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350℃高温后ψ2mmGP筋比φ10mmGP筋的极限抗拉强度增加了27.07%。铜川GRG材料分析造成这一结果的原因可能是:GFRP螺纹筋在制备时是通过缠绕纤维绳形成表面凸肋,小直径GFRP筋形成的凸肋较明显,筋表面弯曲纤维较多,减少了承载纤维的数量,从而导致强度降低;而对于大直径GFRP筋,GFRP筋肋的影响有所降低。高温后GFRP筋的剪切性能,工程结构中的材料除了承受拉力和压力之外,大部分还存在剪切应力,同样在FRP筋增强混凝土的受弯构件中,除了弯曲应力之外,还有较大的剪应力,FRP筋的力学性能与普通钢筋相比,其纵向和橫向都有很大的差异,所以,FRP筋混凝土构件的抗弯、抗剪承载力的计算并不完全等同于传统的混凝土结构。同时由于FRP筋抗剪强度较低,将FRP筋用作预应力筋时需要专门研制相应的预应力锚具、夹具,因此在结构设计中要充分考虑FRP筋的抗剪强度。铜川GRG材料由于FRP筋是由连续纤维材料和黏结胶体组成的复合材料,单根纤维丝的直径非常小,纤维丝之间通过黏结胶体黏合在一起。当FRP筋承受外部荷载时,众多黏合在一起的纤维丝可以均匀受力,并且具有良好的共同工作性能。

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。铜川GRG材料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。铜川GRG材料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。

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。铜川GRG材料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,铜川GRG材料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。

在GFRP筋接近破坏时,可以明显看到表面部分纤维東也逐渐被拉断,随着断裂纤维束的增多,GFRP筋中部突然发生“爆裂式”破坏,破坏部位纤维呈发散状,同时飞散岀许多细小纤维,此时试验结束,试件呈现明显的脆性破坏特征。铜川GRG材料100℃、150℃、200℃高温后的试验现象和破坏形态与常温下相似,临近破坏前的响声减弱,但破坏时的声音却仍然很大,伴随着“啪”的一声爆响,试件突然破坏;破坏处仍为发散状,说明玻璃纤维丝之间在温度降至室温后又恢复了部分黏结性能,可以协同受力。温度升至250°C、300℃C时,断口处的GP筋颜色从白色逐渐变为焦黄色,但在250°C时仍然较浅;随着温度的升高,破坏处夹杂的絮状物逐渐增多,当试验温度为300°C时,破坏处的条状物已经明显减少,稍显蓬松的絮状物增加。铜川GRG材料这些现象说明,GP筋的黏结胶体由外至内逐渐玻璃化、分解,降低了对玻璃纤维丝的黏结作用,玻璃纤维丝协同工作的能力下降。断口处颜色呈褐色,夹杂少许絮状物,说明黏结胶体在降温后黏结性能有所恢复。

在温度较低时升温速率较大,且100℃、150℃、200℃时温升曲线接近直线,温度高于200℃后温升曲线呈现二次抛物线。铜川GRG材料同样也说明了温度较高时升温速率较小。升温段与ASTM给出的温升曲线是有区别的,且本试验没有测下降段的温升曲线。给出的温升曲线表明温升速率低于20℃/min是满足国家标准的。数据量测和加载制度,本试验主要量测4方面的内容:温度、荷载、与荷载相对应的应变和试件的烧失量,通过荷载可以计算出试件的应力和强度,通过应变可以计算出试件的弹性模量。应变是通过在试件上贴应变片,通过静态应变仪、计算机采集信息,同时试验机可以自动记录整个试件的位移。温度通过温控仪实时显示出来。烧失量通过电子秤在高温前的质量减去冷却至室温时的质量算得。铜川GRG材料当温度升至目标温度并恒温30min钟后,冷却至室温,然后开始加载试验。试验时加载由位移控制,加载速度为4mm/min,至试件断裂破坏,荷载由液压伺服试验机通过计算机实时显示和自动记录。试验现象,表观特征,GP筋的自然颜色为白色,GMP筋的自然颜色为黑色。

高温后GFRP筋的残余弹性模量采用与常温下相同的方法。极限应变通过极限抗拉强度和弹性模量由下式求得。铜川GRG材料各因素对GFRP筋力学性能的影响如下。温度,温度对GFRP筋试件极限抗拉强度、平均弹性模量和平均极限应变的影响。中10mmGP筋极限抗拉强度在温度低于200℃时呈现增加的趋势,在200℃时达最大值,比常温时增加了18.85%,随后开始逐渐降低,小10mmGP筋350℃时极限抗拉强度比常温时降低了5.19%;410 mm gMP筋极限抗拉强度在100℃时达最大值,比常温时增加了9.91%,随后开始逐渐降低,10 mm gMP筋350℃时极限抗拉强度比常温时降低了37.35%;φ12mmGP筋350℃时极限抗拉强度比室温时降低了26.16%,由于GFRP筋材离散性较大,温度对它影响的规律性不明显,并且在试验温度范围内极限抗拉强度有所波动。铜川GRG材料φl0mmGP筋弹性模量温度低于200℃时呈现增加的趋势,200℃时达最大值,比常温时增加了27.63%,随后随温度升高逐渐下降,350℃时比常温时降低了20.29%;φ1 mm GMP筋弹性模量在温度低于300℃时和常温相差不多,350℃时弹性模量急剧降低,比常温时降低了21.4%;φ12mmGP筋弹性模量先降低,随后又有所增加,350℃时比常温时降低了22.44%。
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