自然环境温度下碱对玻璃纤维增强塑料筋力学性能的影响研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.014

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (2): 89-95.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.014

自然环境温度下碱对玻璃纤维增强塑料筋力学性能的影响研究

金清平(), 易建明, 高永红, 曹南南, 邓思远

武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065

收稿日期:2021-07-19 出版日期:2022-02-26 发布日期:2022-02-23
作者简介:金清平（1975—），教授，从事FRP土木工程结构与性能研究，jinqingping@wust.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51808419);国家级大学生创新创业训练计划项目(202010488002);武汉科技大学大学生创新创业训练计划项目(20ZB004)

Effect on mechanical properties of glass⁃fiber⁃reinforcement polymer bars exposure to alkaline solution under natural ambient temperature

JIN Qingping(), YI Jianming, GAO Yonghong, CAO Nannan, DENG Siyuan

School of Urban Construction，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China

Received:2021-07-19 Online:2022-02-26 Published:2022-02-23

摘要/Abstract

摘要：

采用碱性溶液静止浸泡和干湿循环两种方法对玻璃纤维增强塑料筋（GFRP）进行了不同时长的作用后，对筋体的力学性能进行表征，探究了其力学性能的退化规律，利用GFRP耐久性寿命预测公式，拟合得到了直径20 mm的GFRP力学性能的退化模型，并使用该模型预测了GFRP长期拉伸性能的变化趋势。结果表明，随着碱液对GFRP作用时间的延长，GFRP的拉伸强度显著降低，试验期间拉伸强度的退化主要集中在前90 d；直径20 mm 的GFRP的初期拉伸强度退化较直径为25 mm的 GFRP快，但经过一段时间后退化反而更慢，应力?应变关系变化规律与之一致；筋体的长期耐碱性能具有尺寸效应，与碱溶液的作用方式有关。

关键词: 自然环境, 玻璃纤维增强塑料筋, 碱溶液, 力学性能, 退化模型

Abstract:

In this study， the mechanical properties of glass fiber reinforcement polymers bars （GFRP） were investigated after subjected to dry?wet cycles and static immersion of alkaline solution for different days， and the reduction law of mechanical properties was analyzed. Based on the life prediction formula of durability of GFRP， a strength reduction model for the GFRP with a diameter of 20 mm subjected to the alkaline solution was obtained through linear fitting， and the model was used to predict the variation trend of long?term tensile properties of GFRP. The results indicated that the tensile strength of GFRP decreased significantly with an increase in the duration time of dry?wet cycles in the alkaline solution. The strength reduction mainly occurred in the first 90 days， and the GFRP with a diameter of 20 mm showed a faster initial strength reduction than that with a diameter of 25 mm. After a certain period， the reduction became slower， and however the stress?strain relationship was almost same. There was a size effect on the long?term alkali resistance of GFRP， being associated with the action mode of the alkaline solution.

Key words: natural environment, glass fiber reinforcement polymer bar, alkaline solution, mechanical property, degradation model

中图分类号:

TQ327.1

金清平, 易建明, 高永红, 曹南南, 邓思远. 自然环境温度下碱对玻璃纤维增强塑料筋力学性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 89-95.

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图/表 12

图1 试样防腐处理

Fig.1 Corrosion device for the specimens

图2 干湿循环作用180 d后的不同直径GFRP照片

Fig.2 Image of GFRP with different diameter after wet and dry cycle alkaline corrosion for 180 d

筋体直径/mm	腐蚀时间/d	拉伸强度/MPa	弹性模量/GPa	拉伸强度保留率/%	弹性模量比/%
20	0	694.7	46.0	100	100
	30	630.4	52.8	90.8	114.8
	90	572.7	42.0	82.4	91.3
	150	533.7	43.59	76.8	94.7
	180	555.8	43.2	76.8	93.9
25	0	716.2	45.4	82.4	91.3
	30	691.5	50.4	84.8	85.9
	90	602.3	39.0	76.8	93.9
	180	555.8	40.4	77.5	89.0

表1 GFRP经碱液干湿循环腐蚀后的拉伸性能

Tab.1 Tensile properties of GFRP after wet and dry cycle alkaline corrosion

图3 不同直径GFRP的拉伸强度退化情况

Fig.3 Tensile strength degradation of GFRP with different diameter

图4 不同直径GFRP的拉伸强度退化速率

Fig.4 Decay rate of tensile strength of GFRP with different diameter

图5 不同直径GFRP的应力?应变曲线

Fig 5 Stress?strain curves of GFRP with different diameter

图6 腐蚀前后GFRP的SEM照片

Fig.6 SEM images of GFRP of GFRP before and after corrosion

图7 反应方程式

Fig.7 Reaction equation

浸泡时间/d	拉伸强度/MPa	拉伸强度保留率/%
0	694.7	100.0
30	636.8	91.7
90	549.6	79.1
150	498.0	71.7
180	497.9	71.7

表2 直径20 mm GFRP经碱液静止浸泡腐蚀后的拉伸性能

Tab.2 Tensile properties of GFRP with diameter of 20 mm after static immersion corrosion of alkaline solution

图8 直径20 mm GFRP的拉伸强度保留率?浸泡时间曲线

Fig.8 Tensile strength retention rate?corrosion time curves of GFRP with diameter of 20 mm

图9 GFRP拉伸强度退化模型拟合

Fig.9 Fitting degradation model of tenslie strength of GFRP

作用方式	时长/年	拉伸强度保留率/%
干湿循环	50	41
干湿循环	100	35
静止浸泡	50	20
静止浸泡	100	12

表3 直径20 mm GFRP拉伸强度预测

Tab.3 Prediction of tensile strength of GFRP with diameter of 20 mm

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自然环境温度下碱对玻璃纤维增强塑料筋力学性能的影响研究

Effect on mechanical properties of glass⁃fiber⁃reinforcement polymer bars exposure to alkaline solution under natural ambient temperature

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