BFRP材料树脂基体一般为高分子聚合物
BFRP筋的力学性能试验
BFRP筋的力学性能试验霍宝荣1，2 ，张向东1( 1. 辽宁工程技术大学土木工程与交通学院，辽宁阜新123000; 2. 沈阳大学建筑工程学院，辽宁沈阳110044)摘要:目的研究BFRP 筋基本力学性能，找出力学性能的变化规律，为编制FRP 材料力学性能试验规范提供依据．方法研制压制式套筒锚具，根据国家标准《GFR P筋拉伸性能实验方法》进行BFRP 筋拉伸试验．结果BFRP 筋拉力－变形关系破坏前呈直线，参考钢筋钢丝或钢绞线，可以近似取BFRP 筋的可靠强度为其极限抗拉强度的80%．BFRP 筋的抗拉弹性模量主要与玄武岩纤维的含量有关，玄武岩纤维含量越高，BFRP 筋的抗拉弹性模量越大;BFRP 筋直径越大，玄武岩纤维含量越高，故抗拉弹性模量随直径增大而增大．结论与钢筋相比，BFRP 筋在抗拉强度、耐腐蚀等方面具有明显的优势，把BFRP 筋作为混凝土结构抗拉增强材料是可行的．关键词:BFRP; 拉力－变形曲线; 抗拉强度; 抗拉弹性模量中图分类号:TU 746. 3 文献标志码:AExp e ri m e n t a l Study of M e c h a n i ca l P r o p e r t i es of t h e BFRPB a r in D i ff e r e n t D i a m e t e r sHUO Baorong1，2，ZHANG X i angd o ng1( 1．Co ll eg e o f C iv il En g i n eer i n g and T raff i c，L i ao n i n g T ec hn i ca l U n i v ers i ty，Fu x i n，C h i n a，123000; 2．Co ll e ge o f A rc h i te ct u ra l a nd En g i n ee r i n g，S henyang U n i v ers i ty，S h e n y a n g，C h i n a，110044)Ab s t r ac t: The purpose of t h i s paper i s to study the b as i c m ec h a n i ca l p ro p ert i es of B FRP bars w i t h the a i m of esta b li s h i n g the test i n g r u l e of m ec h a n i ca l p ro p ert i es of the m ater i a l and f i nd i n g the m ec h a n i ca l p erf o r m a n ce．U s i n g the o pp ress i v e s l eev e anchor d ev e l o p e d by the researc h e rs，te n s il e tests of BFRP bars are carr i e d o u t acco r d i n g to the n at i o n a l standards o f “GFR P bar te n s il e test m et h o d s”． The BFRP b ar' s fo rce-d ef o r m at i o n curve i s li n ear bef o re the f o rce-d ef o r m at i o n re l at i o n s h i p i s d estro y e d，t h eref o re，ref err i n g to stee l w i re or stee l ca b l e，t h e BFRP b ar's re li a b l e stren gth i s sugge sted to be a pp ro x i m ate l y 80% of i ts u l t i m ate te n s il e stre n gt h．T he BFRP b ar' s te n s il e e l ast i c m o du l u s i s m a i n l y re l ate d to the co ntent of b asa l t f i b er．The te n s il e e l ast i c m o du l u s i n creases w i t h the i n crease of the b asa l t f i b er' s co ntent and the co ntent i n crea ses w hen the B FR P b ar's d i a m eter beco me s l o n ge r，so the BFRP b ar' s te n s il e e l ast i c m o du l u s i n creases w i t h the i n crease of i ts d i a m eter． Compared w i t h stee l，t h e BFRP bar i s o b v i o u s l y s up er i o r in the aspects of te n s il e stre n gt h，co rro- s i o n res i sta n ce，etc，t h eref o re to use the BFRP bar in re i n f o rce d co ncrete struc ture s i n stea d of stee l i s f eas i- b l e．