【摘要】：纖維增強復合材料(FRP)因其輕質、高強、耐腐蝕、耐疲勞等諸多優(yōu)點,在土木工程領域中得到了廣泛應用。目前,對FRP材料的應用主要采用熱固性FRP,但是因為其不具備二次加工性能導致材料固化成型后形狀無法再次改變,在施工現場完全不具備再加工能力,FRP箍筋和彎筋等只能通過工廠預制生產,同時熱固性FRP普遍存在硬脆、耐沖擊性差、固化成型周期長、難以回收再利用、環(huán)境適應性差等缺陷。針對熱固性FRP存在的諸多不足,本文研究開發(fā)了一種以熱塑性環(huán)氧樹脂為基體材料、新型綠色環(huán)保的玄武巖纖維為增強材料的熱塑性BFRP筋。重點研究了熱塑環(huán)氧BFRP筋的生產工藝、基本力學性能、耐堿腐蝕性能、與混凝土的粘結性能、二次彎曲理論與工藝及彎筋的力學性能。具體研究內容及成果如下:1.熱塑性FRP筋生產工藝研究。通過對傳統(tǒng)熱固性FRP筋拉劑工藝的改進,確定了適合熱塑性FRP筋生產的溶液法拉劑工藝;通過制作三種不同浸膠紗分析了FRP筋內部殘留溶劑對其力學性能的影響。2.熱塑性FRP筋基本力學性能研究。對熱塑性BFRP筋分別進行了拉伸性能、層間剪切性能、雙剪性能試驗,并與熱固性BFRP筋、熱塑性GFRP筋進行對比。結果表明:熱塑性BFRP筋的抗拉強度與彈性模量均與熱固性BFRP筋相當,但是層間剪切強度及雙剪強度均明顯較低;同時熱塑性BFRP筋三項力學性能均優(yōu)于GFRP筋。3.熱塑性FRP筋耐堿腐蝕性能研究。對熱塑性BFRP筋進行了不同溫度下的高溫加速耐堿腐蝕試驗,并與熱固性BFRP筋、熱塑性GFRP筋進行對比。結果表明:熱塑性BFRP筋耐堿腐蝕性能優(yōu)于GFRP筋;但是與熱固性BFRP筋相比,耐堿腐蝕性能明顯較差;SEM觀測結果顯示熱固性BFRP筋只在截面外側邊緣發(fā)生了樹脂與纖維界面脫粘導致纖維完全松散的情況,而熱塑性BFRP筋未出現明顯的纖維松散,但是整個橫截面均存在由于界面脫粘導致的明顯孔洞和裂縫。4.熱塑性FRP筋與混凝土的粘結性能研究。采用單向軸心拔出試驗對熱塑性BFRP筋與混凝土的粘結性能進行了試驗研究,考察了混凝土強度等級、肋紋表面形式、直徑等參數的影響,并與熱固性BFRP筋、熱塑性GFRP筋、鋼筋等進行了對比。結果表明:提高混凝土強度等級可以適當提高粘結強度;表面肋紋形式對熱塑性BFRP筋與混凝土的粘結性能影響較大,一體化深肋紋試件粘結性能最優(yōu);熱塑性BFRP筋與混凝土的粘結性能優(yōu)于GFRP筋;與熱固BFRP筋相比,兩者與混凝土的粘結性能相當。5.熱塑性FRP筋彎曲工藝及性能研究。針對熱塑性FRP筋具備二次加工性能的突出特點,開展了對彎曲工藝及力學性能的系列研究。建立了計算FRP彎筋彎曲部位強度的宏觀力學模型;開發(fā)了一種適合熱塑性FRP筋二次彎折的簡易彎曲裝置;對FRP彎筋進行了拉伸力學性能試驗,結果表明:熱塑性BFRP彎筋彎曲部位強度保留率與直徑d成反比,與彎曲半徑r/d成正比,同時熱塑性FRP筋彎曲部位強度保留率略低于熱固性FRP筋;分別采用規(guī)范經驗公式和宏觀力學強度模型對彎曲部位強度進行理論計算,并與試驗結果進行了對比分析。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU528
【圖文】：

