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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。西宁GRC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。西宁GRC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。

发生GFRP筋拉断破坏的主要有以下几种情况。对于直径12mm的试件,个别搭接长度180mm、保护层厚度60mm的无配箍试件和配箍试件,以及搭接长度240mm、300mm、360mm的全部试件均为GFRP筋拉断破坏。西宁GRC构件对于直径10mm的试件,个别搭接长度120mm的配箍、无配箍试件及搭接长度180mm的所有配箍、无配箍试件破坏为GFRP筋拉断。而对于直径16mm的试件,无筋被拉断的现象。筋拉断破坏属于非黏结破坏,GFRP筋与混凝土的黏结很好,两者间几乎没有发生相对滑移,试件破坏是由于外荷载产生的拉应力超过了GFRP筋的抗拉强度,GFRP筋被拉断而破坏。由此可以看出,保护层达到一定厚度,直径较小、搭接长度较大的试件大多发生筋拉断破坏。根据各级荷载对应的平均黏结应力τ、加载端滑移量S、两自由端相对滑移量S1,可以得到每个试件的加载端黏结滑移曲线和自由端黏结滑移曲线。西宁GRC构件由于试件超过极限荷载后,数据变化剧烈且很不稳定,人工无法准确读取卸载过程中的荷载值及相应的滑移量,本次试验只得到黏结滑移曲线的上升段。黏结滑移曲线分析中,以两搭接筋自由端相对滑移为主,加载筋滑移仅做参考。

西宁GRC构件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。西宁GRC构件实验结果如下。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。

当搭接长度为1.6倍锚固长度时,梁能够达到极限受弯承载力。美国ACI40.1R-06《纤维增强聚合物(FRP)筋增强混凝土结构设计建造指南》根据有限的试验数据和工程经验,兼顾FRP筋强度利用率并保留一定安全储备,建议搭接长度取为1.3。(l为FRP筋的基本锚固长度)。西宁GRC构件国内对于FRP筋与和混凝土的黏结性能研究起步较晚,但已有不少学者致力于FRP筋与混凝土黏结性能的研究,进行了大量试验和理论分析研究,取得丰硕的成果。通过FRP筋和混凝土的梁式试验、对拉试验和标准立方体拉拔试验,探讨了GFRP筋直径、肋间距表面形态、黏结长度等对黏结性能的影响,分析了两者的黏结机理和受力过程,提出了GFRP筋与混凝土之间的黏结强度和锚固长度的设计建议。我国《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》结合工程经验,并保留一定安全储备,建议在没有试验数据可供参考时,GFRP筋的搭接长度可取为40d。西宁GRC构件目前,GFRP筋的搭接性能相关研究较少,为了推进GFRP筋材料及GFRP筋混凝土结构形式在我国的应用,有必要对GFRP筋的搭接性能进行深入研究,以保证GFRP筋混凝土结构的安全性和可靠性。本章研究的主要内容如下。
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。西宁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。西宁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。

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,西宁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。西宁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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