混凝土结构用热塑性FRP筋基本力学性能研究

摘要

纤维增强复合材料（FRP）因其轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等诸多优点，在土木工程领域中得到了广泛应用。目前，对FRP材料的应用主要采用热固性FRP，但是因为其不具备二次加工性能导致材料固化成型后形状无法再次改变，在施工现场完全不具备再加工能力，FRP箍筋和弯筋等只能通过工厂预制生产，同时热固性FRP普遍存在硬脆、耐冲击性差、固化成型周期长、难以回收再利用、环境适应性差等缺陷。针对热固性FRP存在的诸多不足，本文研究开发了一种以热塑性环氧树脂为基体材料、新型绿色环保的玄武岩纤维为增强材料的热塑性BFRP筋。重点研究了热塑环氧BFRP筋的生产工艺、基本力学性能、耐碱腐蚀性能、与混凝土的粘结性能、二次弯曲理论与工艺及弯筋的力学性能。具体研究内容及成果如下： 1.热塑性FRP筋生产工艺研究。通过对传统热固性FRP筋拉剂工艺的改进，确定了适合热塑性FRP筋生产的溶液法拉剂工艺；通过制作三种不同浸胶纱分析了FRP筋内部残留溶剂对其力学性能的影响。 2.热塑性FRP筋基本力学性能研究。对热塑性BFRP筋分别进行了拉伸性能、层间剪切性能、双剪性能试验，并与热固性BFRP筋、热塑性GFRP筋进行对比。结果表明：热塑性BFRP筋的抗拉强度与弹性模量均与热固性BFRP筋相当，但是层间剪切强度及双剪强度均明显较低；同时热塑性BFRP筋三项力学性能均优于GFRP筋。 3.热塑性FRP筋耐碱腐蚀性能研究。对热塑性BFRP筋进行了不同温度下的高温加速耐碱腐蚀试验，并与热固性BFRP筋、热塑性GFRP筋进行对比。结果表明：热塑性BFRP筋耐碱腐蚀性能优于GFRP筋；但是与热固性BFRP筋相比，耐碱腐蚀性能明显较差；SEM观测结果显示热固性BFRP筋只在截面外侧边缘发生了树脂与纤维界面脱粘导致纤维完全松散的情况，而热塑性BFRP筋未出现明显的纤维松散，但是整个横截面均存在由于界面脱粘导致的明显孔洞和裂缝。 4.热塑性FRP筋与混凝土的粘结性能研究。采用单向轴心拔出试验对热塑性BFRP筋与混凝土的粘结性能进行了试验研究，考察了混凝土强度等级、肋纹表面形式、直径等参数的影响，并与热固性BFRP筋、热塑性GFRP筋、钢筋等进行了对比。结果表明：提高混凝土强度等级可以适当提高粘结强度；表面肋纹形式对热塑性BFRP筋与混凝土的粘结性能影响较大，一体化深肋纹试件粘结性能最优；热塑性BFRP筋与混凝土的粘结性能优于GFRP筋；与热固BFRP筋相比，两者与混凝土的粘结性能相当。 5.热塑性FRP筋弯曲工艺及性能研究。针对热塑性FRP筋具备二次加工性能的突出特点，开展了对弯曲工艺及力学性能的系列研究。建立了计算FRP弯筋弯曲部位强度的宏观力学模型；开发了一种适合热塑性FRP筋二次弯折的简易弯曲装置；对FRP弯筋进行了拉伸力学性能试验，结果表明：热塑性BFRP弯筋弯曲部位强度保留率与直径d成反比，与弯曲半径r/d成正比，同时热塑性FRP筋弯曲部位强度保留率略低于热固性FRP筋；分别采用规范经验公式和宏观力学强度模型对弯曲部位强度进行理论计算，并与试验结果进行了对比分析。

目录

第一个书签之前