纤维增强聚合物筋耐久性试验研究

论文摘要

纤维增强聚合物筋(Fiber Reinforced Polymer Rebar,简称FRP筋)是解决钢筋锈蚀问题的新途径之一,它是一种具有轻质、高强、耐腐蚀等特点的新型复合材料。目前国内外学者已对FRP筋的耐久性进行了一部分研究工作。但大多数研究的是玻璃纤维增强聚合物筋(Glass Fiber Reinforced Polymer Rebar,简称GFRP筋)的耐久性,对玄武岩纤维增强聚合物筋(Basalt Fiber Reinforced Polymer Rebar,简称BFRP筋)耐久性的研究较少。同时,在长期自然环境中FRP材料的耐久性研究的也非常有限。鉴于上述,本文通过人工快速老化和自然老化试验,对GFRP筋和BFRP筋的耐久性进行了较为系统的研究,主要包括以下几方面的研究工作：1、对试验室环境下的FRP筋进行拉伸性能和剪切性能研究,测定了FRP筋的破坏形式、拉伸强度、弹性模量、极限应变及剪切强度。结果表明：实际直径与名义直径及其对应的实际拉伸强度和名义拉伸强度相差较大,在研究FRP筋的耐久性时,采用的是实际直径对应下的拉伸强度即实际拉伸强度；FRP筋在拉伸过程中的破坏形式与直径有关,即直径越大,其破坏形式越接近炸散式；FRP筋的拉伸或剪切强度也与直径有关,即直径越大,拉伸或剪切强度越小；试验过程中测出的FRP筋的弹性模量与厂商提供的值(35GPa—41GPa)是一致的；FRP筋的极限应变几乎不受直径的影响,但其受强度的影响较大。2、研究了加速老化环境(酸、水、碱、盐溶液)对FRP筋耐久性的影响。结果表明：FRP筋的强度与时间成反比,时间越长强度降低的程度越大：同种直径的FRP筋,BFRP筋的拉伸强度在酸环境强度下降较大,GFRP筋的拉伸强度在水环境中强度下降较小,FRP剪切强度的下降规律大体与其拉伸强度一致；GFRP筋在酸环境中的弹性模量,随直径的增加而增加,而BFRP筋却与之相反。3、研究了自然老化环境对FRP筋耐久性的影响。结果表明：随着时间的增长,FRP筋的拉伸强度和极限应变大体呈现出降低的趋势,而弹性模量的变化则与之相反；FRP筋的剪切强度也呈现出降低的趋势,并且降低的程度与强度有关,即强度越大,降低的程度越小。4、根据对现有FRP筋耐久性能评价模型的研究成果的对比分析,结合本试验研究成果,对一种较为合理的FRP筋耐久性评价模型进行了改进,用于评价组成更为复杂的FRP筋的耐久性。

论文目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 纤维增强聚合物筋耐久性研究现状

1.2.1 纤维增强聚合物筋简介

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 国内研究现状

1.2.4 存在的问题

1.3 本课题主要研究内容

2 FRP筋耐久性试验概况

2.1 前言

2.2 FRP筋试验简介

2.2.1 试验环境条件

2.2.2 FRP筋拉伸试件与剪切试件设计与制作

2.2.3 试验材料

2.3 FRP筋试验方法及设备

2.3.1 FRP筋拉伸试验方法及设备图

2.3.2 FRP筋剪切试验方法及设备

3 FRP筋耐久性试验研究

3.1 前言

3.2 FRP筋的名义直径与实际直径

3.3 试验室环境下FRP筋的拉伸性能和剪切性能试验研究

3.3.1 FRP筋的拉伸性能试验研究

3.3.2 FRP筋的剪切性能试验研究

3.4 人工加速老化试验对FRP筋耐久性影响研究

3.4.1 酸性环境对FRP筋力学性能的影响

3.4.2 水环境对FRP筋力学性能的影响

3.4.3 碱性环境对FRP筋力学性能的影响

3.4.4 人工海水环境对FRP筋力学性能的影响

3.5 自然老化试验对FRP筋力学性能的影响

3.5.1 自然老化试验

3.5.2 主要试验结果

3.5.3 试验结果分析

3.6 环境因素对FRP筋力学性能的影响分析

3.6.1 不同环境下的试验方案

3.6.2 主要试验结果

3.6.3 试验结果分析

3.7 FRP筋耐久性设计方法

3.8 本章小结

4 FRP筋耐久性评价

4.1 前言

4.2 FRP筋耐久性评价

4.2.1 FRP筋耐久性评价流程

4.2.2 力学性能衰减模型的建立

4.2.3 单一环境因素下力学性能衰减模型

4.2.4 多种环境因素下名义力学性能衰减模型的叠加

4.2.5 快速老化试验和自然老化试验对应关系分析

4.2.6 未知材料耐久性评价

4.2.7 耐久性指标的计算

5 结论与展望

5.1 本文研究的结论

5.1.1 人工加速老化试验的主要结论

5.1.2 自然老化环境的主要结论

5.1.3 FRP筋的耐久性评价

5.2 展望

参考文献

致谢

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