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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。兰州GRG材料当试验温度高于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。兰州GRG材料常温下,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。

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。兰州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。兰州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。兰州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。兰州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%。

这些因素都会导致FRP筋材料的性能在火灾中逐步退化,造成FRP筋混凝土结构的破坏,严重威胁使用安全。因此,FRP筋混凝土结构抗火性能的研究对其在土木工程中的应用至关重要,提供这种结构的抗火设计方法和抗火防护措施势在必行。另外,当混凝土结构遭遇火灾后,钢筋或者GFRP筋和混凝土力学性能的劣化可能导致火灾后结构的安全性和耐久性不足,兰州GRG材料需随结构的损伤及剩余承载力进行计算和评估,进而对确定是否能继续服役及灾后加固修复的选择具有重要的现实意义。为了研究火灾环境中FRP筋材料和FRP筋增强混凝土结构的力学性能,保证FRP筋增强混凝土结构在火灾条件下的安全性,国外研究者从20世纪开始进行了尝试性的试验研究和理论分析。但目前国内外对FRP筋混凝土结构的抗火问题还没有系统深入,研究工作的欠缺导致对FRP筋混凝土结构的抗火性能认识不足,缺乏信心,从而影响了FRP筋在工程中的推广应用。兰州GRG材料基于此,本章对钢筋混凝土结构中应用最多的钢筋变形钢筋和钢筋的补充及替代的材料GFRP筋进行高温后力学性能的试验研究。

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,兰州GRG材料随后开始逐渐增大,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。兰州GRG材料造成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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