K e y w o r d s: BFRP; fo rce-d ef o r m at i o n curve; te n s il e stre n gt h;te n s il e e l ast i c m o du l u sBFRP 筋是由多股玄武岩纤维与树脂基体材料结合，经挤压、拉拔成型，挤压成型工艺从原材收稿日期:2011 －05 －24基金项目:国家自然科学基金项目( 50478033) ; 辽宁省自然科学基金项目( 2051207，20092044)作者简介:霍宝荣( 1976—)，女，博士研究生，主要从事土木工程专业的教学与科研工作．第 27 卷霍宝荣等: BFRP 筋的力学性能试验 627料开始，经过浸润、压模、固化、切割等，最后形成 的一种新型复合材料，整个工艺连续不断地进行， 包括连 续 缠 绕、连 续 拉 挤、热塑性增强挤出成 型［1 － 3］． BFRP 筋材中纤维是受力主体，纤维含量 越多，抗拉强度越大，但随纤维含量的增加，延性 将变差; 树脂基体主要起粘结作用，把纤维粘结在 一起，起保护纤维和稳定尺寸的作用． BFRP 筋与 钢筋相比，具有耐腐蚀、强度高、质量轻、抗疲劳、 绝缘等优点，可以替代或部分替代钢筋用于混凝 土结构中，从根本上解决钢筋锈蚀问题，逐步受到 土木工程界的关注［4 － 5］． 目前国内对 BFRP 筋基本力学性能的试验方 法尚无统一的规范，有关研究采用的试验方法也 不尽相同［6 － 8］，笔者与辽宁工程技术大学机械学 院金工实训基地合作研制了 BFRP 筋压制式钢套筒锚具，根据国家标准《GFR P 筋拉伸性能实验方 法》进行 BFRP 筋拉伸试验，研究 BFRP 筋的基本 力学性能，获得了 B FRP 筋应力 － 应变关系破坏前呈直线，BFRP 筋的可靠强度近似为其极限抗 拉强度的 80% ; BFRP 筋的抗拉弹性模量主要与 玄武岩纤维的含量有关等重要结论，为 BFRP 筋 的推广应用提供参考．很容易被压坏，而此时 BFRP 筋还未达到极限抗拉强度，因 此 无 法 测 定 BFRP 筋实际抗拉强度 值［9 － 11］． 为此，试验小组与辽宁工程技术大学机 械工程学院的金工实训基地合作，研究制作压制 式套筒锚具，试验时，将其套在 BFRP 筋试件的端 部，不涂抹任何粘结剂，然后压制机缓慢、均匀地 压金属筒外周，使其径向收缩压紧纤维筋，这样金 属套筒对 B FRP 筋可以做到均匀施压，并且大小 自行控制［12］． 防止由于横向剪切强度低，B FRP 筋 试件在达到极限抗拉强度之前，端部提前剪坏，中 止试验．拉伸试验在辽宁工程技术大学建材实验室内 电液伺服万能试验机( 见图 1 ) 上进行． 采用压制 式钢套筒锚具标准试件进行拉伸试验． BFRP 筋的力学性能试验1 1. 1 试验材料试件所用 BFRP 筋委托上海俄金玄武岩纤维有限公 司 加 工 生 产． BFRP 筋 直 径 有 9、11、16、 19 mm ，B FRP 筋体中纤维含有率约为 45% ，但是 纤维含有率随着直径的增加逐渐降低，筋体表面 光滑，没有进行粘砂及异形处理． 图 1 电液伺服万能试验机F i g. 1 E l ec tr i c -f l u i d servo co m p ress i o n m ac h i n es试件选用直径为 9、11、16、19 mm 的 B FR P 筋各 2 根，加载速度为 2 mm / m i n ，测量其荷载及 伸长量，求得各试件极限抗拉强度和弹性模量． 注 意端部发生破坏的试件应作废，本次试验过程中， 未发生试件端部破坏的情况，证明研制的压制式 金属套筒在试验过程中发挥了作用．试验标准B FR P 筋拉伸试验采用我国国家标准中的 《拉挤玻璃纤维增强塑料杆拉伸性能实验方法 ( GB T13096 11 ～ 91 ) 》进行力学性能试验研究， 主要内容是 GB 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则; 试验设备按 GB 1446 中5. 1 条规定; 试验 环境条件按 GB 1446 第 3 章规定，温度为 23 ± 2 ℃ ; 相对湿度为 50 ± 5% ． 试样的形状及尺寸为 拉伸试件中的直杆试件． 1. 3 试验方法BFRP 筋呈各向异性，横向抗剪强度低，抗拉 强度高，进行 BFRP 筋拉伸试验时，如果直接把 BFRP 筋安放在试验机上，荷载施加过程中，端部1. 2 试验结果与分析2 2. 1 BFRP 筋典型试验现象BFRP 筋拉伸破坏时，首先在 BFRP 筋表面出 现胶合剂剥落，随后纤维拉毛，纤维间纵向滑移之 后破坏，即 B FRP 筋的树脂拉裂，纤维部分拉断．B FRP 筋破坏过程中，荷载一直稳定地增大; 继续 加载，出现纤维与树脂剥离的响声; 加载后期，纤维剥离的响声不断增大，BFRP 筋表面出现白斑628沈阳建筑大学学报 ( 自 然 科 学 版 ) 第27 卷 状裂纹． 随荷载进一步增加，响声不断增大，变得频繁，伴随一声巨响纤维突然断裂，BFRP 筋中部 成爆炸状被拉断． BFRP 筋是完全弹性破坏，断裂 前基本没有预兆． 建议做纤维筋拉伸试验时，试验 人员采用护网保护．线峰值过后，达到其极限抗拉强度之前，出现近似于垂直的跌落，这与钢筋存在屈服阶段明显不同， 因此属于脆性材料．由前人试验和本次试验结果分析可知，B FR P 筋抗拉强度变化规律基本符合正态分布曲线规 律，按照 95% 抗拉强度保证率，试验确定 B FR P 筋极限抗拉强度值为拉力 － 变形曲线关系根据受拉试件破坏全过程实测结果，计算机 自动绘出各试件拉力 － 变形曲线如图 2．