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探究温度高的条件下玻璃纤维筋的力学特质

时间:2012-7-24

        数据量测和加载制度本试验主要量测3方面的内容:温度、荷载和与荷载相对应的位移,通过荷载可以得到试件的应力和强度,通过位移可以得到试件的应变和弹性模量。当温度升至预定温度并恒定3h后,进行加载试验。试验时逐级缓慢加载直至试件断裂破坏,加载速度控制在2kNmin-1,每级荷载为2kN,荷载通过50kN穿心千斤顶上部的50kN荷载传感器进行量测和控制。
  室温―高温―室温试验对于加温3.0h然后冷却至室温后再进行试验的试件,破坏形态和过程也具有明显的阶段性。试件破坏时的颜色变化和高温试验时相同。在温度低于190°C时,下降至室温后试件的破坏过程和GFRP筋的室温试验相同,试件均在高温区段内断裂破坏,证明经过室温―高温―室温过程这一区段内的GFRP筋的强度已经有所降低;破断处呈现放射性的条状破坏,说明降温后
玻璃纤维丝之间恢复了粘结,可以共同受力。
  试验结果及分析试件的典型应力应变关系,从中可以看出:直至试件破坏前,这些试件的应力2应变关系基本上是呈理想的线弹性变化的,但在试验过程中发现,在170°C之后,以及室温―高温―室温试验过程中,210°C以上的试件的应力2应变关系曲线有了短暂的下降段,因为试验条件所限,这一过程并未体现在试件的应力应变关系曲线中。
  温度时间强度试验为了研究温度持续时间对GFRP筋材料性能的影响,在230°C时进行了不同恒温时间的试验,试验结果见。从中可以看出:随恒温时间的延长,GFRP筋的强度呈下降趋势,这也体现了粘结胶体逐渐玻化、碳化和热分解的过程;弹性模量的变化和强度的变化基本相对应,但变化幅度很小。
  从中可以看出:随温度的升高,GFRP筋的强度逐渐下降。造成GFRP筋抗拉强度下降的主要原因有3个:①粘结胶体逐渐玻化、碳化和热分解,对于抗拉强度的贡献逐渐变小乃至丧失;②缺少粘结作用,玻璃纤维丝之间的共同工作效果逐渐减弱,导致GFRP筋强度的下降;③玻璃纤维丝本身的强度受到温度的影响而下降。
  从室温―高温―室温试验可以看出粘结胶体对GFRP筋抗拉强度的影响过程:在温度低于170°C时,是粘结胶体逐渐玻化的过程,降温后粘结作用可以恢复,玻璃纤维丝恢复共同工作,而GFRP筋的强度也恢复到室温时的强度;在温度高于190°C时,因为粘结胶体的热分解和碳化加剧,降温后粘结作用已不能恢复,在温度高于210°C时,因为高温和冷却过程对玻璃纤维丝造成的不利影响,GFRP筋的强度比其高温下的强度还要低。
  随温度的升高,GFRP筋的强度和弹性模量均会下降,强度受温度的影响更加明显,在温度高于270°C时,GFRP筋的强度急剧下降。当试件经历高温再恢复到室温后,在温度低于190°C时,GFRP筋的强度可以恢复至室温时的强度,在温度高于190°C时,GFRP筋的强度不能恢复。试件内的粘结胶体在温度低于190°C时,逐渐受热玻化而失去粘结作用,但降温后其粘结性能可以得到恢复,在温度高于190°C时,粘结胶体将会碳化和热分解,其粘结性能不能再恢复。
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