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1、第2 6 卷第l 期 2 0 0 5 年2 月 纺织学报 J o u m a l0 f7 r e x t i l eI k s e a r c h V 0 1 2 6 N o 1 F b b 2 0 0 5 A F R P 一水泥砂浆体系的耐热性能 熊杰1 ，萧庆亮1 ，许淑燕2 ，俞巧珍3 ，徐新建1 ( 1 浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，浙江杭州3 l o o l 8 ； 2 杭州职业技术学院，浙江杭卅I3 1 0 0 1 8 ；3 嘉兴学院服装与艺术设计分院，浙江嘉兴3 1 4 0 0 1 ) 摘要测试了经不同温度条件处理的A F R P 一水泥砂浆体系的抗弯性能，
2、探讨了温度对A F R P 水泥砂浆体系抗弯 性能的影响。结果表明：在6 0 、1 5 0 、2 0 0 下，A F R P 水泥砂浆的抗弯断裂载荷随着作用时间的延长而逐渐上升，在 2 5 0 下其抗弯断裂载荷随着作用时间的延长而下降，A F R P _ 水泥砂浆在6 0 、1 5 0 、2 0 0 和2 5 0 下的抗弯断裂载荷都 低于常温，并且随着温度的上升而显著下降；破坏模式随着温度的升高从积累性破坏向突发性破坏转变。 关键词纤维片材；A F R P ；水泥砂浆；温度；抗弯断裂载荷 中图分类号：T u5 2 8 5 9文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0
3、 5 ) 叭0 0 5 9 0 3 H e a tr e s i s t a n c eO fA F R P c e m e n tm o r t a r X I O N GJ i e l ，X U 0Q i n g 1 i a n 9 1 ，X US h u y a n 2 ，Y UQ i a o z h e n 3 ，X UX i n j i a I l l ( 1 研如60 ，A d m 聊e d7 h f 泷膳口砒如。谢讹n 西以M 昭 锄矿埘衄，z k 洳，l g i 哪s 盼矿曲n c e 口以扎矾M z 0 ， 肌愕勘u ，z 研i 。，l g3 1 0 0 1 8 ，吼i M
4、；2 舰碍勘c o 如g e 矿仡c n 如H 如肋妇y ，肌孵幻，Z k 洳n g3 1 0 0 1 8 ，吼打m ； 3 肋蠡如M fc o f 妇o ，c f 0 棚昭口以A H 如话m ，J 扎“i n gc o z 垤e ，J i 昭i n g ，z 心洳昭 3 1 4 0 0 1 ，吼i ) A 瞻t r a c t。I h el l e x u m lr e s i s t a n c ep r o p e n i e so fA 壬R P c e m e n tm o r t a rt r e a t e du n d e rd i 雎r e n tt e m p e m t
5、u r e sw e r es t u d i e db ym e a n sd t h r e e p o i n tb e n d i n gt e s t T h ee x p e r i m e n t a lr e s t d t si n d i c a t e d 山a t 山en e x I 】：r a lr e s i s t a I l c es t r e n g 山o fA F R P - c e m e n tm o r t a ri n c r e a s e s w i t ht l l et e m p e r a t u r er i s i n gb e l
6、 o w2 0 0 B u ti tb e 百n st 0d e c r e a s ew h e n 山et e m p e r 8 t u r er i st o2 5 0 a n dt e n d st oe q u i l i b r i u m A t 印，1 5 0 ，2 0 0a n d2 5 0 r e s p e c t i v e l y ，t h e s en e x u r a Jr e s i s t a n c es t r e n g t I li sl o w e rt I l a nt I l e s ea tr o o mt e m p e m t u r