从图2 曲线可知，在B FRP 筋拉力 － 变形曲2. 2 ( 1)f fu ，k = f fu ，a － 1. 65σ．式中: f f u ，k 为 BFRP 筋的理想强度; f f u ，a 为 B FRP 筋 极限拉伸强度实测值的平均值; σ 为 BFRP 筋试 验值的平均值的标准方差．鉴于 BFRP 筋的应力 － 应变曲线为直线，不 存在屈服阶段，考虑保证 BFRP 筋有足够的强度 储备，参照高强钢丝名义屈服强度的定义以及国 外资料，BFRP 筋的名义屈服强度一般取其极限 抗拉强度的 70% ～ 85%［13 － 16］． 参照 BFRP 筋试验 研究，BFRP 筋名义屈服强度为其极限抗拉强度 的80% ． B FRP 筋的可靠强度 f k 为 ( 2)f k = 0. 8f f u ，k ．抗拉强度2. 3 不同直径 B FRP 筋的试验结果如表 1 所示．抗拉强度由液压伺服试验机测得荷载除以名义横 截面积( 由名义直径计算的面积) ，平均应变值近似为0. 1． 图 2 不同直径筋材的拉力 － 变形曲线F i g. 2F o rce -d efo r m at i o n curves w i t h d i ff ere n t d i a m eterso f th e re i n f o rce m e n t 表 1 BFRP 筋的力学性能T a b l e 1 M e c h a n i ca l p ro p e rt i e s o f the BFRP b ars极限抗拉 强度 / M Pa 弹性模量 试验值 / M Pa 极限抗拉强 度均值/ M P a 弹性模量 均值 / M Pa 极限抗拉强度 参考值 / M Pa 弹性模量 参考值 / M Pa 直径 / m m204． 5208． 7209． 4 207． 8210． 1 1 9861 990 1 9991 9932 014 9206． 61 988211． 61 99011208． 61 996216． 31 99516210． 2 2 016 217． 2 2 020210． 32 018 211． 62 02419212． 32 036 220．3 2 050213． 02 048由试验结果可知，BFRP 筋的抗拉强度均大 于 200 M Pa ，鉴于 BFRP 筋的拉力 － 变形曲线，不 存在屈服台阶，为方便计算，可认为规定达到极限 强度前的强度为屈服强度．试验结果与厂家提出的参考值相比较极限抗 拉强度值较低，即得到的试验值接近真实值，又比真实值小，但不明显，说明试件端部保护起到一定作用，BFRP 筋的强度基本发挥出来，但是目前不 同厂家、不同纤维含量 BFRP 筋基本力学性能指 标尚不统一，为加大 B FRP 筋的推广应用，建议国 家有关部门尽快制定统一的生产标准、产品标准 及试验标准． 因此，进行 BFRP 筋混凝土梁设计第 27 卷霍宝荣等: BFRP 筋的力学性能试验 629时，应通过现场取样试验确定 BFRP 筋各项指标． BFRP 筋 单 位 体 积 的 纤维含量分别为 B FR P 不同直径 BFRP 筋的抗拉弹性模量引伸计应变检测操作简单，对筋材没有特殊要求，但是精度不高． BFRP 筋成型过程中，B FR P 纤维的含量随直径不同而变化，4 种不同直径 D ( 9，11，16 和 19 mm ) 的 BFRP 筋的抗拉弹性模量的试验结果见图 3．74% ，76% ，80% ，82% ，从而导致 BFRP 筋的抗拉弹性模量随直径增大而增大．( 2) BFRP 筋是一种复合材料，其力学性能受 工艺、环境等因素的影响，在材料表面和内部不可 避免地存在许多缺陷，而筋材的力学性能往往取决于这些随机分布的最薄弱环节［17］． 2. 5 高模量 BFRP 筋的研制以 HRB235 为例，其抗拉强度 f s = 235 MP a ， 抗拉弹性模量 E s = 2. 10 GPa ，BFRP 筋的抗拉强 度相当，而抗拉弹性模量比钢筋小 10% ．较低的弹性模量使刚性不足，提高 BFRP 筋的抗拉弹性 模量，可以增强结构的安全感和可靠性，控制结构 裂缝，防止裂缝过大影响功能和美观． 根据混杂原 理［18］，建 议 将 钢 丝 和 BFRP 纤 维 进 行 混 杂，在 BFRP 筋生产中掺入一定体积分数的钢丝，以提 高其抗拉弹性模量，同时改善 BFRP 筋的延性． 混 杂筋有一定的延性，纤维断裂后钢丝还能继续承 担一部分荷载． 此外，钢丝的价格远低于 BFRP 纤 维，掺入钢丝还有利于降低生产成本，有利于推广 应用．2. 4 图 3 不同直径的 BFRP 筋的抗拉弹性模量F i g. 3 T e n s il e e l a st i c m o du l u s o f the BFRP bars w i t hd i ff ere n t d i a m ete rs由图 3 可知，BFRP 筋的抗拉弹性模量随直 径增大而减小． 造成这种现象的原因是:( 1) BFRP 筋主要由高强度、高弹性模量的连 续玄武岩纤维和热固性树脂组成． 受力时，高弹 性、高模量的增强纤维承受大部分荷载，而基体主 要作为媒介传递和分散荷载．BFRP 筋的弹性模量与各组分材料性能关系 如下:结 论3 ( 1) BFRP 筋为脆性破坏，拉力 － 变形关系破坏前呈直线，仿照没有屈服平台的钢筋钢丝或钢 绞线，可以近似取 BFRP 筋的可靠强度为其极限 抗拉强度的 80% ．