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荷载逐渐増大接近极限荷载时,玻璃纤维岀现的“噼里啪啦”断裂声变得密集且声响较加载初期大,加载端滑移明显增大,且两自由端的相对滑移值增大速率变快,伴随混凝土试件内发出“咯噔咯噔”的声响,GFRP筋从试件中拔出,混凝土表面没有出现任何肉眼可见的裂缝,筋的肋凸起明显磨损。郑州GRC相应在GFRP筋肋前有挤压形成的楔状堆积,GFRP筋与混凝土咬合齿也磨损严重,混凝土孔壁上有些许粉末状混凝土覆盖,GFRP筋肋的轮廓因为纵向挤压擦痕的缘故已基本磨平。往往搭接长度大些的试件刚拔出时压力表显示读数并未立刻卸为0,试件还能承受较小残余荷载,为拔出试件破坏形态。发生筋拔出破坏的主要有以下几种情况。对于筋直径12mm的试搭接长度60mm的GFRP筋全部发生拔出破坏;搭接长度120mm、保护层厚度60mm的无配箍试件,箍筋间距大于80mm的配箍试件,以及混凝土强度大于C40的大部分发生筋拔出破坏。郑州GRC对于直径10mm的试件,搭接长度120mm的大多无配箍试件以及大部分配有箍筋试件为拔出破坏。而直径16mm的试件,个别搭接长度120mm的配箍试件大多发生拔岀破坏。

郑州GRC通过几个月的试验研究发现,常规的酸性溶液、碱性溶液和NaCI溶液对于GFRP筋(乙烯基树脂、无碱玻璃纤维粗纱)制品确实有一定的侵蚀作用,同时由于乙烯基树脂极好的抵抗化学介质的性能,使得常规化学物质的常温侵蚀作用效果十分有限,一般不会超过5%。如此看来,ACI440委员会强调暴露于环境中的构件,采用GFRP筋进行(混凝土)构件增强时,强度标准值应乘以0.7的安全系数,以作为设计强度的提法,是具有客观科学依据的。酸性溶液,为了确认GFRP筋对于酸性溶液的抵抗能力,采用少28mm、由乙烯基酯树脂生产的玻璃纤维筋进行测试。试验条件如下。①分别采用pH值为2和5的H2SO4溶液作为实验介质。②GFRP螺纹筋的浸泡。将GFRP螺纹筋分别放入两种H2SO4溶液中常温浸泡,浸泡时间为90天。③浸泡后的GFRP螺纹筋再进行拉伸试验。将浸泡后的GFRP螺纹筋取出后,用清水将表面洗净。郑州GRC实验结果如下。①GFRP螺纹筋经过pH=2的H2SO溶液浸泡90天后,拉伸强度由602.51MPa下降到579.31MPa,拉伸强度保持率达96.1%,下降幅度仅3.85%。②弹性模量由41.68GPa上升到43.19GPa,基本保持不变。

由此可推断,树脂的改性对GFRP筋的剪切强度有较明显的影响,并且随温度的升高GMP筋和GP筋的剪切强度呈现相似的变化规律。郑州GRC常温时GP筋的剪切强度比GMP筋高29.01%,150℃后GP筋的剪切强度继续增加,到200℃高温后剪切强度达最大值193.32MPa,比常温时增加了31.91%,而GMP筋的剪切强度在200℃高温后开始降低,到300℃高温后剪切强度比常温时已经下降了16.37%;在250℃、300℃高温后GFRP筋的剪切强度比常温时略有增加;两种类型的筋在350℃高温后的剪切强度与常温时相比都已经剧烈地下降,GP筋的剪切强度比常温时的降低了60.76%,GMP筋的残余强度更低,比常温时的降低了66.66%。从曲线上看,GP筋的剪切强度比GMP筋的剪切强度随温度变化大,GMP筋的曲线较平缓,对温度的敏感性较GFRP筋小。从以上分析,可以大致确定,FRP筋的耐高温极限为300℃。烧失量对剪切强度的影响,烧失量为0时剪切强度随温度的升高有增加的趋势;随着烧失量从0增加到1g,剪切强度直线下降,郑州GRC说明黏结树脂的分解降低了GFRP筋的抗剪承载力;当烧失量超0mGm|过1g时,剪切强度更是剧减,说明黏结胶体的热分解和炭化已经非常严重,对玻璃纤维丝的黏结作用已经基本丧失。