（e）FRP 型材用于桁架橋梁 （f）FRP 連接件用于預制墻板中圖 1-1 FRP 材料在土木工程中的典型應用據樹脂基體組成成分的不同，將 FRP 材料分為熱固樹脂基 FRP 和熱塑樹脂基熱固性樹脂(thermosettingresin)是指加熱后樹脂產生化學變化，逐漸硬化成型，不能不軟化同時也不能溶解的一種樹脂。熱固性樹脂主要包括環(huán)氧樹脂、不飽和脂、乙烯基酯等。而熱塑性樹脂(thermoplastic resin)具有受熱軟化、冷卻硬化的此過程中不發(fā)生任何化學反應，無論加熱和冷卻重復進行多少次均能保持原有性 所示）。常見的熱塑性樹脂主要有聚丙烯 PP、聚乙烯 PE、聚酰胺 PA、聚苯硫亞胺 PEI 等。

（e）FRP 型材用于桁架橋梁 （f）FRP 連接件用于預制墻板中圖 1-1 FRP 材料在土木工程中的典型應用根據樹脂基體組成成分的不同，將 FRP 材料分為熱固樹脂基 FRP 和熱塑樹脂基 FR。熱固性樹脂(thermosettingresin)是指加熱后樹脂產生化學變化，逐漸硬化成型，再既不能不軟化同時也不能溶解的一種樹脂。熱固性樹脂主要包括環(huán)氧樹脂、不飽和聚樹脂、乙烯基酯等。而熱塑性樹脂(thermoplastic resin)具有受熱軟化、冷卻硬化的性在此過程中不發(fā)生任何化學反應，無論加熱和冷卻重復進行多少次均能保持原有性能1-2 所示）。常見的熱塑性樹脂主要有聚丙烯 PP、聚乙烯 PE、聚酰胺 PA、聚苯硫醚酰亞胺 PEI 等。

維在 FRP 材料中分布不均，具有隨機性，經過加工后長度變得更短，無法充分發(fā)揮強作用；長纖維的長度為 3-10mm，在 FRP 復合材料中長度較長且均一性好，排列纖維損傷小，從短纖維 FRP 發(fā)展到長纖維 FRP，熱塑性復合材料的力學性能得到了；隨著工藝的不斷發(fā)展，目前對連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料的生產研究已經取得果，纖維長度可以與制品尺寸相同，具有很好的可設計性，另一方面制品的力學性化性能隨纖維長度的進一步增加也有了大幅度提升，達到了質的飛躍。近年來，國內外熱塑性樹脂復合材料發(fā)展速度迅猛，已經大大超出熱固性樹脂復合展速度。主營全球市場研究的美國咨詢公司 Lucintel 在發(fā)布的市場研究報告中指出 年到 2020 年，連續(xù)纖維增強熱塑性塑料市場在全球預計將以高達 6.9%的復合年增增長；美國 MarketsandMarkets 公司在發(fā)布的《熱塑性復合材料市場》報告中指出，到熱塑性復合材料制品市場份額將擴大至 99 億美元；2016-2020 年中國復合材料市場及發(fā)展趨勢分析報告指出，2015 年我國熱塑性復合材料的新增量高達 230 萬噸，接料總產量的一半。同時，熱塑性復合材料在汽車制造業(yè)、醫(yī)療機械、航空航天等領了廣泛的發(fā)展和應用（如圖 1-3 所示），成為復合材料領域異常活躍的開發(fā)與研究

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 吳剛;朱瑩;董志強;汪昕;吳智深;;堿性環(huán)境中BFRP筋耐腐蝕性能試驗研究[J];土木工程學報;2014年08期

2 施錦杰;孫偉;;混凝土中鋼筋銹蝕研究現狀與熱點問題分析[J];硅酸鹽學報;2010年09期

3 王川;歐進萍;;GFRPP筋酸堿鹽腐蝕老化實驗研究[J];防災減災工程學報;2010年S1期

4 王川;歐進萍;;FRTP筋制備與基本物理力學性能試驗[J];玻璃鋼/復合材料;2007年05期

5 楊廣云;;鋼筋腐蝕與混凝土結構的耐久性[J];山西建筑;2007年16期

6 趙洪凱;錢春香;周效諒;王輝;;拉擠工藝成型連續(xù)纖維增強熱塑性FRP的性能研究[J];化學建材;2006年01期

7 周效諒,錢春香,王繼剛,鄭孝霞;連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料拉擠工藝研究與應用現狀[J];高科技纖維與應用;2004年01期

8 張昕,李輔安,王曉潔;熱塑性樹脂基體纖維纏繞工藝[J];纖維復合材料;2003年01期

9 楊嶺,何華珍,顧海麟,王東川;玻璃纖維增強熱塑性復合材料及其應用[J];汽車工藝與材料;2002年06期

10 楊福生,趙延斌,吳靖;國外熱塑性樹脂基復合材料現狀及發(fā)展趨勢[J];吉林化工學院學報;2001年03期

本文編號：2782809