( 2) BFRP 筋的抗拉弹性模量主要与玄武岩 纤维的含量有关，玄武岩纤维含量越高，BFRP 筋 的抗拉弹性模量越大; BFRP 筋直径越大，玄武岩 纤维含量越大，故抗拉弹性模量随直径增大而增 大．( 3) 与钢筋相比，BFRP 筋在抗拉强度、耐腐 蚀等方面具有明显的优势，把 BFRP 筋作为混凝 土结构抗拉增强材料是可行的．E B = k 1［E f V f + E m ( 1 － V f ) ］．( 3)式中: E B 为 BFRP 筋弹性模量; E f 、E m 分别为玄武 岩纤维和基体( 环氧树脂) 抗拉弹性模量; V f 为玄 武岩纤维体积分数; k 1 为常数，主要与界面强度 有关，纤维与基体界面的结合强度，还与纤维的排 列、分布方式和断裂形式有关．单根 BFRP 纤维的抗拉弹性模量最高可达 110 G Pa ，远大于热固性树脂的抗拉弹性模量，因 此，BFRP 筋的抗拉弹性模量主要取决于 BFRP 纤 维的含量． BFRP 纤维含量越高，BFRP 筋的抗拉 弹性模量越大，但过高的纤维含量造成树脂含量 过低，拉 挤 困 难，难 以 固 化 成 型． 上 述 直 径 为 ( 4 ) 根 据 筋抗拉弹性模量为 B FR P 2 000 M Pa 左右，弹性模量较低，建议研制高抗拉弹性模量 BFRP 筋，以减少 BFRP 筋增强混凝土 梁的挠度和推迟这类梁裂缝的产生． 参考文献:［1］郝庆多，王言磊，欧进萍． 玻璃纤维增强复合材料筋肋参数优化试验研究［J ］． 复合材料学报，2008， 9 mm ，11 mm ，16 mm和 19 mm 的 4 种 规 格630 沈阳建筑大学学报( 自然科学版) 第27 卷25( 1) : 119 －126．( Hao Q i n g du o，Wang Y a n l e i，O u J i np i n g．E x p er i-m e n ta l study o n o p t i m i zat i o n o f r i b geo m etr i e s fo rg l ass f i b er re i n fo rce d co m p o s i te re b ars［J］．A c ta M a-ter i a e Co m p o s i tae S i n i ca，2008，25( 1) : 119 －126． ) 叶列平，冯鹏． FRP 在工程结构中的应用与发展［J］．土木工程学报，2006，39( 3) : 24 －36．( Ye L i e p i n g，Feng Pe n g．A pp li cat i o n s and d ev e l o p- m en t o f f i b e r-re i n fo rce d p o l y m er in e n g i n ee r i n g struc tu res ［J］．C h i n a C iv il En g i n eer i n g J o u r n a l，2006，39( 3) : 24 －36． )Huo B ao ro n g，Zhang X i a n g d o n g．Co n so li d at i o n test o f RC co l um n s bo und w i t h tw o k i nd s o f f i b er B FR P，C FR P［R］//2010 I n te r n at i o n a l C o nference o n C i v ilEn g i n ee r i n g in C h i n a-C u rre n t Pract i ce a nd Research R e p o rt．B e jii n g:A u ss i n o A ca d e m i c P ub li s h i n g Ho use，2010: 836 －840．胡显奇．我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议［J］．高科技纤维与应用，2008，33( 6) : 12－19．( Hu X i a nq i．The o v erv i e w o f the p resent d ev e l o p- m en t o f b asa l t f i b e r in c h i n a［J］．H i-T ec h F i b er＆A pp li cat i o n，2008，33( 6) : 12 －19． )霍宝荣，张向东，郝哲，等． BFRP 布加固双曲拱桥的非线性有限元分析［J］．沈阳建筑大学学报: 自然科学版，2010，26( 5) : 887 －891．( Huo B ao ro n g，Zhang X i a n g d o n g，Hao Zhe，e t a l．N o n li n ear FEM a n a l y s i s o f tw o-w ay curved arch b r i d g e re i n f o rce d by B FR P［J］．J o u r n a l o f S henyang J i a n z hu U n i v ers i ty:N at u ra l S c i e n ce，2010，26 ( 5 ):887 －891． )霍宝荣，杨波，张向东，等．新型BFRP 加筋混凝土梁抗弯性能有限元分析［J］．沈阳建筑大学学报: 自然科学版，2011，27( 2) : 286 －291．( Huo B ao ro n g，Yang B o，Zhang X i a n g d o n g，e t a l．