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缠绕玻璃纤维束的GFRP筋能够在40N·m扭矩作用下坚持更长的时间而不发生破坏,这对于GFRP锚杆在边坡、煤矿支护过程中更加有利。临潼斗拱但由于用玻璃纤维束作为缠绕物生产时,纤维束为松散状,容易搅在一起而影响生产的稳定性与连续性,用玻璃纤维带缠绕时不会出现此问题,并且抗扭性能与用玻璃纤维束差不多,均比尼龙绳缠绕的强,综合考虑用玻璃纤维带缠绕的GFRP筋材更适合作为锚杆。腐蚀环境下的力学性能,尽管FRP材料不会像金属那样产生电化学腐蚀,但仍然会在不同的化学环境中(包括酸、碱)发生性能的劣化。临潼斗拱这种劣化随着温度的升高而加剧,由于纤维的“沥滤”作用,其很容易受到碱性和中性溶液的腐蚀,但是在树脂包裹下形成的FRP制品后会有很大的改善,目前国内外对此也开展了一定的研究,AC1440委员会有关研究没有对其产品给出明确的规定,但是强调暴露于环境中的构件,采用GFRP筋进行构件增强时,强度标准值应乘以0.7的安全系数,以作为设计强度。某实验现场取样进行常温化学物质3个月腐蚀性试验。

能够自动测量抗扭强度、屈服点,配备扭转计可测量切变模量、规定非比例扭转应力,而且能够自动记录扭矩与转角的曲线。临潼斗拱试验机配有全数字测量控制系统,性能稳定,精度高。所用抗扭试件,使用的是肋间距为27mm,缠绕物分别为尼龙绳和玻璃纤维带的两种GFRP筋。试验现象,对于尼龙绳缠绕的GFRP筋进行测试时,当抗扭试验机逐步增加扭矩的过程中,筋材表面会逐渐出现一些细小的裂痕,当扭矩达到一定程度时,试件会突然破坏并出现严重的扭曲,甚至变成“麻花状”;对于玻璃纤维袋缠绕的GFRP筋,刚开始加载时与一般GFRP筋材相差无几,在达到规定的扭矩时玻璃纤维带缠绕的GFRP筋在破坏前会保持相当长的一段时间,即将破坏时,先发生缠绕带的断裂剥落,緊接着整个筋材发生破坏,形成以近似的“屈服平台”,这将有利于锚杆支护中锚杆的嵌入与防损坏。临潼斗拱表面缠绕尼龙绳的GFRP筋不能达到行业标准规定的P筋材的抗扭力矩应达到的40N·m,用玻璃纤维带缠绕的GFRP筋则都能达到40N·m;缠尼龙绳的GFRP筋几乎都是在达到最大扭矩时发生脆性破坏,没有一个近似“屈服平台”,这对于锚杆支护的应用不利。

玻璃纤维丝本身的强度和性能随温度的升高逐渐劣化。其中弹性模量的下降幅度不大,这是因为影响GFRP筋弹性模量的主要原因是其中的玻璃纤维丝,在试验温度范围内对玻璃纤维丝弹性模量的影响不大。临潼斗拱基体树脂,基体树脂对GFRP筋试件极限抗拉强度、弹性模量和极限应变的影响。室温试验时相同直径的GMP筋试件比GP筋的极限抗拉强度有所降低,降低幅度为70.71%;350℃高温后试验时相同直径的GMP筋比GP筋的极限抗拉强度降低了50.30%;说明基体树脂里加入抗阻燃剂降低了GFRP筋试件的极限抗拉强度。但是GMP筋的弹性模量比相同直径的GP筋的弹性模量有所提高,室温试验时GMP筋的弹性模量比相同直径的GP筋的弹性模量提高了8.75%。也可以知,350℃高温后GMP筋的极限应变比室温时降低了24.29%;临潼斗拱室温时GMP筋的极限应变比相同直径的GP筋的极限应变降低了26.65%;350℃高温后GMP筋的极限应变比相同直径的GP筋的极限应变降低了6.28%。直径,实测直径对GFRP筋抗拉强度的影响。从数据可以看出,随直径的增大,GP筋的抗拉强度逐渐增大,室温试验时12mmGP筋比ψ10mmGP筋的极限抗拉强度增加了63.16%。

GFRP筋在250℃时,GFRP筋表面颜色进一步加深,已经接近于炭黑色;300℃、350℃两种温度时,GFRP筋表面颜色均呈炭黑色,这种温度条件下GFRP筋高温试验段的表面颜色已没有明显的区别试件表面颜色的变化是因为黏结胶体的炭化引起的。临潼斗拱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100℃时,黏结胶体没有炭化,所以GFRP筋材表面颜色并未发生改变;在150℃时,黏结胶体开始发生炭化,并且随温度的升高炭化程度加剧,所以在150~250℃时,随着温度的升高,试件表面的颜色逐渐加深;在250℃时,试件中黏结胶体的炭化程度已经很高,所以高于250℃的试件表面颜色均呈炭黑色。为加阻燃剂的玻璃纤维筋(GMP)在各温度下的情况,常温时颜色为黑色。250℃之前GMP筋发生的变化单从表面很难观察到,与常温下基本相同,但是温度增加至250℃时能很明显地看到GMP筋表面的纤维暴露,临潼斗拱这是由于黏结胶体发生炭化所致,这时GMP筋表面的纤维丝一根一根地暴露在外,GMP筋由于黏结胶体的炭化不再是一个整体。

临潼斗拱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。临潼斗拱实验结果如下。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。

试验方法,参考《玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法》(GB/T1447-205)、《纤维增强塑料性能试验方法总则》(GB/T1446-2005)、《纤维增强塑料高低温力学性能试验准则》(GB/T9979-2005)和美国ACI的《FRP筋加强混凝土设计和施工指南》所推荐的FRP筋抗拉试验方法,采用大标距高温拉力试验机(包括高温炉、温控仪)和100kN屏显液压伺服万能试验机,对GFRP筋进行室温和高温后拉伸性能测试。临潼斗拱试验参数主要内容如下。升降温方式通过自动控温电炉上的温控仪控制升温过程,当升到目标温度后电炉可以自动保持温度的恒定,误差一般在士3℃以内,温度值可以在控制仪表上实时显示。试验所用的自动控温电炉的炉膛尺寸为300mm×80mm×350mm,炉膛里安装了三个热电偶,炉膛中部有100mm的均温带,温控仪上与三个热电偶对应的有三个温区:上温区、中温区、下温区。升温过程中下温区的温度在三个温区中是最低的,到达目标温度大约10min后三个温区温度基本平衡。临潼斗拱在升温过程中记录下每分钟升高的温度,并作出试验各个温度的升温曲线。在不同的温度下升温速率是不同的。
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