7、e ，蚰do b v i o u s l y d e c r e a 8 e sw i t ht h er i s i n go ft e m p e r a t u r e W i t l l 山er i s i n go ft e m p e r a t u r e ，m ef h c t u r em o d e l s0 fA F R P - c e m e n tm o r t a rt a k eat u m f 而ma c c u m u l a t i o nf h c t u r ew i 山d u c t i l i t yt 0b r i m ec o 印8 e K e
8、yw o r d s 孙e rs h e e t s ；A 豫P ；c e m e mm o 栅? ；t e m p e m t u r e ；n e x u r a lR e s i s t a I l c es t r e n g t 量l 纤维增强复合材料( F R P ) 由于具有高比强度、 高比模量和良好的抗腐蚀性等优点，在建筑领域颇 受关注，应用日益广泛。 目前，F R P 应用于建筑物的增强加固主要有2 种形式：一是内部增强，类似于普通的钢筋；二是粘 贴在建筑物构件的外部用于加固和修复。已有的研 究一1 表明，在第二种形式下，F R P 加固建筑物结构 的力学性能在常温下是较好的
9、，但其在高温下力学 性能的数据及资料仍然缺乏。 火灾是人类最大的灾害之一，特别是房屋建筑， 一旦失火，必将危及人民的生命财产安全，所以， F R P 在建筑领域中的防火耐热设计方法是十分必要 的。本文基于这一情况，对A F R P 水泥砂浆在热环 境中的抗弯性能进行探讨。 1 实验部分 1 1 原材料 普通硅酸盐水泥，S L l 0 3 早强高效减水剂，标准 砂；环氧树脂( E 4 4 ) ，聚酰胺树脂6 5 0 ，无水乙醇，丙 酮，硝酸，偶联剂z H l 3 0 1 ，滑石粉；芳纶纤维，规格如 表1 所示。 表l 芳纶纤维的规格 1 2 试样的制备 1 2 1水泥砂浆的制备水泥、标准砂和水按
10、 2 ：6 ：1 称取，s L l 0 3 减水剂掺量为水泥质量的2 5 。 基金项目：浙江省经贸委产学研工程项目( 浙经贸技术 2 0 0 2 6 4 7 4 8 ) 作者简介：熊杰( 1 9 6 5 ) ，男，教授，博士。主要从事纺织材料与纺织复合材料的教学与研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【6 0 】 纺织学报2 0 0 5 年第1 期 先拌和水泥与s L l 0 3 减水剂约1m i n ，然后加入标准 砂，再搅拌2I I l i
11、n ，最后加入自来水，充分搅拌2I I l i n 后用于制作砂浆。砂浆在模具里成型4 8h 后在水 中养护5d 。最后，水泥砂浆在室温下自然干燥备 用。砂浆的制备条件按G B7 8 9 7 1 1 9 8 7 规定，尺寸 为4 0m m 4 0m m 1 6 0m m 。 1 2 2 纤维片材的制备把芳纶纤维排成单向连 续的无纬布，在其正反面分别覆盖一层涂有树脂的 聚酯网格，用热压机热压成型，工艺参数为：温度 1 0 0 ，压力3 5M P a ，成型时间3s ，形成结构稳定 的柔性片材，并经氧气冷等离子体处理，处理条件 为：发射频率1 3 5 6M H z ，气体压力4 0P a ，功率8
12、 0w ， 处理时间2 0I l l i n 。芳纶纤维片材的规格如表2 所示。 表2 芳纶纤维片材的规格 1 2 3 粘贴纤维片材粘贴前，先清除水泥砂浆表 面的浮灰，并用丙酮清洗粘贴面，在粘贴面上铺覆一 层很薄的滑石粉，以填平粘贴面上微小的凹穴，再涂 上环氧树脂胶，分别把已表面处理和不处理的纤维 片材粘贴在水泥砂浆上，为了避免树脂固化后产生 气泡，粘贴后的试样在常温下抽真空1 5 2 0I I l i n ，在 室温下固化7d 后进行测试。环氧树脂和聚酰胺树 脂按1 ：0 8 称取，再加少量无水乙醇配制成环氧树 脂胶。 1 3 实验方案 A F R P 一水泥砂浆在恒温干燥箱中加热，共1 6
