂的改性增加了基体的刚性,降低了基体的强度,而基体树脂是影响GFRP筋剪切强度的一个重要因素,由此可推断,树脂的改性对GFRP筋的剪切强度也有较明显的影响。这一推断的试验数据和不同基体GFRP筋剪切强度的对比也得到了验证,可以看出,GMP筋的剪切强度在110~145MPa之间变化,约是抗拉强度的30%;榆林GRC构件与GP筋相比,GMP筋(对树脂改性后的GFRP筋)在常温时的剪切强度和高温后的剪切强度均低于GP筋常温及高温后的剪切强度。对树脂的改性降低了基体的强度,而基体树脂是影响GFRP筋剪切强度的一个重要因素。

这些因素都会导致FRP筋材料的性能在火灾中逐步退化,造成FRP筋混凝土结构的破坏,严重威胁使用安全。因此,FRP筋混凝土结构抗火性能的研究对其在土木工程中的应用至关重要,提供这种结构的抗火设计方法和抗火防护措施势在必行。另外,当混凝土结构遭遇火灾后,钢筋或者GFRP筋和混凝土力学性能的劣化可能导致火灾后结构的安全性和耐久性不足,榆林GRC构件需随结构的损伤及剩余承载力进行计算和评估,进而对确定是否能继续服役及灾后加固修复的选择具有重要的现实意义。为了研究火灾环境中FRP筋材料和FRP筋增强混凝土结构的力学性能,保证FRP筋增强混凝土结构在火灾条件下的安全性,国外研究者从20世纪开始进行了尝试性的试验研究和理论分析。但目前国内外对FRP筋混凝土结构的抗火问题还没有系统深入,研究工作的欠缺导致对FRP筋混凝土结构的抗火性能认识不足,缺乏信心,从而影响了FRP筋在工程中的推广应用。榆林GRC构件基于此,本章对钢筋混凝土结构中应用最多的钢筋变形钢筋和钢筋的补充及替代的材料GFRP筋进行高温后力学性能的试验研究。

当GP筋受热后,榆林GRC构件在100℃时试件表面的颜色几乎没有什么改变,仍然呈白色;在150℃时,高温试验段的GP筋表面为很浅的黄色;200℃、250℃、300℃三种温度时高温试验段的颜色逐渐加深,由焦黄色→褐色→接近炭黑色;350℃时GP筋高温试验段的表面颜色已经完全呈炭黑色。(a)100℃时的试件颜色;(b)150℃时的试件颜色;(d)250℃时的试件颜色;(c)200℃时的试件颜色;(e)300℃时的试件颜色;(f)350℃时的试件颜色。然而,GMP筋常温时的颜色呈黑色,高温后颜色没有改变,还是呈现黑色,因此单从颜色很难判断GMP筋经历了多高的温度以及是否炭化。GP筋试件表面颜色的变化是因为黏结胶体的炭化引起的。从表面颜色的变化可以看出试件随温度的变化过程:在温度低于150℃时,黏结胶体没有炭化,所以GP筋材表面的颜色没有发生变化;榆林GRC构件在150℃时黏结胶体开始轻微炭化,并且随温度的升高,炭化逐步加剧所以随温度的升高,GP筋的颜色逐渐加深;在300℃时GP筋的黏结胶体已经炭化很严重所以高于此温度后试件都呈现炭黑色。

在温度较低时升温速率较大,且100℃、150℃、200℃时温升曲线接近直线,温度高于200℃后温升曲线呈现二次抛物线。榆林GRC构件同样也说明了温度较高时升温速率较小。升温段与ASTM给出的温升曲线是有区别的,且本试验没有测下降段的温升曲线。给出的温升曲线表明温升速率低于20℃/min是满足国家标准的。数据量测和加载制度,本试验主要量测4方面的内容:温度、荷载、与荷载相对应的应变和试件的烧失量,通过荷载可以计算出试件的应力和强度,通过应变可以计算出试件的弹性模量。应变是通过在试件上贴应变片,通过静态应变仪、计算机采集信息,同时试验机可以自动记录整个试件的位移。温度通过温控仪实时显示出来。烧失量通过电子秤在高温前的质量减去冷却至室温时的质量算得。榆林GRC构件当温度升至目标温度并恒温30min钟后,冷却至室温,然后开始加载试验。试验时加载由位移控制,加载速度为4mm/min,至试件断裂破坏,荷载由液压伺服试验机通过计算机实时显示和自动记录。试验现象,表观特征,GP筋的自然颜色为白色,GMP筋的自然颜色为黑色。
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