FRP材料耐久性试验研究.pdf

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1、万方数据22水平轴风机气动性能影响因素研究2008年11月材料耐久性试验研究于峰1，牛获涛2(1．安徽工业大学建筑工程学院，安徽243002；2．西安建筑科技大学土木工程学院，西安710055)摘要：通过普通环境、碱环境和氯离子环境下CFRP的耐久性试验，研究腐蚀环境对CFRP的力学性能的影响。试验结果表明，碱环境下CFRP抗拉强度有下降趋势，弹性模量和极限应变基本保持不变；氯离子环境下，CFRP抗拉强度和弹性模量有增加趋势，极限应变基本保持不变。关键词：纤维复合材料；耐久性；力学性能；试验研究中图分类号：TB33

2、2文献标识码：A文章编号：1003—0999(2008)钢筋混凝土结构经多年使用后，由于侵蚀性介质的不利作用、钢筋锈蚀等，会出现耐久性问题；或因改建、扩建而要求结构构件具有更高的承载力；或因地震作用的影响而使结构构件出现局部损伤现象。因此，从经济等方面考虑，就必须对有关结构构件进行补强加固。纤维复合材料FRP(包括碳纤维复合材料CFRP，玻璃纤维复合材料GFRP，芳纶纤维复合材料AFRP)与传统的加固材料(混凝土和钢材)相比，具有质量轻、强度高，施工方便等优点。但FRP在加固领域应用的时间不长，其耐久性尚未得到证实

3、。在FRP加固混凝土结构的耐久性研究中，FRP材料的耐久性研究相当重要，国外相关资料【I。’表明，CFRP耐久性较好，GFRP耐久性较差。国内有关FRP材料耐久性研究不多。本文通过试验研究普通环境、碱环境、氯离子环境对FRP力学性能的影响。1试验部分1．1试样制作本次试验选用工程加固中较常用的碳纤维复合材料。碳纤维片材的制作过程如下：选择一个平整台面并在上面铺上一层塑料布(环氧树脂与塑料布不粘结)，将预进行抗拉强度试验的碳纤维片材裁剪成长度为300mm、宽度为20mm的条带，将碳纤维条带平整放在台面上，将配好的环氧

4、树脂粘结剂用刷子均匀涂在纤维片材上，在涂刷时，只能单方向涂刷而不能来回涂刷，否则将影响纤维丝的受力均匀性，在一个面上涂抹完毕之后，将纤维片材翻过来涂抹另外一个面。在进行试验前，为防止试样因局部受力而引起试样的提前破坏，需要在试样两端各加收稿日期：2007-04-02基金项目：国家自然科学基金重点项目(50538060)作者简介：于峰(1980一)，男，博士研究生。FRP／CM2008．No．6两片铝片作为垫片，如图1所示，铝片与试样用粘结剂(AB胶)粘结在一起。为检验碱含量较高的地区和海水环境下碳纤维材料的耐久性能

5、，将养护3d后的两组试样(每一组5个试样)分别放入pH值为14的氢氧化钠饱和溶液和氯离子含量为5％的氯化钠溶液中，浸泡lOOd后测定其抗拉强度、弹性模量和极限应变。1．2拉伸试验关于纤维增强复合材料抗拉强度的测定，国内可参考的相关规范有GB／1"3354—1999(定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》，GB／1447—83《玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法》，国外可参考日本的相关试验方法。本文参考日本关于CFRP片材拉伸试验的相关规定和我国GB／T3354—1999《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》中介绍的定向纤维

6、增强塑料测试拉伸强度的试样型式和尺寸，并根据几种纤维片材每股的实际宽度，分别确定碳纤维片材的试样型式和尺寸，试样各部分示意图如图1所示。[,001——,00I．．一——．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J玻璃纤维加强垫片倒角l#圆形舒{丘L=!翌竺!?图1纤维片材拉伸试验试样型式及尺寸图为观测试样在各级荷载下的变形和应变的变化情况，试样采用逐级加载的加载制度。先对试样进行预加载(约为破坏荷载的5％)，检查并调整试样及应变测量系统，使其处于正常工作状态；进入正式万方数据2008年第6期玻璃钢／复合材料23加

7、载阶段，每级加载为破坏荷载的1／10，直至试样破坏。试样典型的破坏方式如图2所示。实测的CFRP力学性能见表l。图2CFRP典型破坏形式表1CFRP实测力学性能CFRP抗拉强度CFRP弹性模量CFRP极限试件破坏荷载／MPa／105MPa应变编号／kN——实测值平均值实测值平均值实测值平均值2结果与分析2．1碱化试验经饱和氢氧化钠溶液浸泡100d后，取出试件，试件表面覆盖一层氢氧化钠白色粉状物，用水洗净后进行抗拉强度、弹性模量、极限应变测试。经过强碱溶液浸泡后碳纤维复合材料的应力一应变关系曲线基本呈线性关系。经过1

8、00d碱化后CFRP的抗拉强度、弹性模量、极限应变的试验结果见表2。图3所示为碱化前后CFRP抗拉强度、弹性模量、极限应变的对比情况。从图中可以看出，CFRP经碱化后，抗拉强度没有降低反而稍有增加，碳纤维弹性模量和极限应变基本保持不变。任慧韬H1做了关于未涂和预涂环氧树脂的纤维复合材料在强碱溶液中的试验，试验结果表明，强碱环境对玻璃纤维复合材料的力学性能影响