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安康斗拱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。安康斗拱实验结果如下。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。
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。安康斗拱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。安康斗拱这些现象说明,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。
其中,直径10mm、搭接长度180mm的试件表现为黏结强度与是否配置箍筋无关,安康斗拱主要是因为搭接长度180mm的试件全部发生筋拉断破坏,为非黏结破坏。虽然配箍率对黏结强度影响不大,但配箍试件试验结果离散性小,且破坏表现出一定延性。搭接长度不很大时,配箍率的增大,改善了试件受力不均匀性,限制裂缝开展,加强了GFRP筋外围混凝土的抗劈裂能力。GFRP筋直径,不同筋直径试件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GFRP筋直径的增加。注:表中显示的是混凝土强度C35,搭接长度分别为120mm、180mm,降低率=(GFRP筋直径10mm试件的黏结强度一其他直径试件的黏结强度)度×100%。显示的是混凝土强度C35,搭接长度分别为120mm、180mm,箍筋箍试件的黏结强度。(a)搭接长度120mm试件搭接长度120mm、180mm无配箍试件黏结强度随搭接长度120mm的无配箍试件,从直径10mm、12mm到0.12MPa、0.95MPa,降低率分别为1.01%、8.02%。分析其GFRP筋表面的变形大于其横截面中心的变形,这会导分布不均匀,即剪切滞后现象。安康斗拱直径越大,横截面面积越大,剪切滞后现象就越明显,GFRP筋与混凝土的黏结强度也就会GFRP筋直径越大,包裹在筋表面的混凝土泌水越大,FRP筋与混凝土之间的接触面积减小,造成GFRP筋降低。
GFRP筋试件的破坏均为整体缓慢切断,断口较整齐,且都有不同程度的挤压变形,没有发生脆性剪断,这说明GFRP筋中的树脂性能较好,安康斗拱纵向纤维对横向剪切有一定的作用。结果分析,对不同缠绕方式的GFRP筋进行剪切性能测试,通过理论分析。表面缠绕玻璃纤维東对剪切强度有明显的提高,玻璃纤维束的缠绕使GFRP筋成型时纤维更加紧密,与树脂充分结合,两者的协同工作性更强,从而使GFRP筋的剪切强度得到提高,同时,玻璃纤维束本身对剪切强度也有所贡献。在GFRP筋直径较小时,缠绕两层纤维束的GFRP筋剪切强度明显高于缠绕一层的GFRP筋,但是当直径较大时,两者的差别则不是很明显。安康斗拱玻璃纤维筋在一定工况下会涉及扭矩这个力学指标,这里简单介绍一下玻璃纤维筋进行扭转测试的方法。本试验采用玻璃纤维带缠绕的GFRP筋和尼龙绳缠绕的GFRP筋进行抗扭性能测试测试其扭矩是否符合规范规定的用于煤矿支护的GFRP锚杆的要求。试验设备和试验试样,使用计算机控制扭转试验机,型号是NDW31000。计算机控制电子式扭转试验机主要用于非金属材料扭转性能试验。
当温度达到300℃时,破断处的GMP筋有部分纤维被拉毛;温度达到350℃时破断处也为蓬松的絮状物。安康斗拱说明:①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;②加入阻燃剂对GMP筋高温性能影响不是非常明显,温度低于300℃时破断处的纤维被拉毛的情况较GP筋相同温度少些,但当温度高于350℃时阻燃剂的加入对GMP筋的抗高温性能没有明显的改善。影响因素分析,采用贴应变片的方法量测GFRP筋的应变,只能量测60%~80%极限荷载对应的应变。弹性模量一般取为10%~50%极限荷载对应应变时的弹性模量。是GFRP筋室温和高温后的应力应变曲线。从图中可以看出:室温与高温后的应力-应变曲线相似,直至试件破坏前,这些试件的应力应变曲线基本是呈理想的线弹性,由于应变片只能测得60%~70%极限荷载对应的应变,所以没有下降段。安康斗拱GFRP筋极限抗拉强度和弹性模量以及极限应变的计算方法参照文献中采用的计算高温后GFRP筋的残余极限抗拉强度采用与常温下相同的方法。荷载变形曲线初始直线段(10%Pb~50%Pb)的荷载增量。
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。安康斗拱常温时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,安康斗拱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。
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