混凝土强度C30的试件,全部表现为混凝土劈裂破坏,而混凝土强度C35、C40的试件,大部分为筋拔出破坏,故混凝土强度从C30变化至C35时黏结强度增长显著,而C35变化到C40时增长较少。郑州GRC对于搭接长度为180mm的试件,混凝土强度从C30变化至C35时,黏结强度提高了0.58MPa,增长率为6.86%,增长较小;而混凝土强度从C35变化至C40时,黏结强度提高了1.7MPa,增长率为20.12%,增长显著。观察试件破坏形态,随搭接长度由120l8omm变化,试件极限破坏荷载增大,混凝土承受的环向拉力增大,同C30的混凝土样、即便是C35的混凝土试件也大多发生劈裂破坏。当混凝土强度增至C40时,混凝土抗劈拉强度继续增长,此时试件大多发生筋被拉断的破坏,而GFRP筋能承受的极限拉力较于劈裂破坏荷载大,故较之于C30、C35混凝土试件,C40的黏结强度有显著提高。黏结强度随混凝土强度增长而增长的原因如下。郑州GRC当试件发生拔出破坏时,GFRP筋的黏结强度主要取决于两者之间的机械咬合力。混凝土强度较低时,GFRP筋肋间的混凝土易被压碎;而混凝土强度较高时,GFRP筋肋剪切强度低于混凝土的抗压强度,GFRP筋肋被剪坏。

在GFRP筋接近破坏时,可以明显看到表面部分纤维東也逐渐被拉断,随着断裂纤维束的增多,GFRP筋中部突然发生“爆裂式”破坏,破坏部位纤维呈发散状,同时飞散岀许多细小纤维,此时试验结束,试件呈现明显的脆性破坏特征。郑州GRC100℃、150℃、200℃高温后的试验现象和破坏形态与常温下相似,临近破坏前的响声减弱,但破坏时的声音却仍然很大,伴随着“啪”的一声爆响,试件突然破坏;破坏处仍为发散状,说明玻璃纤维丝之间在温度降至室温后又恢复了部分黏结性能,可以协同受力。温度升至250°C、300℃C时,断口处的GP筋颜色从白色逐渐变为焦黄色,但在250°C时仍然较浅;随着温度的升高,破坏处夹杂的絮状物逐渐增多,当试验温度为300°C时,破坏处的条状物已经明显减少,稍显蓬松的絮状物增加。郑州GRC这些现象说明,GP筋的黏结胶体由外至内逐渐玻璃化、分解,降低了对玻璃纤维丝的黏结作用,玻璃纤维丝协同工作的能力下降。断口处颜色呈褐色,夹杂少许絮状物,说明黏结胶体在降温后黏结性能有所恢复。

当温度达到300℃时,破断处的GMP筋有部分纤维被拉毛;温度达到350℃时破断处也为蓬松的絮状物。郑州GRC说明:①温度高于350℃时黏结胶体已经完全炭化,降温后胶体的黏结性能将不能恢复;②加入阻燃剂对GMP筋高温性能影响不是非常明显,温度低于300℃时破断处的纤维被拉毛的情况较GP筋相同温度少些,但当温度高于350℃时阻燃剂的加入对GMP筋的抗高温性能没有明显的改善。影响因素分析,采用贴应变片的方法量测GFRP筋的应变,只能量测60%~80%极限荷载对应的应变。弹性模量一般取为10%~50%极限荷载对应应变时的弹性模量。是GFRP筋室温和高温后的应力应变曲线。从图中可以看出:室温与高温后的应力-应变曲线相似,直至试件破坏前,这些试件的应力应变曲线基本是呈理想的线弹性,由于应变片只能测得60%~70%极限荷载对应的应变,所以没有下降段。郑州GRCGFRP筋极限抗拉强度和弹性模量以及极限应变的计算方法参照文献中采用的计算高温后GFRP筋的残余极限抗拉强度采用与常温下相同的方法。荷载变形曲线初始直线段(10%Pb~50%Pb)的荷载增量。
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