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尤其是保护层厚度从45mm增至60mm,破坏形态从劈裂破坏变化为筋拔出破坏,黏结强度增加显著。重庆GRG材料搭接长度为180mm时,混礙士保护层厚度从30mm变化到60mm,黏结强度依次增加了1.9MPa、2.52MPa,增长率分别为29.19%、3.71%。混凝土保护层厚度从30mm变化至45mm时,黏结强度显著增大,由45mm增至60mm时,增加较小。分析其原因,从混凝土保护层厚度45mm的全部试件劈裂破坏到6mm的部分试件劈裂破坏、部分试件筋拉断破坏,发生的都是非黏结破坏黏结强度均未达到黏结破坏的极限值。混凝土保护层增大,加强了GFRP筋外围混凝土的抗劈裂能力,保护层达到一定厚度时,试件的破坏形态随之变化,非黏结破坏转变为黏结破坏,从而显著提高了试件的黏结强度。混凝土强度,不同混凝土强度的试件GFRP筋与混凝土间的黏结强度变化规律。从中可以看出,黏结强度随着混凝土强度的提高而提高。重庆GRG材料对于搭接长度为120mm的试件,混凝土强度从C30变化至C35,黏结强度增加1.99MPa,增长率为20.45%,增长显著;强度从C35变化至C40时,黏结强度增加2.43MPa,增长率为24.97%,增长较少。
300℃、350℃两个温度时随温度的升高炭化逐步加深,试件中黏结胶体的炭化程度已经很高,可以看出从250℃开始GMP筋表面的颜色变得更黑为直径对拉伸弹性模量的影响规律。重庆GRG材料由数据可知,随着直径的增大,拉伸弹性模量呈增大的趋势,室温试验时12mmGP筋试件比少0mmGP筋的弹性模量逐渐增加了7.9%,350℃高温后试验时中12mmGP筋比10mmGP筋的弹性模量增加了5.1%为直径对极限应变的影响规律。数据可知,随着直径的增加,室温试验时GFRP筋试件的极限应变有少量增加,即直径大的GFRP筋试件的延伸性能好些;然而350℃高温后试验时中12mmGP筋比41mmGP筋的极限应变由于自身的原因随直径的增大有所降低。恒温时间,为了研究恒温时间对GFRP筋试件材性的影响,300℃时进行了恒温30min、60min、90min、120min四个不同恒温时间的试验。可以看出,GFRP筋的极限抗拉强度在恒温60min时达最大值,9omin、120min时比60min时有所降低;重庆GRG材料随恒温时间的增加,拉伸弹性模量逐渐増大;平均极限应变随恒温时间的增加小幅度减小。造成这一结果的原因是随恒温时间的增加,GFRP筋试件炭化、分解越来越严重,所以极限应变随恒温时间的增加降低。
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,重庆GRG材料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。重庆GRG材料直径越大,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。
两搭接筋之间应力的传递,实际是两根受力方向相反的搭接筋通过黏结将力传递给握裹层的混凝土。重庆GRG材料搭接FRP筋之间能够传力是由于FRP筋与混凝土之间的黏结锚固。但由于两根筋之间的混凝土受力复杂,握裹力受到削弱,因此搭接传力比锚固受力差,搭接长度应在锚固长度的基础上加以扩大筋的搭接传力是一种很复杂的相互作用,从黏结机理直接着手进行研究操作复杂,且很难达到较好的效果,国内外研究人员常采用试验方法对其进行研究。目前,所采用的试验方法主要有两种:一是考虑搭接最不利受力情况是在受弯构件的受拉区,截取该区域的搭接筋并理想化为搭接试件,以对拉试验研究其受力性能的搭接对拉试验,此种方法多见用于钢筋搭接性能研究;二是梁式试验,试验对象即为梁构件,模拟最不利情况进行三分点加载,在纯弯段拉区进行搭接,多用于观察研究搭接梁的受弯性能。重庆GRG材料在对FRP筋搭接性能研究中,现有的国外研究常用此种方法。由于我国对GFRP筋的搭接性能研究较少,目前还没有系统的试验数据支持的统一标准。
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。重庆GRG材料因为高温下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。重庆GRG材料当火灾发生时,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。
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。重庆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。重庆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。
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