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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。青海假山因为高温下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。青海假山当火灾发生时,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。
青海假山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。青海假山实验结果如下。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。
两搭接筋黏结-自由端相对滑移曲线和黏结-加载端滑移曲线有类似的变化趋势,随荷载增大,曲线由线性向非线性过渡。青海假山自由端在荷载较小时,无相对滑移,而加载筋产生滑移较早。荷载继续増加趋近极限荷载时,GFRP筋与混凝土之间的滑移量继续增大且增速加快,黏结-滑移曲线出现明显转折且逐渐趋于平缓。黏结强度影响因素分析,搭接长度,不同搭接长度试件的GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化规律。从中可以看出,黏结强度随搭接长度的增加而降低。显示了直径12mm,混凝土强度等级C35,搭接长度60mm(5d)~360mm(30d),以60mm(5a)梯度变化的无配箍试件黏结强度。青海假山搭接长度为60~180mm时,黏结强度随搭接长度的增加而降低,降低趋势明显,变化幅度较大;而当搭接长度为240~36omm时,黏结强度随搭接长度的增加而降低的幅度有所减小。与变形钢筋与混凝土的黏结类似,GFRP筋与混凝土之间的黏结应力在整个搭接长度范围内分布不均匀,并且搭接长度越大,黏结应力的分布就越不均匀。当发生黏结破坏时,平均黏结应力与最大黏结应力值相差越远,从而造成GFRP筋与混凝土之间的平均黏结强度随搭接长度的增加而降低。
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。青海假山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。青海假山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。
350℃高温后ψ2mmGP筋比φ10mmGP筋的极限抗拉强度增加了27.07%。青海假山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。青海假山由于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。
缠绕玻璃纤维束的GFRP筋能够在40N·m扭矩作用下坚持更长的时间而不发生破坏,这对于GFRP锚杆在边坡、煤矿支护过程中更加有利。青海假山但由于用玻璃纤维束作为缠绕物生产时,纤维束为松散状,容易搅在一起而影响生产的稳定性与连续性,用玻璃纤维带缠绕时不会出现此问题,并且抗扭性能与用玻璃纤维束差不多,均比尼龙绳缠绕的强,综合考虑用玻璃纤维带缠绕的GFRP筋材更适合作为锚杆。腐蚀环境下的力学性能,尽管FRP材料不会像金属那样产生电化学腐蚀,但仍然会在不同的化学环境中(包括酸、碱)发生性能的劣化。青海假山这种劣化随着温度的升高而加剧,由于纤维的“沥滤”作用,其很容易受到碱性和中性溶液的腐蚀,但是在树脂包裹下形成的FRP制品后会有很大的改善,目前国内外对此也开展了一定的研究,AC1440委员会有关研究没有对其产品给出明确的规定,但是强调暴露于环境中的构件,采用GFRP筋进行构件增强时,强度标准值应乘以0.7的安全系数,以作为设计强度。某实验现场取样进行常温化学物质3个月腐蚀性试验。
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