纳米材料对gfrp筋力学和耐久性能的改良研究

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1、纳米材料对GFRP筋力学和耐久性能的改良研究EXPERIMENTALSTUDYONIMPROVEMENTOFMECHANICALANDDURABILITYOFGFRPBARSINTRODUCEDBYNANOMATERIAL靳祖光哈尔滨工业大学2010年06月国内图书分类号：TU532.3学校代码：10213国际图书分类号：642密级：公开工学硕士学位论文纳米材料对GFRP筋力学和耐久性能的改良研究硕士研究生：靳祖光导师：刘铁军副教授李伟文副教授申请学位：工学硕士学科、专业：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2010年06月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TU532.3U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEXPERIMENTALSTUDYONIMPROVEMENTOFMECHANICALANDDURABILITYOFGFPRBARSINTRODUCEDBYNANOMATERIALCandidate:JinZuguangSupervisor:AssociateProf.LiuTiejunAssociateProf.LiWeiwenAcademicDegreeAppliedfor:Masterof

3、EngineeringSpeciality:CivilEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:June,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要近年来纤维增强复合材料(FiberReinforcedPlastics，简称FRP)筋开始在桥梁、公路、隧道等方面开始得到应用，并且凭借其高强度、轻质、耐腐蚀、抗疲劳、电磁绝缘性等优良的性能，成为有可能替代钢筋在结构中应

4、用的比较有前景的新型材料。其中，由于玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋优良的性能和低廉的成本，在国内外得到了广泛的研究和应用。但是由于FRP筋在实践中应用年限较短，缺乏足够的数据和资料，从而限制了该新型材料进一步的推广和应用，因此GFRP筋的耐久性能，特别是恶劣环境下GFRP筋的力学和劣化机制等问题的研究颇受关注。研究表明，GFRP筋容易经受湿热、碱环境等因素的侵蚀从而导致力学性能的劣化，因此本文考虑采用有机蒙脱土改性聚合物基体来制备Nano-GFRP筋，从而有效提高聚合物保护层的抗腐蚀能力，改善材料的耐久性能。本文的研究内容主要包括以下几部分：(

5、1)根据原位插层聚合法，制备出不饱和聚酯/有机蒙脱土(UP/OMMT)纳米复合材料。试验结果表明：蒙脱土的加入会阻碍凝胶和固化过程，通过X-射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等微观表征技术证明制备的纳米复合材料为插层型，同时蒙脱土的加入会提高材料的热稳定性能，并具有增强增韧作用；(2)通过对纯树脂材料和3wt%纳米复合材料的阻隔性能的研究结果表明：在水溶液浸泡和水汽吸收试验中，纳米复合材料的扩散系数都要低于纯树脂材料，并且都呈现出了一定的非Fick性，同时稳态扩散试验中纳米复合材料扩散系数和吸湿率降低了74%；(3)在工厂环境下制备出

6、普通GFRP筋和3wt%蒙脱土含量的Nano-GFRP筋，通过拉伸试验结果表明，由于制备工艺过程导致了聚合物内部团聚和微裂缝的增多，Nano-GFRP筋的抗拉强度降低。采用加速老化试验方法，通过水溶液的浸泡和干湿循环试验表明，Nano-GFRP筋的劣化速度要低于普通GFRP筋，同时由于材料内部的进一步固化，会导致劣化过程中Nano-GFRP筋强度和弹模的波动变化。关键词：GFRP筋；耐久性；UP/OMMT纳米复合材料；表征；阻隔性能I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractRencently,FiberReinforcedPlastics(F

7、RP)reinforcementisgainingmorepopularityinconstructioninbridges,roadsandtunnels.Duetotheirsuperiorproperties,suchashighmechanicalproperties,light-weight,cossorionresistance,FRPbarbecomeoneofnewalternativematerialsasareplacementfortraditionalsteelbars.GFRPreinforcementattractedr

8、esearchinterestworldwidebecauseoftheirsuperiorpropertiesandlo