FEM a n a l y s i s o f n ew -ty p e BFRP re i n fo rce d co n c rete b ea m s'm ec h a n i ca l p ro p ert i es［J］．J o u r n a l o f S heny- ang J i a n z hu U n i v ers i ty:N at u ra l S c i e n c e，2011，27 ( 2) : 286 －291． )吴刚，罗云标，吴智深，等．钢－连续纤维复合筋( S FCB) 单向拉伸力学性能试验研究［J］．工程抗震与加固改造，2009，31( 1) : 1 －7．( Wu G a n g，L uo Y unb i ao，W u Z h i s h e n，et a l． E x p e r i-m e n ta l study o n m ec h a n i cs p ro p ert i es o f stee l f i b er co m p o s i te bar( S FCB) under un i ax i a l l o a 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r n a l o f Co m p o s i te fo r Co n str u ct i o n，2000，4 ( 2 ):75 －84．Grace N F．I m p ro v e d a n c h o r i n g sy stem fo r C FR Pstr i p s［J］．Co nc re te I n te r n at i o n a l，2001，23 ( 10 ) :55 －60．A n to n i a d i s K K，S a l o n i k a' s T N，K a p o s i A J．Cy-c li ctestso n se i s m i ca ll y damaged re i n fo rce d co n c retew a ll s stren g the ned u s i n g f i b e r-re i n fo rce d p o l y m er re-i n fo rce m e n t［J］．A C I S truc tu re J o u r n a l，2003，100( 4) : 510 －518．Wu Y F，Huang Y． H y b r i d b o nd i n g to re i n fo rce dco ncre te str u ct u re［J］．J o u r n a l o f Co m p o s i te fo r Co n-str u ct i o n，2008，12( 3) : 266 －273．A l a hh a b I M ，C ho Y T，N ew S o n T P．Co m p ar i so n o fthe m etho d s fo r d i scr i m i n at i n g tem p era tu re and stra i nin spo n taneo u s b r illi o n based d i str i bu te d se n so rs［J］．O p t i cs L etters，2004，29( 1) : 26－28．刘汉东，于新政，李国维． GFRP 锚杆拉伸力学性能试验研究［J］．岩石力学与工程学报，2005，24( 20) : 3719 －3723．( Liu H a nd o n g，Yu X i n z h e n g，Li G u o w e i． E x p e r i-m e n ta l stu dy o n te n s il e m ec h a n i ca l p ro p ert i e s o fg l a ss f i b e r re i n fo rce d p l a st i c re b ar［J］．C h i n ese J o u r-n a l o f Ro ck M e c h a n i c s an d En g i n ee r i n g，2005，24( 20) : 3719 －3723． )崔益华，N o r u z i aa n B，L ee S，等．混杂型高模量高韧性复合材料加强筋［J］．复合材料学报，2006，23 ( 2):93 －98．( C u i Y i hu a，N o r u z i aa n B，L ee S，e t a l．Hig h m o du l u sa nd du ct il e h yb r i d co m p o s i te re b a r［J］．Ac ta M ater i- aeCo m p o s i tae S i n i ca，2006，23( 2) : 93 －98． )［9］［2］［10］［11］［3］［12］［4］［13］［14］［5］［15］［16］［6］［17］［7］［18］［8］K o kako s S，S amaranayake V A，Nanny A．T e n s il e。
聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制
写一篇聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制的报告，600
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聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料是由人造纤维和树脂混合而
