【摘要】：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、耐疲勞等諸多優(yōu)點(diǎn),在土木工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。目前,對(duì)FRP材料的應(yīng)用主要采用熱固性FRP,但是因?yàn)槠洳痪邆涠渭庸ば阅軐?dǎo)致材料固化成型后形狀無(wú)法再次改變,在施工現(xiàn)場(chǎng)完全不具備再加工能力,FRP箍筋和彎筋等只能通過(guò)工廠預(yù)制生產(chǎn),同時(shí)熱固性FRP普遍存在硬脆、耐沖擊性差、固化成型周期長(zhǎng)、難以回收再利用、環(huán)境適應(yīng)性差等缺陷。針對(duì)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(qiáng)材料的熱塑性BFRP筋。重點(diǎn)研究了熱塑環(huán)氧BFRP筋的生產(chǎn)工藝、基本力學(xué)性能、耐堿腐蝕性能、與混凝土的粘結(jié)性能、二次彎曲理論與工藝及彎筋的力學(xué)性能。具體研究?jī)?nèi)容及成果如下:1.熱塑性FRP筋生產(chǎn)工藝研究。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)熱固性FRP筋拉劑工藝的改進(jìn),確定了適合熱塑性FRP筋生產(chǎn)的溶液法拉劑工藝;通過(guò)制作三種不同浸膠紗分析了FRP筋內(nèi)部殘留溶劑對(duì)其力學(xué)性能的影響。2.熱塑性FRP筋基本力學(xué)性能研究。對(duì)熱塑性BFRP筋分別進(jìn)行了拉伸性能、層間剪切性能、雙剪性能試驗(yàn),并與熱固性BFRP筋、熱塑性GFRP筋進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:熱塑性BFRP筋的抗拉強(qiáng)度與彈性模量均與熱固性BFRP筋相當(dāng),但是層間剪切強(qiáng)度及雙剪強(qiáng)度均明顯較低;同時(shí)熱塑性BFRP筋三項(xiàng)力學(xué)性能均優(yōu)于GFRP筋。3.熱塑性FRP筋耐堿腐蝕性能研究。對(duì)熱塑性BFRP筋進(jìn)行了不同溫度下的高溫加速耐堿腐蝕試驗(yàn),并與熱固性BFRP筋、熱塑性GFRP筋進(jìn)行對(duì)比。結(jié)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(cè)結(jié)果顯示熱固性BFRP筋只在截面外側(cè)邊緣發(fā)生了樹脂與纖維界面脫粘導(dǎo)致纖維完全松散的情況,而熱塑性BFRP筋未出現(xiàn)明顯的纖維松散,但是整個(gè)橫截面均存在由于界面脫粘導(dǎo)致的明顯孔洞和裂縫。4.熱塑性FRP筋與混凝土的粘結(jié)性能研究。采用單向軸心拔出試驗(yàn)對(duì)熱塑性BFRP筋與混凝土的粘結(jié)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,考察了混凝土強(qiáng)度等級(jí)、肋紋表面形式、直徑等參數(shù)的影響,并與熱固性BFRP筋、熱塑性GFRP筋、鋼筋等進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明:提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)可以適當(dāng)提高粘結(jié)強(qiáng)度;表面肋紋形式對(duì)熱塑性BFRP筋與混凝土的粘結(jié)性能影響較大,一體化深肋紋試件粘結(jié)性能最優(yōu);熱塑性BFRP筋與混凝土的粘結(jié)性能優(yōu)于GFRP筋;與熱固BFRP筋相比,兩者與混凝土的粘結(jié)性能相當(dāng)。5.熱塑性FRP筋彎曲工藝及性能研究。針對(duì)熱塑性FRP筋具備二次加工性能的突出特點(diǎn),開展了對(duì)彎曲工藝及力學(xué)性能的系列研究。建立了計(jì)算FRP彎筋彎曲部位強(qiáng)度的宏觀力學(xué)模型;開發(fā)了一種適合熱塑性FRP筋二次彎折的簡(jiǎn)易彎曲裝置;對(duì)FRP彎筋進(jìn)行了拉伸力學(xué)性能試驗(yàn),結(jié)果表明:熱塑性BFRP彎筋彎曲部位強(qiáng)度保留率與直徑d成反比,與彎曲半徑r/d成正比,同時(shí)熱塑性FRP筋彎曲部位強(qiáng)度保留率略低于熱固性FRP筋;分別采用規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式和宏觀力學(xué)強(qiáng)度模型對(duì)彎曲部位強(qiáng)度進(jìn)行理論計(jì)算,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU528
【圖文】：

（e）FRP 型材用于桁架橋梁 （f）FRP 連接件用于預(yù)制墻板中圖 1-1 FRP 材料在土木工程中的典型應(yīng)用據(jù)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(chǎn)生化學(xué)變化，逐漸硬化成型，不能不軟化同時(shí)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(guò)程中不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，無(wú)論加熱和冷卻重復(fù)進(jìn)行多少次均能保持原有性 所示）。常見(jiàn)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(yù)制墻板中圖 1-1 FRP 材料在土木工程中的典型應(yīng)用根據(jù)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(chǎn)生化學(xué)變化，逐漸硬化成型，再既不能不軟化同時(shí)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(guò)程中不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，無(wú)論加熱和冷卻重復(fù)進(jìn)行多少次均能保持原有性能1-2 所示）。常見(jiàn)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(jī)性，經(jīng)過(guò)加工后長(zhǎng)度變得更短，無(wú)法充分發(fā)揮強(qiáng)作用；長(zhǎng)纖維的長(zhǎng)度為 3-10mm，在 FRP 復(fù)合材料中長(zhǎng)度較長(zhǎng)且均一性好，排列纖維損傷小，從短纖維 FRP 發(fā)展到長(zhǎng)纖維 FRP，熱塑性復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了；隨著工藝的不斷發(fā)展，目前對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的生產(chǎn)研究已經(jīng)取得果，纖維長(zhǎng)度可以與制品尺寸相同，具有很好的可設(shè)計(jì)性，另一方面制品的力學(xué)性化性能隨纖維長(zhǎng)度的進(jìn)一步增加也有了大幅度提升，達(dá)到了質(zhì)的飛躍。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外熱塑性樹脂復(fù)合材料發(fā)展速度迅猛，已經(jīng)大大超出熱固性樹脂復(fù)合展速度。主營(yíng)全球市場(chǎng)研究的美國(guó)咨詢公司 Lucintel 在發(fā)布的市場(chǎng)研究報(bào)告中指出 年到 2020 年，連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料市場(chǎng)在全球預(yù)計(jì)將以高達(dá) 6.9%的復(fù)合年增增長(zhǎng)；美國(guó) MarketsandMarkets 公司在發(fā)布的《熱塑性復(fù)合材料市場(chǎng)》報(bào)告中指出，到熱塑性復(fù)合材料制品市場(chǎng)份額將擴(kuò)大至 99 億美元；2016-2020 年中國(guó)復(fù)合材料市場(chǎng)及發(fā)展趨勢(shì)分析報(bào)告指出，2015 年我國(guó)熱塑性復(fù)合材料的新增量高達(dá) 230 萬(wàn)噸，接料總產(chǎn)量的一半。同時(shí)，熱塑性復(fù)合材料在汽車制造業(yè)、醫(yī)療機(jī)械、航空航天等領(lǐng)了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用（如圖 1-3 所示），成為復(fù)合材料領(lǐng)域異�；钴S的開發(fā)與研究

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2782809