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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。新疆GRC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。新疆GRC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。

由此可以看出,GFRP筋直径较小,搭接长度较短,混凝土强度较高,保护层达到定厚度的试件大多发生拔出破坏。新疆GRC构件劈裂破坏,劈裂破坏是因为GFRP筋肋与混凝土形成机械咬合,拉拔力在混凝土中产生环向拉应力所致,是GFRP筋周围混凝土纵向劈裂使GFRP筋被拔出的破坏形式,故其实质是周围混凝土的劈拉破坏,而不是GFRP筋的搭接错固破坏,其最大破坏荷载小于GFRP筋与混凝土黏结破坏极限荷载。发生劈裂破坏的无配箍试件,在对拉力较小时,玻璃纤维开始断裂,间断发出“啪啪”声,加载筋首先开始滑移,而后不久,自由端也开始滑移,但滑移量都很小。随荷载逐渐增大,断裂声变得密集且声响增大,滑移量也不断增大。直到荷载接近峰值时,混凝土表面仍未见肉眼可看到的裂缝。达到极限荷载,裂缝突然贯穿混凝土表面,同时发出剧烈的劈裂声。新疆GRC构件FRP筋直径16mm的混凝土试件甚至崩裂为散开的三块或四块,压力表读数急卸至0,表现为明显的脆性破坏。发生劈裂破坏的配箍试件与无配箍试件有明显的不同之处,即在最,后劈裂时,无配箍试件伴随一声“嘭”的巨响,裂缝贯通劈裂,裂缝宽度较大。

试验中发现,加热过程中,聚合物逐渐热解,试验温度越高,电炉口烟气越大,说明聚合物热解量越大。新疆GRC构件当试验温度高于300℃时,炉口的烟雾多且持续的时间长,高温试验段的GP筋开始明显变软,说明从300℃开始GP筋的热分解和炭化已经非常严重,此时筋的黏结胶体已经基本失去对玻璃纤维丝的黏结作用;350℃时高温试验段的GP筋已经变得非常柔软,能像纤维绳一样弯曲,说明此时GP筋的黏结胶体已经几乎完全分解和炭化,刚度几乎丧失殆尽,且很容易折断。说明此时GP筋的纤维丝由于高温的作用也已经变得不稳定350℃时的烧失量一般在3g左右。破坏形态,GP筋试件的典型破坏形态。试件常温下的破坏形态和高温后的破坏形态有明显的差异,且有明显的阶段性。新疆GRC构件常温下,试件首先在中部薄弱面引发裂缝源,当荷载达到破坏荷载的30%~50%时,试件开始发出“噼啪”响声,应为纤维剥离树脂的声音,随着荷载的继续增大,纤维开始逐渐断裂,响声不断加大且更加密集,达到极限荷载时伴随着巨大的响声,试件成条束状爆裂破坏。

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。新疆GRC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。新疆GRC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。

①对GFRP筋纵向拉伸性能进行试验研究。新疆GRC构件确定其基本力学性能(包括抗拉强度、弹性模量和极限应变),为此类筋材研究提供材性依据。②对GFRP筋的搭接强度进行试验研究。试验参数包括GFRP筋搭接长度、混凝土保护层厚度、混凝土强度、配箍率、GFRP筋直径,分析在上述参数下GFRP筋搭接强度的变化规律和机理。③对试验得到的GFRP筋与混凝土黏结滑移曲线进行研究。分析在GFRP筋搭接长度、混凝土保护层厚度、混凝土强度、配箍率、GFRP筋直径5参数影响下黏结-滑移(搭接筋的两自由端相对滑移)曲线的变化,并分析其原因。④通过在搭接段中点和四分点粘贴应变片,分析各级荷载下搭接段应变分布及变化情况,研究其搭接性能。⑤基于试验结果,提出GFRP筋的搭接强度计算公式及GFRP筋在混凝土中的搭接长度计算公式,为确定受拉GFRP筋搭接长度合理取值提供试验和理论依据。FRP筋与混凝土的搭接性能试验概况。试验方法,与钢筋搭接一样,FRP筋的绑扎搭接接头传力,其本质是FRP筋在混凝土中的锚固。新疆GRC构件FRP筋的绑扎搭接接头是采用镀锌铁丝将两根筋并排搭接绑扎,而铁丝绑扎只是为了固定搭接筋,形成牢固的平面网架或空间骨架。

1mmGP筋的极限应变先随温度升高而降低,100℃时降至整个试验温度范围的最低点,新疆GRC构件随后开始逐渐增大,350℃时达最大值,比常温时增加了36.66%;10mm GMP筋极限应变先随温度升高小幅增大,100℃时达最大值,随后逐渐降低,300℃时降至最小值,比常温时降低了38.33%;小12mmGP筋的极限应变温度低于300℃时和常温相差不多,350℃时极限应变急剧降低,比常温时降低了44.12%。350℃高温后GFRP筋极限抗拉强度维持在室温时的80%以上,但是由于到达此温度时GFRP筋已经变得极为柔软,刚度很小,弹性模量不足常温时的70%,所以即使高室温后极限强度有所恢复,建议GFRP筋的耐高温极限仍然不能高于300℃。可以看出:GFRP筋的极限荷载、极限抗拉强度、平均拉伸弹性模量和极限应变在温度较高时比常温低。新疆GRC构件造成GFRP筋强度、弹性模量和极限应变降低的主要原因有3方面:①黏结胶体随温度的升高逐渐玻璃化、炭化和热分解,导致对抗拉强度的贡献逐渐减小乃至丧失;②黏结胶体黏结作用的降低导致GFRP筋纤维丝协同受力的能力下降,最终导致GFRP筋性能的劣化。
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