成的新型织物，是现代工业发展的最新产品之一。
该材料以聚四氟乙烯织物为基础纤维，采用含树脂的消光面料制成。
它具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，克服了传统织物的脆性不易加工的弊端，使它成为重要的防火、隔热、保温、隔音等高科技材料。
研究表明，聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料具有良好的柔韧
性和弹性，具有良好的耐火和隔热性能，耐磨性高，耐腐蚀性强，结构可靠，抗拉力强，耐水性能好，不易渗漏，保温隔热效果佳，不易变形变色，并且还具有良好的透气性，抗紫外线性能也很好。
该材料在现代技术的发展中正不断被利用，应用范围越来越广泛，如航空航天、船舶、军用装备和五金机械等方面都有着广泛的应用。
例如，它可以用作消声器的衬里，用作航空发动机的散热器罩，也可以用作水箱的外表面，并且可以用作灭火器罩，用于汽车防护罩，用于军用装备，用于核反应堆耐火绝缘，用于建筑材料装饰材料等。
聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制对工业技术的进步有
着重要的意义，同时也为社会的发展提供了新的希望和空间。
当前，我们正在致力于工艺流程的改进，以提高性能和生产效率，并在研究发展领域扩大应用范围，以期为更多的领域带来更多的材料选择。
本文对聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制进行了概述，探讨了该材料的特性及其在工业发展中的应用，从而可以为我们未来采用该材料提供一定的参考。
BFRP基本物化性能报告
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BFRP 复合材料基本物化性能‐‐‐‐‐‐正文
料为最大粒径不超过 25mm 的碎石。其配合比为：
水泥：水：碎石：砂=400：200：620：1180 用于试件浇筑的模具用木头制作（见图 5.1），内腔为边长为 100mm 的正方 体。混凝土浇筑前，小心将筋插入内腔中间（图 5.2），试块与试件在同样的自然 条件下养护 28 天 (图 5.3) ，对试块进行抗压试验，测得实际抗压强度为 26.2MP。 图 5.4 是拆模后的 BFRP 筋‐混凝土试样，图 6 是试样的尺寸示意图。 图 7 是根据 ACI 440‐3R‐04 规定的 BFRP 筋‐混凝土块拔出实验装置示意图。 图 8 是实验实际采用的装置，主要包括，液压式万能试验机（WE—30B 长春试 验机厂制造，最大荷载 300KN）；量程为 40mm 的 LVDT 位移计及配套采集系统。
量为 77.1%。纤维含量远大于理论最大纤维含量，如～70%（体积比），说明试样 内部纤维为未能够完全浸渍，有较多的空洞，这些浸渍未完全的纤维束及空洞容 易促进水分子和/或其它溶液的渗入，这样将对材料的耐久性能产生不良影响。 3.2 BFRP 筋热性能
图 12 给出了 BFRP 筋的两次 DSC 升温曲线，曲线 1（图 12.1）是 BFRP 筋试 样第一次升温曲线，升温速度从 10oC/min 从室温到 200oC，然后以 20oC/min 的 速度冷却到 20oC/min，再升温到 200oC (曲线 2，见图 12.2)。
咸贵军 教授 / Prof. Guijun Xian
5.1 聚合物基复合材料
金属材料的疲劳破坏是由里往外突然发 展的。无预兆。
聚合物基复合材料由于疲劳而产生裂缝 时，因纤维与基体的界面能阻止裂缝的扩 展，提高材料的抗疲劳性，有预兆。
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5、2 聚合物基复合材料的性能
3、减震性能好 较高的自振频率会避免工 作状态下引起的早期破坏， 而结构的自振频率除了与 结构本身形状有关而外， 还与材料的比模量的平 方根成正比。 在复合材料中纤维与基体界面具吸振的能力 其振动阻尼很高，减震效果很好。
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团状模塑料 DMC Dough molding compound
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团状模塑料
• 目前，国外轿车车灯 反光罩已有70％采用 IBMC料， 实现轿车 反光罩材料的国产化， IBMC被列为国家“九 五”攻关项目，于96 年底研制出IBMC料， 生产出合格的夏利轿 车车灯反光罩，并于 1997年实现了规模生 产，获得国家专利。
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概述
• 纤维和基体之间的良好的复合显示 了各自 的优点，并能实现最佳结构设计，具有许 多优良特性。
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PMC的组成
(1) 基体
热固性基体(thermosetting matrix)：
i) 熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好
ii) 交联固化成网状结构，尺寸稳定性、耐热性好，但性脆
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1－1 原材料
（1）基体、胶液准备 • 不饱和聚酯树脂：80％ • 环氧树脂 • 高性能树脂：聚酰亚胺、双马树脂
