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大量新型建筑料广泛应用,以及燃器、电器的普遍使用,建筑物的大规模化和功能的复杂化,导致火灾的因素随之增加,火灾规模也日趋扩大,大大增加了建筑物发生火灾的可能性且使火灾危害性更加严重。洛阳GRG构件高温作用下,材料性能受到不同程度的损伤,混凝土的强度和弹性模量随着温度而降低,钢筋虽有混凝土保护,但强度也会降低。若结构的环境温度升高很多,或度发生周期性变化时,结构会因使用性能下降或承载力下降而失效,发生局部破坏,整体倒塌。目前,国内外对钢筋的高温力学性能的研究较多,和钢筋相比,FRP筋材料热稳性较差,更不耐火。FRP筋是由高强连续纤维通过胶体黏结成的复合材料,当承受外部荷载时,众多黏合在一起的纤维丝可以均匀受力,共同工作性能良好。黏结胶体是高分子材料,对高温比较敏感,高于一定温度会产生玻璃化和炭化,从而导致黏结作用退化和丧失。洛阳GRG构件并且高于一定温度时,处于高温环境中的连续纤维丝的性能也会发生不同程度的变化,连续纤维材料的性质也变得不稳定。

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。洛阳GRG构件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。洛阳GRG构件表面缠绕尼龙绳的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。

由于黏结树脂对高温比较敏感,当温度高于一定限值时会发生玻璃化,即处于流塑状态,它对纤维丝的黏结作用会逐渐退化乃至丧失;处于高温环境中的连续纤维丝的性能也会发生不同程度的变化。洛阳GRG构件因为高温下FRP筋的各种组成材料本身的变化,造成FRP筋的力学性能也会发生相应的变化。Rehm和 Franke以及Sen研究发现,E-玻璃的熔化温度为1260℃,但在200℃时其强度比20℃时要下降很多,当温度达到550℃时,玻璃纤维的抗拉强度仅是室温条件下的1/2;黏结树脂的玻璃化点一般在100~200℃,超过这一温度树脂将会发生玻璃化、热分解和炭化,从而失去黏结能力;由黏结材料和玻璃纤维丝共同组成的整体—GFRP筋材在100℃时的强度大约是20°C时的70%(钢材大约是95%),若温度高于400°C,则下降到30%(钢材大约是50%)。由此可以看出:高温对GFRP筋材的影响是巨大的。洛阳GRG构件当火灾发生时,处于火场中的建筑构件均受到高温环境的影响,虽然处于混凝土保护层之内的FRP筋不直接暴露在火场中,但其周围的环境温度会随过火时间的延长而逐渐升高。

但由于黏结胶体此时的热分解和炭化已较以前严重,玻璃纤维丝之间的黏结性能很大一部分不能恢复温度升高至350℃后,破断处为蓬松的絮状物,说明温度高于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。洛阳GRG构件为了研究恒温时间长短对GP筋材试件的影响,对300°C时不同受火时间的GP筋材高温后的力学性能进行了试验研究。试验过程中发现,GP筋高温试验段外部玻璃纤维丝呈黑色,并且随恒温时间的增加,GP筋试件破断处的蓬松扇子絮状物逐渐增加。恒温90min时已经很容易看到很多毛茸茸的絮状物,由外及内逐渐变浅,内部为浅黄色,具有明显的层次感,此时外部颜色已经很深,呈炭黑色;恒温120min时GP筋破断处的絮状物明显较以前多,但仍是外部颜色深,向内变浅,很有层次感,此时内外的颜色已经很接近,说明此时GP筋高温段的热分解和炭化已经很严重。洛阳GRG构件从这些现象可以看出:在300℃(恒温120min)GP筋中的黏结胶体已经大部分丧失了黏结能力,但外层纤维的炭化程度较重。GMP筋在温度低于300℃时的破坏型式和室温时的破坏型式相同。

试件发生劈裂破坏时,随着混凝土强度的增大,混凝土的抗劈拉强度提高,对应试件破坏荷载增大,黏结强度提高。注:表中显示的是直径12mm,搭接长度分别为120mm、180mm,不同混凝土强度无配箍试件的黏结强度。洛阳GRG构件混凝土强度C35、C40试件的黏结强度一混凝土强度C30试件的黏结强度)/混凝土强度C30试件的黏结强度×100%。配箍率,不同配箍率试件GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化规律。从中可以看出,黏结强度随着配箍率的增大而提高,对于GFRP筋直径12mm、搭接长度120mm的试件,当箍筋间距80mm时,黏结强度较无配箍试件降低了0.17MPa;箍筋间距为6mm、40mm时,黏结强度依次增加了0.37MPa、1.16MPa,增长率分别为3.16%、9.9%。当箍筋间距为8omm时,搭接段只横跨了两根箍筋,对提高外围混凝土抗劈裂能力基本无作用;随箍筋间距减小,配箍率增大,搭接段橫跨箍筋数增多,箍筋和架立筋形成骨架对核心混凝土起到围箍作用,箍筋承担了部分劈拉力,使得试件的抗劈拉能力增强。洛阳GRG构件显示的是直径12mm,混凝土强度C35,搭接长度分别为120mm、180mm,不同配箍率试件黏结强度。
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