13、 组， 4 8 个样品。加热温度分别为6 0 、1 5 0 、2 0 0 和2 5 0 ， 每一温度的持续时间分别为3 、6 、1 2 和2 4h 。 1 4 测试方法 按G B7 8 9 7 2 1 9 8 7 规定，本研究用试件的最大 断裂载荷来表征其抗弯性能。试件为每组3 个，试 验结果按每组3 个有效测试值的算术平均值评定。 试件在型号为R G M 2 0 0 A 的微机控制电子万能试验 机上进行三点弯测试，跨度1 0 0m m ，试验速度 1 0m I I l m i n 。界面剥离时的破坏形貌采用M o t i cK 7 0 0 z 体视显微镜观察。 2 结果与讨论 2 1 不同温
14、度和时间下A F R P 水泥砂浆的抗弯断 裂载荷 图1 反映了不同温度下A F R P 水泥砂浆最大断 裂载荷与处理时间的关系。就A F R P 水泥砂浆体系 而言，在升温过程中内应力的释放和水泥砂浆的自 蒸过程对体系的强度都有所贡献，但是芳纶的拉伸 强度及模量却随着温度的升高而显著下降，所以在 6 0 、1 5 0 时，A F R P 水泥砂浆体系抗弯断裂载荷与 常温相比依次降低，温度升高到2 0 0 时，由于树脂 基体发生降解，更进一步加剧A F R P 力学性能的下 降，因此所对应的A F R P 水泥砂浆的抗弯断裂载荷 远低于常温下的体系抗弯断裂载荷。当温度继续升 高到2 5 0 时
15、，树脂基体发生玻璃化转变并进一步 降解，同时水泥砂浆的强度也降低。此时，A F R P 与 水泥砂浆间的粘结强度已经很弱，A F R P 几乎对水泥 砂浆失去约束加固作用，所以该温度下A F R P 水泥 砂浆的抗弯断裂载荷比水泥砂浆的抗弯断裂载荷 还低。 蚤 榷 | 斟 时同h 图1 不同温度下时间与抗弯断裂载荷曲线 2 2 不同温度下A F l 冲水泥砂浆的破坏模式 A F R P - 水泥砂浆在常温下的受弯破坏是由2 条 斜向裂缝引起的，其破坏模式为具有一定延性的积 累性破坏拍1 ，但这破坏模式在较高温下却发生了变 化，图2 是不同温度下A F R P 水泥砂浆的受弯破坏 图。A F R
16、 P 水泥砂浆在高温下的破坏模式与C F R P 水泥砂浆的基本相似J ，惟一不同的是1 5 0 下的 破坏模式提前转变。原因是水泥砂浆与树脂间的粘 接强度在较高温的作用下降低了。A F R P 水泥砂浆 在受弯过程中，当载荷达到一定水平时，则首先在压 头作用应力集中的截面处水泥砂浆浅层产生裂缝， 接着裂缝扩展至A F R P 与水泥砂浆的粘结界面，此 时如果A F R P 与水泥砂浆的粘结强度足够高，则随 着挠度的进一步增加，A F R P 一水泥砂浆体系承担的 载荷逐渐累积增加，在水泥砂浆中又产生新的裂缝 并扩展，直到构件失去承载能力，表现为一先一后的 2 条斜向裂缝引起破坏；如果A F
17、R P 与水泥砂浆的粘 结强度不足，则当裂缝扩展至A F R P 与水泥砂浆的 粘结界面时，破坏就会沿着该界面扩展，直到构件失 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第1 期 纺织学报【6 1 】 去承载能力，表现为一条斜向裂缝引起破坏；如果 A F R P 与水泥砂浆的粘结强度严重不足，此时A F R P 对水泥砂浆的约束加固作用已经很弱，所以构件在 受弯过程中类似于水泥砂浆的受弯破坏，表现为一 条竖向裂缝的破坏模式。 ( a ) 6
18、 0 ( c ) 2 0 0 f d ) 2 5 0 图2 不同温度下A F R P 水泥砂浆的受弯破坏图 ( a ) 6 0 ( b ) 1 5 0 亿) 2 0 0 ( d ) 2 5 0 图3 不l 司温度FA F R P 与水泥砂浆发生界面剥离时的破坏形貌 图3 反映了不同温度下A F R P 与水泥砂浆发生 界面剥离时的破坏形貌。由图3 可见，A F R P 一水泥 砂浆在6 0 时受弯破坏后，A F R P 表面上粘结着一 浅层水泥砂浆，而在1 5 0 时破坏后，A F R P 表面上 粘结着的水泥砂浆很少。当其在2 0 0 、2 5 0 被破 坏时，A F R P 表面上可以清楚