玄武岩纤维增强聚合物锚杆在岩土锚固中的研究进展
锚杆具有抗拉强度高、弹性模量大等特点ꎬ凭借良好
的抗酸碱腐蚀性能、优异的力学性能、绿色无污染的
生产工艺、良好的材料兼ห้องสมุดไป่ตู้性、良好的化学稳定性和
绝缘性等优点在岩土锚固领域有着广阔的发展前
[２￣５]
ꎮ
ＦＲＰ 筋与钢筋相比ꎬ具有抗拉强度高、耐腐蚀性
能优良、抗疲劳性能好、质量轻等优点ꎬ同时也存在
抗剪性能差、弹性模量小、变形大等缺点
[６]
ꎮ 目前常
用的 ＦＲＰ 锚杆主要有 ４ 种ꎬ分别为芳纶纤维增强聚合
物( Ａｒａｍｉｄ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＰｏｌｙｍｅｒꎬＡＦＲＰ) 锚杆、碳
纤维增强型聚合物(Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒꎬ
用于岩土锚固 [７ꎬ８] ꎮ ＧＦＲＰ 锚杆在我国 ３０ 年间发展
其具有价格低廉、性价比高等优势ꎬ在岩土锚固、基
坑支护、地下工程领域应用更为广泛ꎬ但 ＧＦＲＰ 锚杆
在碱环境中抗腐蚀能力相对较弱ꎬ满足不了一些特
殊工程的需求ꎮ ＢＦＲＰ 锚杆虽然开发较晚ꎬ研究相
２６６０３３)
摘要: 玄武岩纤维增强聚合物( Ｂａｓａｌｔ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＰｏｌｙｍｅｒꎬＢＦＲＰ) 筋具有抗拉强度高、抗碱腐蚀性能强、稳定性好、绿
色环保等优点ꎬ已逐渐成为非金属锚杆的最佳选择ꎬ开始在岩土锚固领域崭露头角ꎮ 本文主要介绍了 ＢＦＲＰ 锚杆在试验、理论
及数值计算方面的研究进展ꎬ总结了锚杆拉拔试验所需监测锚杆应力传感器的种类ꎻ归纳分析现有的 ＦＲＰ 界面黏结滑移模型
非金属材料ꎬ具有优越的力学性能ꎬ其原材料在我国
少ꎬ适用性不高ꎮ ＣＦＲＰ 锚杆虽然具有较高的抗拉
玄武岩纤维复合材料梁-柱式护栏防撞性能
玄武岩纤维复合材料梁-柱式护栏防撞性能孙胜江; 朱长华; 梅葵花【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)021【总页数】6页(P265-270)【关键词】桥梁; 玄武岩纤维复合材料; 数值模拟; 护栏; 碰撞加速度; 能量吸收【作者】孙胜江; 朱长华; 梅葵花【作者单位】长安大学公路学院西安710064; 山东省交通规划设计院济南250031【正文语种】中文【中图分类】U448.27目前，公路桥梁护栏主要是钢筋混凝土护栏和钢护栏。
对于钢筋混凝土护栏，混凝土本身的刚度特别大，在碰撞过程中对车辆以及乘客的伤害也非常大；并且，钢筋混凝土护栏由于自重非常大，对于一些对自重要求严格的大跨径桥梁和钢桥，混凝土护栏的适用性非常小。
钢护栏主要是梁柱式护栏，这种护栏的碰撞性能相比于钢筋混凝土护栏有所改善，但是钢护栏的使用寿命比较短，钢护栏在一般的天气条件下使用寿命约为15年。
近年来，由于环境恶化严重，特别是酸雨、盐雾等天气时有发生，钢护栏的使用寿命就显得更短了。
据有关学者研究，很多钢护栏在未达到使用期就出现严重锈蚀等问题，因此而带来的维修加固费用也非常庞大。
所以寻求一种新型材料护栏对于护栏革新意义重大。
近些年，纤维增强复合材料(FRP)的出现使护栏材料革新出现了新的希望。
FRP是连续纤维以树脂为基体的复合材料，按纤维种类的不同又分为碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、芳纶纤维增强复合材料(AFRP)以及玄武岩纤维复合材料(BFRP)等。
FRP最显著的特性：轻质、高强；抗腐蚀能力强，即耐久性好；弹性变形能力和抗疲劳能力强。
在21世纪初，美国Russell Gentry和Lawrence C Bank教授曾对热塑性GFRP护栏进行过研究，发现该护栏在弯曲破坏过程中能量吸收方面要优于传统的钢护栏，Bank等[1-2]在2001年，对拉挤成型的GFRP护栏做出更进一步的研究，并提出专利申请。
第二章 复合材料基体-不饱和聚酯树脂
不饱和聚酯树脂的固化
(2)不饱和聚酯树脂固化后主要形成不 均匀的连续网状结构。 这些网状结构的大分子具有刚性、回 弹性、柔性、抗腐性、耐侯性或阻燃性。
（2） 引发剂
不饱和聚酯树脂的固化是游离基反应。
（2） 引发剂
• • • • • 过氧化二苯甲酰 异丙苯过氧化氢 过氧化二异丙苯 过氧化环己酮 过氧化甲乙酮
（2） 引发剂
• 临界温度 引发剂具有引发活性的最低温度。 过氧化二苯甲酰 70℃ 过氧化二异丙苯 120℃ 过氧化环己酮 88℃ 过氧化二叔丁基 100℃
（2） 引发剂
• 半衰期 在给定的温度下，引发剂分解一半所需要 的时间。 半衰期温度 半衰期（小时） 70 13 72 10 85 2.1 100 0.4
成型玻璃钢、玻璃 毡等、中等耐热层 压板及浇铸体 耐热绝缘制品 韧性、耐热制品
胶 衣 型
901
常 州
丙二醇、一缩二乙二醇、 间苯二甲酸酐、顺酐
表面性能 好
用于表面层
触 变 型
1 号 触变 型添 加剂
常 州
丙二醇、苯酐、顺酐
触变性
用于倾斜及垂直面 施工
船用树脂
• 上海 307 • 常州 189 • 刚性、耐水性
不足之处： • 固化时体积收缩率较大，强度较低。 • 用于民用工业、生活用品。
2. 不饱和聚酯树脂的组成
不饱和聚酯是不饱和二元酸和二元醇 的结合物。 通过加入饱和二元酸如苯酐、间苯二甲酸 酐或己二酸来调节树脂的不饱和度。
（1）不饱和二元酸
顺丁烯二酸酐： • 缩水量少 • 价廉
（1）不饱和二元酸
（2） 引发剂
• 十小时半衰期温度 用10小时，使引发剂分解50％所需的 温度。
