镇江城市建设产业集团有限公司 江苏镇江 212000
摘要：FRP筋由于韧性极高、耐久性和耐腐蚀性良好能够较好的弥补钢筋混凝土的不足，因而被广泛应用桥梁、海港码头等特殊环境，应用前景十分广阔.本文首先对FRP筋的特点和应用进行概述，其次经过拉伸测试探讨了高温情况下FRP筋的纵向拉伸机能，希望能给予相关行业工作者一定帮助。
关键词：高温；FRP筋；拉伸性能
1. FRP筋的概述
1.1FRP筋的特点
FRP筋是纤维增强聚合物筋的英文简称，由许多高强度的纤维束经过树脂物质形成的一种复合粘结的材料。FRP筋中纤维是主要的受力体，并且FRP筋随着纤维含量变化物理性质也将有所改变。
1.2FRP筋的应用
FRP筋作为一种新兴修筑原料，虽然有诸多优点，能够弥补钢筋的很多不足，但是也有着很多局限性，因此常常被运用在以下特殊情况中。如应用于除盐路面，为缓解路面冰冻的情况，最为方便快捷的方法就是撒大量的除冰盐在桥梁路面上，但是由传统钢筋混凝土构成的桥梁很容易被除冰盐腐蚀。但是FRP筋完全可以避免这一问题，从而提高桥梁建筑的使用年限。还可应用于海港码头等沿海建筑，因为海水和海风都可以造成建筑物或者其中的钢筋发生锈蚀，目前，FRP筋普遍被应用于临海或涉水的海上构筑物中。另外还可用于防腐建筑地下工程、导电性低和非磁性范畴的部件中。
2.试验设计
2.1实验材料和参数
试验材料和参数使用湖南某公司出产的8毫米GFRP筋。试验温度分别为：室温，70，150，170，220，270，350℃，控制时间为5h。另外，对直径都是8mm的BFRP和GFRP在300℃的温度下，时间分别0.5，1.0，3.0，6.0h，来探讨温度相同时刻不同情况下的FRP筋纵向拉伸性能。为了增强实验结果的说服性，每组都进行多次试验。
2.2试件设计与试验方法
依据美国AC《纤维增强聚合物增强混凝土结构实验方法指南》来开展FRP筋的拉伸试件的设计和制作。对常温情况下和高温作用后的FRP筋试件都要展开拉伸实验。在不小于270℃的高温下，采用某GWL系列高温炉加热装置，设置温度上升速率为6℃／min，当温度保持在设置温度时，并且火炉内部温度上下波动范围不超过4℃时，进行FRP筋拉伸试验。由实验设备的数据收集体系获得实验结果。
3.试验结果及分析
3.1试件破坏形态
当热度逐渐上升，GFRP筋和BFRP筋的颜色从室温下的浅灰黑色和浅亮黑色都逐渐加深。FRP筋在温度低于250℃时，仍然处于较稳定状态，但是当360℃高温时，表面颜色变成了炭黑色、粘结树脂也逐渐脱落、为红褐色的纤维束也因此裸露在外、筋体呈现弯曲。之后对其进行拉伸试验，全部呈现坑蚀、撕裂、折断和炸散四种拉断受损状态。
3.2试验结果分析
3.2.1温度对FRP筋拉伸机能的影响
通过分析数据，可以得出结论为：有两个临界温度数值，分别是黏结树脂的玻璃态分化温度和黏结树脂热分解温度。当温度低于前者温度时，玻璃状态的树脂性能与常温并无太大差异，抗拉强度也没什变化；当温度处于两者之间并且逐渐增加时，黏结树脂玻化程度逐渐加深，其抗拉强度随着纤维强度的减弱而逐渐增强，当温度为室温状态下时它具有黏结作用，一定程度上可以促使FRP筋恢复到室温状态下；当温度高于后者时，黏结树脂逐渐氧化而发生碳化分解，树脂的黏结性无法逆转，抗拉强度急剧下降。因此即使温度到室温也不能有所恢复。
3.2.2FRP筋直径对其高温后拉伸机能的影响
由理论知识可知，随着FRP筋直径逐渐增大，连轴中心附近的纤维拉应力相较于远距离轴心处较远的纤维越小，抗张强度理论上与直径的大小呈现负相关的关系，这种情况被称为剪切滞后效应。但是本文实验结果恰好与该理论相反。随着FRP筋直径不断变大，筋的抗拉强度幅度较小的部位呈现增大趋向。该现象的产生的主要原因是FRP筋存在凸肋，表面纤维发生波浪式弯曲，因而纵向承接纤维的数目逐渐变少，承受能力也变低。表2显示，在270℃情况下 FRP筋的受损面积随着直径的减小就逐渐增大。因而高热度作用后BFRP筋的抗拉强度降幅逐渐增长。结合两个表得出结论，各温度作用后不同直径的BFRP筋的弹性模量和极限应变之间呈现线性无关的状态。
3.2.3FRP筋类别对其高温后拉伸机能的影响
控制其他变量不变的情况下，不同种类的FRP筋的抗张强度和极限应变都不同，这是因为不同纤维丝之间的抗张强度、弹性模量都存在明显差异。结合表2分析，相同粗细的BFRP筋和GFRP筋因为由不同的纤维材料所形成，前者纤维的耐高温性由于后者，这就直接决定当两者处于同一环境时，随着温度的逐渐增加，虽然两者的抗拉强度都呈下降趋势，但是前者下降程度高于后者。
3.2.4保温时间对FRP筋拉伸机能的影响
保温时间不同情况下FRP筋的抗张强度、弹性模量和极限应变。根据下图可以得知FRP筋的抗张强度、极限应变随着恒温时刻的增长两者都出现降落的趋向，且在半小时内达到下降速度最快，之后下降速度逐渐变慢；弹性模量整体上先快速增加后增加变慢。根据这点可以猜测，在270℃高温作用下，FRP筋在半小时之内就开始进行了玻化、热分解，并且随着实践时间的增长，玻化和热分解的程度也逐渐增强。
结语
综上所述，由实验结果得出主要结论如下：根据应力－应变联系曲线，高温作用后的 FRP筋的韧性与常温状态下的区别并不大；FRP筋的抗张强度和极限应变与温度变化呈现负相关的趋势，与直径的变化呈现微弱的正相关趋势；BFRP筋直径对弹性模量和极限应变与温度的变化呈现线性无关的趋势，两者之间并不能相互影响；高温作用对类别不同的FRP筋的影响程度也有差异；在270℃高温作用下，FRP筋在半小时之内就开始进行变化，并且随着实践时间的增长，玻化和热分解的程度也逐渐变大。
参考文献：
[1]王小伟. 带包覆层FRP筋增强混凝土梁耐火性能研究[D].东南大学，2016.
[2]李趁趁. 高温后FRP筋与混凝土粘结强度计算[A]. 中国土木工程学会FRP及工程应用专业委员会.第九届全国建设工程FRP应用学术交流会论文集[C].中国土木工程学会FRP及工程应用专业委员会：2015：4.
[3]李趁趁，王英来，赵军，钱辉.高温后FRP筋纵向拉伸性能[J].建筑材料学报，2014，17（06）：1076-1081.
[4]王英来. 高温后FRP筋拉伸性能及其与混凝土粘结性能试验研究[D].郑州大学，2013.
论文作者:田飞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
标签：温度论文; 高温论文; 纤维论文; 抗张强度论文; 抗拉强度论文; 直径论文; 弹性模量论文; 《基层建设》2018年第21期论文;