玻璃钢夹砂管层间界面损伤及力学特性研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.011

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (8): 69-74.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.011

玻璃钢夹砂管层间界面损伤及力学特性研究

胡立周¹, 孙颖晖¹^,², 贾莹洁¹, 王清洲¹()

^1.河北工业大学土木与交通学院，天津 300401
^2.国铁工程监理（北京）有限公司，北京 100000

收稿日期:2024-09-12 出版日期:2025-08-26 发布日期:2025-07-30
通讯作者: 王清洲（1979—），男，副教授，从事道路新材料、新技术研究，2006126@hebut.edu.cn
E-mail:2006126@hebut.edu.cn
基金资助:
河北省“三三三人才工程”资助项目”(C20221038)

Interlaminar interface damage and mechanical properties of glass fiber⁃reinforced plastic mortar pipe

HU Lizhou¹, SUN Yinghui¹^,², JIA Yingjie¹, WANG Qingzhou¹()

^1.School of Civil and Transportation，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China
^2.State Railway Engineering Supervision （Beijing） Co，Ltd，Beijing 100000，China

Received:2024-09-12 Online:2025-08-26 Published:2025-07-30
Contact: WANG Qingzhou E-mail:2006126@hebut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用基于扫描电子显微镜（SEM）的原位拉伸试验和数字图像处理方法，研究玻璃钢夹砂管（FRPM管）层间界面破坏及力学特性。结果表明，试样失效破坏主要表现为层间界面及其局域发生损伤开裂；由SEM实时观测试样层间界面损伤行为表现为近界面端大而凸的颗粒先发生脱湿，附近区域颗粒相互作用，颗粒/基体界面大范围脱粘并贯穿至树脂基体内部，最终宏观表现为层间分离，而远界面颗粒对界面开裂几乎无影响；由数字图像处理发现远界面域颗粒脱湿不严重，近界面域颗粒/基体界面脱湿明显，所在区域应变场不断增大表现为裂纹萌生扩展形成裂缝。随外界拉伸应变的增大，试样应变场呈非均匀分布，最大应变处均在近界面颗粒区域，确定层间界面损伤的破坏范围为近界面区域735~940 px。

关键词: 玻璃钢夹砂管, 层间界面, 力学特性, 原位拉伸试验, 数字图像处理

Abstract:

This study investigates interlayer interface failure mechanisms and mechanical properties of fiberglass⁃reinforced plastic mortar （FRPM） pipes through in⁃situ tensile testing coupled with scanning electron microscopy （SEM） and digital image correlation analysis. Experimental results indicated that failure primarily occurred through interlayer interface damage and localized cracking. Real⁃time SEM observations demonstrated a progressive failure sequence：（1） initial debonding of large， convex particles at the near⁃interface region，（2） subsequent particle interactions in adjacent areas， and （3） extensive particle/matrix interface debonding propagating into the resin matrix， ultimately causing interlayer separation. Notably， far⁃interface particles showed minimal influence on crack initiation. Digital image analysis further indicated that while far⁃interface domains experienced negligible debonding， near⁃interface regions developed significant particle/matrix separation， where continuously increasing strain fields initiated and propagated cracks. Under increasing tensile strain， specimens exhibit non⁃uniform strain distribution， with maximum strain concentration occurring in near⁃interface particle zones. Quantitative analysis established the critical damage region within 735~940 pixels from the interface.

Key words: fiberglass reinforced plastic mortar pipe, interlaminar interface, mechanical property, in?situ tensile test, digital image processing

中图分类号:

TQ320.6

胡立周, 孙颖晖, 贾莹洁, 王清洲. 玻璃钢夹砂管层间界面损伤及力学特性研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 69-74.

HU Lizhou, SUN Yinghui, JIA Yingjie, WANG Qingzhou. Interlaminar interface damage and mechanical properties of glass fiber⁃reinforced plastic mortar pipe[J]. China Plastics, 2025, 39(8): 69-74.

图/表 12

图1 玻璃钢夹砂管结构示意图

Fig.1 Schematic diagram of the fiberglass reinforced plastic mortar pipe

层名	原材料	厚度/mm	树脂含量/%
内衬层1	胶衣、玻璃纤维表面毡、无碱针织毡、化纤网格布、聚磷酸铵阻燃剂和间苯型树脂及辅助材料等	1.5	≥90
外缠绕层2、8（1层环向缠绕+2层交叉缠绕）	玻璃纤维无捻粗纱、缠绕纤维、邻苯型树脂及辅助材料等	2.0	15~25
树脂夹砂层3、5、7	石英砂、树脂及辅助材料、兜纱布等	14.0	≥25
内缠绕层4、6（1层环向缠绕+1层交叉缠绕）	玻璃纤维无捻粗纱、缠绕纤维、邻苯型树脂及辅助材料等	1.2	15~25

表1 各层材料组成及参数要求［16］

Tab.1 Material composition and parameter requirements of each layer

图2 实验过程

Fig.2 Experiment process

图3 试样拉伸应力⁃应变曲线

Fig.3 Stretching stress⁃strain curve of the specimen

图4 层间界面处不同应变下的微观破坏情况

Fig.4 Meso⁃failure under different strains at the interlayer interface

图5 近界面端颗粒/基体变形轨迹

Fig.5 Deformation locus of particles/matrix near the interface

图6 待测试样表面灰度分布

Fig.6 Gray level distribution of surface to be measured of the test piece

图7 SEM成像散斑质量统计

Fig.7 Speckle quality statistics of the SEM image

图8 ROI计算区域

Fig.8 ROI calculation area

图9 不同应变下沿x方向的二维与三维应变云图

Fig.9 2D and 3D strain cloud maps along x⁃direction under different strain

图10 层间界面损伤失效

Fig.10 Interlayer interface damage failure

图11 界面域像素尺寸⁃ε¯xx变化曲线

Fig.11 Interface area size⁃ε¯xx curves

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