混凝土结构用frp筋耐久性探究进展

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1、混凝土结构用FRP筋耐久性探究进展　　摘要：钢筋锈蚀一直是影响混凝土结构耐久性的一大不利因素，由于FRP本身优良的耐腐蚀性能以及其它特性，使得它成为混凝土结构中的新型材料。本文介绍了FRP筋的特性以及在耐久性方面的研究进展，提出了FRP筋在应用中存在的问题。关键词：FRP筋混凝土结构耐久性中图分类号：TV331文献标识码：A钢筋混凝土结构是目前在土木工程中应用最广的结构类型。其结构有自身的优点，然而随着应用的不断深入，这种结构类型显示出了其致命的弱点：钢筋锈蚀。钢筋锈蚀引起的钢筋混凝土结构的破坏是目前土木工程中普遍存在的最主要问题之一

2、。这就要求应尽快发展经济有效的结构增强方法和新型的高性能结构材料，以延长结构使用寿命，提高结构性能。FRP筋是加强和改善混凝土结构的一种新的优良材料，以其高强、轻质、耐腐蚀等优点，开始在土木工程结构中得到应用，并受到广泛的关注。1.FRP筋的基本特性1.1FRP筋的基本力学性能7FRP筋由高性能纤维和基体材料组成，纤维为增强材料，起加劲作用，基材起粘结、传递剪力的作用。纤维的种类主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和混杂纤维，基材主要有聚酯、环氧树脂、乙烯基酯、聚酯树脂等。根据连续纤维种类的不同，现在常用的FRP筋主要有玻璃纤维增强筋（G

3、FRP筋）、碳纤维增强筋（CFRP筋）、芳纶纤维增强筋（AFRP筋）和混杂纤维增强筋（HFRP筋）。不同类型的FRP筋性能有所不同，但是作为新型复合材料用于土木工程中，它们之间存在较多的共性。其优点主要有：（1)密度小，质量轻。FRP筋的密度一般仅为钢筋的1/6～1/4，有利于减轻结构自重，方便施工。（2)顺纤维方向抗拉强度高。（3)耐锈蚀。（4)电磁绝缘性好。（5)减振性能好。（6)AFRP筋和GFRP筋具有低传热性和低导电性，可用于对传热和导电有特殊要求的场所。（7)作为一种复合材料，FRP筋具有可设计性，可以根据不同的需求加工成

4、性能差异很大的产品。FRP筋也存在一些不足之处，主要有：（1)无塑性。7（2)FRP筋的弹性模量比钢筋低。常用的CFRP筋、AFRP筋和GFRP筋的弹性模量大致分别为钢筋弹性模量的75％、35％和20％。（3)抗剪和抗压强度较低。FRP筋是各向异性材料，轴向抗压、横向抗压和抗剪性能较差，横向抗剪强度仅为纵向抗拉强度的1/10左右。（4)热稳定性较差。（5)成本较高。1.2FRP筋与钢筋耐腐蚀性能对比钢筋锈蚀主要是由于酸性、盐溶液（特别是氯离子）渗入结构物，破坏了钢筋表层的钝化膜使钢筋不断地进行电解反应被氧化而造成的。纤维是FRP筋中的

5、主要受力材料，碳纤维和玻璃纤维的耐腐蚀性能、比强度（拉伸强度/密度）和比模量均优于钢、铝等传统材料，轻质高强的性能十分突出。从基材性能上看，常用FRP筋基材均具有优良的耐腐蚀性，且黏聚力好、抗徐变性能力强，稳定性和适应性良好。因此，与钢筋相比，FRP筋是良好的耐腐材料，它对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力，完全适用于实际工程尤其是沿海工程中。2.FRP筋耐久性研究现状7国内外研究者针对环境对纤维筋耐久性能影响的研究，提出了纤维筋材料性能、纤维筋与混凝土之间粘结性能的退化规律。研究主要考虑的环境因素有温

6、度、湿度变化、化学物质的侵蚀、紫外线照射以及冻融循环等。2.1水和潮湿环境研究发现GFRP筋浸泡在室温下的水和潮湿混凝土中试件强度没有发生明显的变化。在40℃和80℃环境下，试件的抗折强度则分别降低了14%和45%。说明FRP筋在水和潮湿环境下的耐久性受温度影响很大。另一方面，当树脂基体所吸收的水分达到其饱和状态后，GFRP筋的力学性能将不会再下降。2.2酸、碱、盐侵蚀环境国内外学者对酸、碱、盐侵蚀环境下FRP筋耐久性能进行了大量研究，结果表明，在强酸环境中，40℃以下，FRP筋没有发生退化现象，说明了GFRP筋和CFRP筋抗酸性很强

7、。在碱溶液环境作用下，采用模拟加速试验对GFRP筋和CFRP筋观测其劣化程度，碱溶液pH=12.6～13，试验温度为60℃，试验12个月，试验发现碱性环境下AR-GFRP筋的力学性能变化不大，而CFRP筋基本不受影响，说明了FRP筋在碱环境下具有相当好的耐久性。试验表明，在盐溶液环境中经历一年后，发现GFRP筋拉伸强度基本上没有发生变化，而CFRP筋的拉伸强度分别降低了5%和7%。2.3冻融循环环境7研究人员将FRP筋试件在750h内经历250次冻融循环，温度涨落-29～20℃，结果发现冻融循环对FRP筋，尤其是GFRP筋有着明显的不

8、利影响，影响程度取决于冻融循环的次数及温度的变化幅度。欧进萍教授的冻融试验中，在经历50～300次冻融循环-17.8～7℃后，GFRP筋拉伸强度有不同程度的下降，而弹性模量随冻融循环次数呈上升趋势；CFRP筋的拉伸强度和