多因素耦合作用下FRP耐腐蝕性能試驗研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer，F(xiàn)RP)作為一種新型的土木工程材料，在新建與加固結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛。尤其是玄武巖纖維復(fù)合材料(BFRP)，相對低廉的價格以及良好的綜合性能使其應(yīng)用前景更為廣泛。一種新型材料能否長期適用于土木工程結(jié)構(gòu)，耐久性是一個重要的參考指標(biāo)，而對于FRP來說，耐腐蝕性能是被重點(diǎn)關(guān)注一種耐久性能，然而相關(guān)研究卻比較少，因此對其研究顯得更為迫切。
　　FRP作為一種復(fù)合材料，它

2、是由纖維、樹脂以及纖維樹脂之間的界面層共同組成的，其腐蝕機(jī)理相對于其他由單一成分構(gòu)成的物質(zhì)更為復(fù)雜。目前國內(nèi)外研究大多是把FRP作為一個整體來研究其耐腐蝕性能，而沒有從其組成成分著手，這樣將無法從根本上了解FRP的耐腐蝕機(jī)理，也無法提出可靠的改進(jìn)方案：另外FRP的耐腐蝕使用壽命也是一個亟待研究的課題，只有了解了各種環(huán)境因素作用下FRP的性能退化規(guī)律，從而對其使用壽命進(jìn)行預(yù)測，F(xiàn)RP才有可能被廣泛應(yīng)用。本文從這兩個方面入手對FRP的在各種

3、溶液下的耐腐蝕性能進(jìn)行了研究。重點(diǎn)研究BFRP的耐腐蝕性能，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)做對比研究，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下。FRP在溶液中腐蝕機(jī)理研究部分：
　　1.對環(huán)氧樹脂、玄武巖纖維(B纖維)、碳纖維(C纖維)、玻璃纖維(G纖維)及BFRP片材、CFRP片材、GFRP片材分別在水、鹽、堿、酸溶液中進(jìn)行耐腐蝕試驗，可知環(huán)氧樹脂的耐腐蝕性能較好，B纖維與G纖維在溶液中的耐腐蝕性能較差，尤其是堿

4、、酸溶液中浸泡66天就基本喪失強(qiáng)度；同時溫度及腐蝕齡期等因素對纖維腐蝕程度有較大影響；C纖維的耐腐蝕性能比G纖維和B纖維均好很多。纖維經(jīng)過樹脂浸漬形成FRP片材后，耐腐蝕性能雖有明顯提高；但力學(xué)性能下降仍比較明顯，且堿溶液與酸溶液對片材腐蝕程度程度要明顯大于水和鹽溶液。溶液對彈性模量影響較小，且無明顯規(guī)律可循，其原因主要是溶液對纖維的損傷未達(dá)到使其彈模降低的程度；
　　2.測量纖維在各種腐蝕溶液中的質(zhì)量損失，可知纖維力學(xué)性能退化與

5、其質(zhì)量損失存在很大關(guān)系：利用電子顯微鏡觀測FRP及纖維腐蝕前后的微觀變化，得知試件腐蝕后力學(xué)性能的退化原因可一定程度上從微觀形貌上表現(xiàn)出來；同時對纖維進(jìn)行能譜分析，從微觀角度探索纖維及FRP在溶液中的腐蝕機(jī)理；
　　3.根據(jù)對FRP腐蝕機(jī)理的理解提出合理的改進(jìn)措施，并對改進(jìn)后的FRP進(jìn)行拉伸試驗，試驗結(jié)果表明這些改進(jìn)措施能較好的提高FRP的耐腐蝕性能。
　　FRP筋在溶液中性能退化規(guī)律及壽命預(yù)測部分：
　　1.對不同直

6、徑。不同溫度下BFRP筋材在堿溶液環(huán)境中的耐腐蝕性能進(jìn)行試驗，考察了溫度、尺寸效應(yīng)對腐蝕程度的影響，同時考察了水與堿溶液對筋材不同的腐蝕程度，并以CFRP的腐蝕試驗結(jié)果作對比分析；試驗結(jié)果表明堿溶液環(huán)境下，F(xiàn)RP筋材直徑越大，強(qiáng)度退化程度相對越小，溫度越高，筋材的腐蝕越嚴(yán)重，且兩種因素有一定耦合效應(yīng)；堿溶液對BFRP筋抗拉強(qiáng)度的腐蝕程度大于水，但均對筋材彈性模量影響均較??；水和堿溶液中CFRP筋抗拉強(qiáng)度基本未退化，但BFRP筋的彈性模量

7、穩(wěn)定性比CFRP筋好；
　　2.設(shè)定0、0.3fu、0.6fu三個應(yīng)力水平以考察應(yīng)力因素對FRP筋材腐蝕程度影響；試驗表明應(yīng)力作用會增大溶液對BFRP筋的腐蝕程度，尤其會加大BFRP筋腐蝕初期的抗拉強(qiáng)度退化程度，CFRP筋由于其耐腐蝕性能好且彈性模量較高，故受應(yīng)力影響較小；
　　3.考察BFRP筋在實際混凝土環(huán)境中以及室內(nèi)自然環(huán)境下的耐腐蝕性能，可知BFRP筋在實際工程中有良好的應(yīng)用前景；
　　4.對筋材的吸濕性能以及