模拟海洋环境条件下碳纤维复合材料力学性能试验研究

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1、www.yueqikan.com中国月期刊咨询网模拟海洋环境条件下碳纤维复合材料力学性能试验研究副标题#e#摘要本文主要进行了CFRP材料浸渍于碱溶液、浸渍于盐溶液及经人工老化后的力学性能试验。试验证实，上述几种长期环境条件作用对CFRP的极限强度影响不大，但能显著降低CFRP的极限延伸率，碱溶液浸渍、盐溶液浸渍显著降低了CFRP的弹性模量，而人工老化则几乎没什么影响。试验结果分析证明，应用于加固结构分析的CFRP的应力-应变关系，可应用线弹性关系。关键词海洋环境，碳纤维，力学性能，试验AbstractLong-termmecha

2、nicalpropertiesofCFRPwhichhavebeenexperiencedimmersinginalkalisolution，saltsolutionandlaboratoryfastagingrespectivelybeforetensiontestareresearchedthroughlaboratorytest．TheaboveenvironmentfactorshavealmostnoeffectonultimatestrengthofCFRP，however，canreduceultimateelong

3、ationobviously,whilecanincreasemodulus．TherelationshipbetweenσandεofCFRPiselasticandlinearaspertestresults，andtheconclusioncanbeappliedinanalyzingCFRPstrengthenedstructures．KeyWordsCoastalenvironment；carbonfiber；mechanicalproperty；testing一、前言碳纤维复合材料作为结构中的补强材料，对其力学性能的研

4、究是研究CFRP加固结构性能的重要基础内容之一。由于外界环境对材料性能一般都有一定影响，所以对材料力学性能的研究一般包括对其短期力学性能和长期力学性能的研究。在对CFRP应用于海工混凝土结构加固的研究时，由于海洋环境条件属于严酷环境，因此除要CFRP短期力学性能外，还要根据CFRP所处环境条件对材料性能的影响，研究其在环境条件作用下的耐久性能。根据海洋环境条件下CFRP有可能经历的环境条件作用，本文对CFRP分别进行了以下耐久性试验：（1）人工海水浸渍：在海港码头的水下区，外包加固的CFRP受到海水的长期浸泡；在浪溅区和潮位变动区

5、，外包的CFRP则受到海水干湿循环的交互作用；（2）碱溶液浸渍：众所周知，混凝土材料是呈碱性的，外包CFRP的内表面与混凝土面直接接触，因此CFRP也受到碱性作用；（3）人工加速老化：处于暴露状态的外包CFRP，也会受到阳光中紫外线的照射，再加上干湿循环的作用，这些环境作用一般用室内人工加速老化来模拟。二、试验概况1、试验用材料(1)碳纤维片材：采用CymaxL200-C0.111型碳纤维布。(2)浸渍树脂：采用了市场上比较常见的AralditeXH130A/B（双组分）浸渍环氧树脂，A:B=3:1。2、试件制备按照国家标准[1]

6、[2]的标准制作方法制备碳纤维复合材料拉伸试验的标准试件，试件的构造如图1所示。短期力学性能试件在养护后7天，进行拉伸试验。3、模拟侵蚀性环境作用室内实验主要模拟以下几种环境条件环境：(1)碱溶液浸渍：碱溶液的配制，其主要组分和比例是：1L的去离子水中，118.5gCa(OH)，0.9gNaOH，4.2gKOH。将制备好的CFRP标准试件浸渍于密闭容器中的碱溶液里（见图2），浸渍时间为3个月。1/6www.yueqikan.com中国月期刊咨询网(2)盐溶液的浸渍：由于自然界中海水的浓度一般3-3.5%之间，因此配制了浓度为3.5

7、%的溶液作为人工海水。将制备好的CFRP标准试件浸渍于密闭容器中的盐溶液里（见图3），浸渍时间为3个月。(3)人工加速老化紫外线照射（耐侯性）：参照国家标准[3]，对CFRP进行了2000小时的人工加速老化试验，主要是对CFRP进行氙灯照射和间歇性淋雨（干湿循环）作用（见图4）。4、拉伸试验按照国家标准[4]规定的标准试验方法，对所有CFRP试件进行拉伸试验。拉伸试验设备为T2002-50KN试验机（配套相应的数据采集系统），如图5所示。三、试验结果及分析2/6www.yueqikan.com中国月期刊咨询网1、环境条件长期作用后

8、的CFRP外观变化各组试件在结束环境条件作用后，均用蒸馏水进行了表面清洗，以便进行外观检查。（1）盐溶液浸渍后：与浸渍前的外观相比，除极少数试件有一、两个气泡增加外，大部分试件没明显外观变化。（2）碱溶液浸渍后：与盐溶液浸渍后的结果相近，极少数试件