BFRP耐腐蝕及疲勞性能提升方法研究.pdf

1、玄武巖纖維復(fù)合材料(BFRP)作為一種對(duì)生態(tài)和環(huán)境無(wú)毒無(wú)害，可再生循環(huán)的環(huán)境友好型材料，其本身具有高性價(jià)比、良好的耐腐蝕性能和耐疲勞性能等優(yōu)秀的力學(xué)性能，被越來(lái)越廣泛的用于加固、有特殊要求的結(jié)構(gòu)（防雷達(dá)干擾或有敏感電器測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)）、長(zhǎng)期處于復(fù)雜腐蝕環(huán)境下的鹽湖或海邊的水土工程建筑和承受疲勞荷載長(zhǎng)期作用的大跨橋梁中。而隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)雜環(huán)境下工程結(jié)構(gòu)的耐腐蝕和疲勞性能的要求越來(lái)越高，進(jìn)一步提升BFRP的耐腐蝕性能和耐疲勞性能將直接影響著

2、土木工程領(lǐng)域今后更大的發(fā)展。
　　前期研究表明，BFRP的耐腐蝕性能和耐疲勞性能與它構(gòu)成的樹(shù)脂以及纖維樹(shù)脂之間的界面層有很大的關(guān)系，本文從其組成成分入手:一是改進(jìn)以往采用的樹(shù)脂類型，利用熱望環(huán)氧樹(shù)脂形成的復(fù)合材料有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性能好、韌性好、且具有二次加工成型很好的解決現(xiàn)存的FRP筋不能現(xiàn)場(chǎng)彎折問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，研究熱望環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP的耐腐蝕性能和耐疲勞性能，并根本上了解耐腐蝕機(jī)理和疲勞機(jī)理，對(duì)比熱固環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP評(píng)價(jià)它的提

3、升效果和優(yōu)勢(shì);二是使用涂層處理玄武巖纖維改善性能，研究涂層處理后不同樹(shù)脂基類型BFRP在腐蝕溶液中的退化情況和對(duì)比未涂層處理的來(lái)評(píng)價(jià)提升效果。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、通過(guò)研究熱塑環(huán)氧樹(shù)脂的固化工藝，確定了熱塑環(huán)氧樹(shù)脂的固化溫度、固化時(shí)間及脫模劑;通過(guò)多次研究熱塑環(huán)氧樹(shù)脂類試件的制作工藝，確定預(yù)浸程序解決熱塑環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)粗紗和纖維布的浸漬問(wèn)題;通過(guò)大量試驗(yàn)研究熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基疲勞片材不同錨固樹(shù)脂的拉伸結(jié)果，最終選擇采用熱塑環(huán)氧樹(shù)脂做

4、疲勞片材錨固段樹(shù)脂，得到熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP浸膠紗、片材及疲勞片材的制作工藝和具體操作流程;
　　2、測(cè)試熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基體、熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP浸膠紗及片材的靜力拉伸性能，并同時(shí)對(duì)比熱固環(huán)氧樹(shù)脂基體、熱固環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP浸膠紗及片材的靜力拉伸性能，結(jié)果表明熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基體及熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP的拉伸性能更好，有更高的強(qiáng)度和延性;考察不同溫度、不同齡期及不同腐蝕溶液類型對(duì)熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP片材腐蝕程度影響，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，

5、測(cè)試?yán)煨阅艿耐嘶闆r，同時(shí)對(duì)比熱固環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP片材的55℃堿腐蝕情況，并對(duì)熱塑環(huán)氧BFRP進(jìn)行長(zhǎng)期壽命預(yù)測(cè)，結(jié)果表明熱塑環(huán)氧樹(shù)脂做基體材料時(shí)對(duì)BFRP的整體力學(xué)性能及耐腐蝕性能都有明顯的提升效果，熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP在常溫25℃下腐蝕程度最低且抗堿能力與抗酸能力無(wú)明顯差別，但堿溶液的溫度加速退化程度要高于酸溶液，40℃和55℃溫度下表現(xiàn)為抗酸能力大于抗堿能力，而且酸環(huán)境下預(yù)測(cè)到更高的長(zhǎng)期壽命;
　　3、為判斷涂層與玄武巖

6、粗紗表面浸潤(rùn)劑的結(jié)合情況，測(cè)定涂層處理玄武巖纖維粗紗前后的拉伸強(qiáng)度并試驗(yàn)其在80℃堿腐蝕溶液中的退化程度，結(jié)果表明涂層與浸潤(rùn)劑有很好的結(jié)合效果，涂層處理玄武巖纖維粗紗后的斷裂強(qiáng)度更高，耐堿性能更好，耐堿腐蝕強(qiáng)度保留程度是未處理時(shí)的2倍;研究熱塑環(huán)氧樹(shù)脂、熱固環(huán)氧樹(shù)脂、普通乙烯基樹(shù)脂、耐堿乙烯基樹(shù)脂、增韌耐堿乙烯基樹(shù)脂5種樹(shù)脂與涂層處理玄武巖纖維后的浸膠紗的在80℃堿腐蝕前后拉伸強(qiáng)度，并對(duì)比測(cè)試相應(yīng)樹(shù)脂基無(wú)涂層的BFRP浸膠紗的腐蝕前后拉

7、伸強(qiáng)度，結(jié)果表明涂層的存在可以明顯減弱在BFRP腐蝕溶液中的退化速度，強(qiáng)度保留率提升了20％～30％，涂層有明顯的提升耐堿腐蝕性能效果，而且增韌耐堿乙烯基與涂層形成BFRP的耐堿腐蝕退化性能最好，熱塑環(huán)氧樹(shù)脂與涂層形成BFRP在堿溶液下的強(qiáng)度值最高;
　　4、通過(guò)固定應(yīng)力比下的熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP片材的疲勞試驗(yàn)，得到疲勞循環(huán)周期數(shù)，疲勞剛度衰減及疲勞損傷，并根據(jù)不同的基于可靠性分析的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，得到疲勞壽命預(yù)測(cè)值，同時(shí)對(duì)比

8、熱固環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP的相關(guān)性能，結(jié)果表明:在高應(yīng)力水平下，熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP與熱固環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP的疲勞破壞次數(shù)大概相同，但在較低應(yīng)力水平下，前者的疲勞循環(huán)周期要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出后者且S-N曲線更平緩、拐點(diǎn)所代表的應(yīng)力水平更高，并且可靠性處理后疲勞壽命預(yù)測(cè)的應(yīng)力水平值都高于熱固環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP;熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP和熱固環(huán)氧樹(shù)脂基BFRP的剛度衰減模式大致相同，但前者有著更高的臨界極限剛度和更為平緩的剛度衰減速率;熱塑環(huán)氧樹(shù)脂基BF