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300℃、350℃两个温度时随温度的升高炭化逐步加深,试件中黏结胶体的炭化程度已经很高,可以看出从250℃开始GMP筋表面的颜色变得更黑为直径对拉伸弹性模量的影响规律。太原彩色混凝土挂板由数据可知,随着直径的增大,拉伸弹性模量呈增大的趋势,室温试验时12mmGP筋试件比少0mmGP筋的弹性模量逐渐增加了7.9%,350℃高温后试验时中12mmGP筋比10mmGP筋的弹性模量增加了5.1%为直径对极限应变的影响规律。数据可知,随着直径的增加,室温试验时GFRP筋试件的极限应变有少量增加,即直径大的GFRP筋试件的延伸性能好些;然而350℃高温后试验时中12mmGP筋比41mmGP筋的极限应变由于自身的原因随直径的增大有所降低。恒温时间,为了研究恒温时间对GFRP筋试件材性的影响,300℃时进行了恒温30min、60min、90min、120min四个不同恒温时间的试验。可以看出,GFRP筋的极限抗拉强度在恒温60min时达最大值,9omin、120min时比60min时有所降低;太原彩色混凝土挂板随恒温时间的增加,拉伸弹性模量逐渐増大;平均极限应变随恒温时间的增加小幅度减小。造成这一结果的原因是随恒温时间的增加,GFRP筋试件炭化、分解越来越严重,所以极限应变随恒温时间的增加降低。

将混凝土拌和物分两层浇入试模,每层厚度大致相等。采用振动台将混凝土振捣密实,边振捣边用抹子将混凝土表面抹平。太原彩色混凝土挂板在浇筑试件的同时,每种配合比留两组150mm×150mm×150mm立方体试块,同条件养护,用于测定混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度。此外,根据试验要求,制作浇筑一定数量的GFRP应变补偿试块。试件拆模及养护为保证试件的完整性,在浇筑试件48h后拆模。拆模后将试件放在试验室环境中进行自然养护28d,同时浇筑的混凝土试块同条件养护。在试件表面覆盖塑料薄膜后,加盖专用养护毡,保温且防止水分过快散失。养护过程中,第一周每洒水养护两次,之后每天洒水养护一次,养护制作流程。进行试验前,将龄期已满的混凝土试块进行强度测试。其中,采用式(5-1)计算劈裂抗拉强度式中f—混凝土劈裂抗拉强度,MPa;P——测试试块破坏荷载,kN;A—试块劈裂面面积,mm2。太原彩色混凝土挂板加载装置及试验方法,千斤顶GFRP筋的搭接对拉所用加载设备为201及50t的穿式液压千斤顶,根据加载端钢管直径,选取与千斤顶配套的锚夹具,配合千斤顶施加拉力。

尤其是保护层厚度从45mm增至60mm,破坏形态从劈裂破坏变化为筋拔出破坏,黏结强度增加显著。太原彩色混凝土挂板搭接长度为180mm时,混礙士保护层厚度从30mm变化到60mm,黏结强度依次增加了1.9MPa、2.52MPa,增长率分别为29.19%、3.71%。混凝土保护层厚度从30mm变化至45mm时,黏结强度显著增大,由45mm增至60mm时,增加较小。分析其原因,从混凝土保护层厚度45mm的全部试件劈裂破坏到6mm的部分试件劈裂破坏、部分试件筋拉断破坏,发生的都是非黏结破坏黏结强度均未达到黏结破坏的极限值。混凝土保护层增大,加强了GFRP筋外围混凝土的抗劈裂能力,保护层达到一定厚度时,试件的破坏形态随之变化,非黏结破坏转变为黏结破坏,从而显著提高了试件的黏结强度。混凝土强度,不同混凝土强度的试件GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化规律。从中可以看出,黏结强度随着混凝土强度的提高而提高。太原彩色混凝土挂板对于搭接长度为120mm的试件,混凝土强度从C30变化至C35,黏结强度增加1.99MPa,增长率为20.45%,增长显著;强度从C35变化至C40时,黏结强度增加2.43MPa,增长率为24.97%,增长较少。

当GP筋受热后,太原彩色混凝土挂板在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;太原彩色混凝土挂板在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。

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。太原彩色混凝土挂板常温时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,太原彩色混凝土挂板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。

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。太原彩色混凝土挂板因为高温下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。太原彩色混凝土挂板当火灾发生时,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。
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