树脂性能对比以及玻璃纤维介绍
树脂性能介绍以及玻璃纤维简介不饱和聚酯树脂不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们和饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸和多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。
通常，聚酯化缩聚反应是在190～220℃进行，直至达到预期的酸值（或粘度）。
在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。
物理性质1、相对密度在1.11～1.20左右，固化时体积收缩率较大2、耐热性。
绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在50～60℃，一些耐热性好的树脂则可达120℃3、力学性能。
不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度耐化学腐蚀性能。
不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好，4、耐有机溶剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何开关的不同，可以有很大的差异。
5、介电性能。
不饱和聚酸树脂的介电性能良好。
化学性质不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。
乙烯基树脂乙烯基树脂又称为环氧丙烯酸树脂，是60年代发展起来的一类新型树脂，其特点是聚合物中具有端基不饱和双键。
乙烯基树脂具有较好的综合性能：①由于不饱和双键位于聚合物分子链的端部，双键非常活泼，固化时不受空间障碍的影响，可在有机过氧化物引发下，通过相邻分子链间进行交联固化，也可和单体苯乙烯其聚固化；②树脂链中的R基团可以屏蔽酯键，提高酯键的耐化学性能和耐水解稳定性；③乙烯基树脂中，每单位相对分子质量中的酯键比普通不饱和聚酯中少35%～50%左右，这样就提高了该树脂在酸、碱溶液中的水解稳定性；④树脂链上的仲羟基和玻璃纤维或其它纤维的浸润性和粘结性从而提高复合材料的强度；⑤环氧树脂主链，它可以赋和乙烯基树脂韧性，分子主链中的醚键可使树脂具有优异的耐酸性。
环氧树脂环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。
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BFRP材料树脂基体一般为高分子聚合物，根据树脂热工性能可分为热固性树脂与热塑性树脂两大类。
BFRP复合筋采用的是热固性树脂，在第一次加热时可以软化流动，当加热至一定温度，分子链发生交联固化反应，该反应具有不可逆转的特点，对其再次加热，树脂已不能再次发生软化流动。
二、工艺介绍
我公司复合筋生产工艺采用的是连续拉挤成型工艺，所用设备的结构形式是卧式的。
拉挤成型工艺如下，
相关数据如下表。
三、使用化学原料(见下表)
名称：甲基四氢苯酐简称Me-THPA，分子量166.17,淡黄色液体，相对密度1.2l，凝固点-15℃以下，粘度(25℃)50～80mPa•s，折射率1.498，中和当量81～85,在空气中稳定性较好。
不易析出结晶。
无毒。
高纯度双酚A型液体环氧树脂
用作环氧树脂的固化剂，参考用量80phr。
固化条件100 ℃／4h十150 ℃／4h或80 ℃／2h十120 ℃／4h。
固化物电性能和物理机械性能良好，热变形温度130℃。
储存于阴凉、干燥的库房内。
DMP-30
DMP-30 结构式
Tris(dimethylaminomethyl)phenol
分子式(Formula)： C15H27N3O
分子量(Molecular Weight)： 265.40
CAS No.： 90-72-2
质量指标(Specification)
含量（Purity）：≥95%
包装（Package）： 200公斤/桶
物化性质(Physical Properties)
三-（二甲胺基甲基）苯酚是一种胺类的，具有延迟反应的硬质聚异氰脲酸酯的三聚催化剂。
闪点：150°C;比重（25°C）：0.97;水溶性：溶于水
用途(Useage)
三-（二甲胺基甲基）苯酚广泛用于硬质聚异氰脲酸酯板材料的生产，且与其它标准胺类催化剂一起使用，例如DMCHA。
性状：2，4，6—三（二甲胺基甲基）苯酚简称DMP—30，分子式为C15H27N3O，外观为淡黄色透明液体，沸点约250℃，具有胺臭味，易溶于有机溶剂，溶于冷水，微溶于热水。
质量指标：1．外观：淡黄色至棕色透明液体
2．胺值：600——630mgkOH/g
3．相对密度：0.970—0.990（25℃）
4.水份：≤0.01%
主要用途：DMP—30主要用作环氧树脂固化剂，可在常温下快速固化或低温固化环氧树脂涂层用作于浇铸件、密封件等。
与环氧树脂配比（以E44为例）约为1：10左右，也可与其它环氧固化剂混合使用，起促进作用，提高固化速率，用量为主固化剂的5—15%，另外，在聚氨酯生产中可作催化剂。
包装：200kg镀锌铁桶包装。
贮存：贮存在阴凉、通风、清洁的库中，不要与酸性液体混
存，其余按一般可燃化学品规定贮运
制备：将苯酚二甲胺投入反应釜，控制一定温度下滴加甲醛，反应保温一定时间，加适量氯化钠，静置分层，将下层水层分去，减压脱去残留水份，即得目标产物。
始用气态二甲胺，并用氮气转换釜内空气，可得颜色相对较浅的产物。