19、看到有裸露的纤维，证 明此时芳纶与树脂基体间的界面破坏严重。所以， A F R P 水泥砂浆在6 0 时的破坏模式与常温下的相 同，但在1 5 0 、2 0 0 和2 5 0 时，其破坏模式则转变为 突发性的脆性破坏，在1 5 0 时A F R P 与水泥砂浆 间的界面破坏严重，2 0 0 、2 5 0 时A F R P 与水泥砂浆 间的界面及芳纶与树脂基体间的界面都破坏严重。 3 结论 本实验中A F R P 水泥砂浆在6 0 、1 5 0 和2 0 0 下，其相应的抗弯断裂载荷随着作用时间的延长而 逐渐上升；在2 5 0 时其抗弯断裂载荷随着作用时 间的延长而下降。A F R P - 水泥
20、砂浆在6 0 、1 5 0 、2 0 0 和 2 5 0 下的抗弯断裂载荷都低于常温，并且随着温 度的上升而显著下降。A F R P 水泥砂浆在6 0 时的 破坏模式与常温下的相同，但在1 5 0 、2 0 0 和2 5 0 时，其破坏模式则转变为突发性的脆性破坏，其中 1 5 0 时A F R P 与水泥砂浆间的界面破坏严重， 2 0 0 和2 5 0 时A 腿P 与水泥砂浆间的界面及芳 纶与树脂基体间的界面都破坏严重。 参考文献： 1 MH u 昭a i n ，AN a k I h i r a ，SN i s h 玎i I I m ，e ta 1 E v j d u a t i o fm
21、e c h 蚰i c a l b e h H “o r0 fC F R C 咖s v e r s et ot l l e6 b e rd i r e c 6 0 n 砒r o 帅朋d c r y o g e I l i ct e m p 吣t u r e J c 伽p o s i t e s ：P a nA ，2 0 0 0 ，( 3 1 ) ：1 7 3 1 7 9 【2 DK h l a l 【e v ，DDM e c I l r r y B e h 吖i o ro f “l - s c a l er e i n f m e dc 彻c r e t e b e 删弛t 瑚n e df o
22、rs h e 盯衄dn e x u r a lw i d lF R Pl 咖i n a t e s JJ C o m p 惦i t e s ：P a r tB ，2 0 0 0 ，( 3 1 ) ：4 4 5 4 5 2 3 VPVR 鲫a n a ，TK 蛐t ，e ta 1 B e h a v i o r0 fc F R P cs t r e n g t h e n e d r e i b r c e dc o n c m t eb e 哪sw i t hv a I y i n gd e g r e e so f8 t r e n g t h e n i n g J C o m p i t
23、 e s ：P a nB ，2 0 0 0 ，( 3 1 ) ：4 6 1 4 7 0 4 Ab ，cD i a g 蚰a ，YD e l m 鹊s h e 盯s t r e n g t h e n i n ge tb yb o n d e d c o m p o s i t ef h b r i c 8 仰R cb e a m J c o m p i t e s ：P a r tB ，2 0 0 2 ，( 3 3 ) ： 2 2 5 2 3 9 5 PF a 衄i n g ，0K e U y s m e a r e de m c k m d e l so fR Cb e a 吣w i t h 既t e m a l l yb o n d e dc F R Pp l a t e s j c 伽l p u t a t i o n a lM e c h 锄i c s ，2 0 0 0 ， ( 2 6 ) ：3 2 5 3 3 2 6 熊杰，萧庆亮，唐菊，等纤维的表面处理对F R P 水泥砂浆体 系抗弯性能的影响 J 建筑材料学报，2 0 0 4 ，8 ( 3 ) ：3 1 7 3 2 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark