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1、第2 6 卷第2 期 2 0 0 5 年4 月 纺织学报 J o u m a lo f7 r e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 6 N o 2 A p r ,2 0 0 5 湿热环境下C F R P 一水泥砂浆的抗弯性能 熊杰1 ,徐新建1 ,萧庆亮1 ,许淑燕1 2 ( 1 浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州 3 1 0 0 3 3 2 杭州职、眦技术学院,浙江杭州3 1 0 0 1 8 ) 摘要 利用三点弯曲试验研究了水泥砂浆外贴碳纤维片材后在不同湿热条件下的抗弯性能,考察了c F R P - 水泥 砂浆的破坏模式,探讨了湿热对
2、c F R P _ 水泥砂浆抗弯性能的影响机理。结果表明:在2 5 下分别水浴l 、3 和5d 时, 其对应的抗弯断裂载荷随时间的增加基本不变;当其在6 0 下分别水浴1 、3 和5d 时,其对应的抗弯断裂载荷随 时间的增加而逐渐上升;当其在9 0 下分别水浴1 、3 和5d 时,其对应的抗弯断裂载荷随时间的增加先增大后减 小。当c F R P - 水泥砂浆在2 5 和6 0 下分别水浴l 、3 和5d 时,其破坏表现为具有一定的延性。在9 0 下分别水 浴l 和3d 时,其破坏模式保持不变,但继续水浴到5d 时,其破坏模式则转变为脆性破坏。 关键词纤维片材;c F R P ;水泥砂浆;湿热;
3、抗弯断裂载荷 中图分类号:T u5 2 8 5 9文献标识码:A文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 5 ) 0 2 0 0 1 8 0 3 F l e 珊r a lp r o p e r t i e so fC F R P - c e m e n tm O r t a ru n d e rm O i s t u r ea n dh 船te n 订r o n m e n t X I O N GJ i e l ,X UX i n j i a J l l ,x I A OQ i n g - l i a l l 9 1 ,X US h u y a I l l 2 ( 1 匆如6
4、0 m 幻r yo ,A d m e dz h t 如讹# e 渤如以肘口n 咖t 删n g 加嘞r ,胧旆啊矿E 矗啪砌凡, z h 可泌增i m 渺。厂拓n 口趔 2 0 9 y ,讹垮b u ,z 惋洳增 3 l 0 0 3 3 ,m i m ; 2 舶增加c o f 如酽0 厂口t i o n f o g y ,胁昭如u ,办痢昭3 1 0 0 1 8 ,c 锄) A b s t r a c tT h en e x u r a lp r o p e r t i e so fc e m e n tm o r t a re x t e m a U vb o n d e dc a r b o
5、 n 壬i b e rs h e e t su n d e rd i f r e r e n tm o i s t u r ea n dh e a te n v i 卜 o n m e n tw e r es t u d i e db vm e a n so f 血r e e p o i n tb e n d i n gt e s t T h ef h c t u r em o d e so fC F f t P - c e m e n tm o n a rs y s t e mw e r ee x a m i n e d T h e e x p e r i m e n t a lr e s
6、u l t ss h o wt h a tw h e nt h es p e c i m e n sw e r ei m m e r s e di n2 5 w a t e rf o rlt o5d a y s ,t h e i rs t r e n 昏hd i dn o tc h a n g ew i t l 山et i m e W h e n 山es p e c i m e n sw e r ei m m e r s e di n6 0 w a t e rf o rlt o5d a y s ,t h e i rs t r e n g t hi n c r e a s e dw i 山t l
7、 l et i m e W h e nt | l es p e c i m e n sw e r ei m m e r s e di n9 0 w a t e rf o rl t 05d 8 y s ,t h e i rs t r e n 殍hi n c r e a s e df o r1t 03d a y s ,b u td e c r e a s e df o rm o r et l l a n3 如y s T h ef h c t u r em o d e so fC F R P _ c e m e n tm o r t a rs p e c i m e nw e r ea c c u
8、m u l a t i o nw i t l lc e r t a i nd u c L i l i t v ,w h e nt h e vw e r ei m m e r s e di n2 5 a n d6 0 w a t e r f o rlt o5d a y s ,a sw e a s1t o3d a y sa t 9 0o C B u tw h e nt h e yw e r ei m m e r s e di n9 0 w a t e r f o r 5d a y s ,t I e t d e c o l l a p s et o o kp l a c e K e yw o r d
9、 sf i b e rs h e e t s ;C F R P ;c e m e n tm o 衄;m o i s t u r e 柚dh e a t ;s t r e n g t l lo fn e x u r a lr e s i s t a l l c e 水泥钢筋混凝土材料在大气环境下存在着严重 的耐久性问题。目前用F R P ( 纤维增强复合材料) 筋 代替传统的钢筋对混凝土材料进行配筋已成为各国 研究的重点,而对于现存的建筑结构只能用F R P 进 行修复补强。 建筑物在使用过程中不可避免地受到各种自然 因素的影响,而湿和热是大气环境中最普遍的自然 因素,研究F R P 建筑物体系
10、在湿热环境下的力学性 能,不但可以更好地利用材料,而且利于人工加速老 化试验的设计以预测体系的使用寿命u “J 。本文对 C F R P 水泥砂浆在不同湿热条件下的抗弯性能进行 探讨,为后续的研究工作提供参考。 l 实验部分 1 1 原材料 普通硅酸盐水泥,s L1 0 3 早强高效减水剂,标准 砂;环氧树脂( E 一4 4 ) ,聚酰胺树脂6 5 0 ,无水乙醇,丙 酮,硝酸,偶联剂z H1 3 0 1 ,滑石粉;碳纤维规格为: T7 0 0 S C 型,拉伸强度4 9G P a ,拉伸模量2 3 0G P a ,断 裂伸长2 1 ,由T O R A Y 供应商提供。 1 2 试样的制备 1
11、 2 1水泥砂浆的制备水泥、标准砂和水按 基金项目:浙江省经贸委产学研工程项目( 浙经贸技术 2 0 0 2 6 4 7 4 8 ) 作者简介:熊杰( 1 9 6 5 一) ,男,教授,博士。主要从事纺织材料与纺织复合材料的教学与研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第2 期纺织学报【1 9 】 2 :6 :1 称取,S L1 0 3 减水剂掺入量为水泥质量的 2 5 。先拌和水泥与S L1 0 3 减水剂约11 1 1 i n
12、 ,然后 加入标准砂,再搅拌2m j n ,最后加人自来水,充分搅 拌2r n i n 后用于制作砂浆。砂浆在模具里成型4 8h 后在水中养护5d 。最后,水泥砂浆在室温下自然干 燥备用。砂浆的制备条件按G B7 8 9 7 1 8 7 规定,尺 寸为4 0m m 4 0m m 1 6 0m m 。 1 2 2 纤维片材的制备把碳纤维排成单向连续 的无纬布,然后在其正反两面分别覆盖一层涂有树 脂的聚酯网格,在热压机上热压成型。工艺参数为: 温度1 0 0 ,压力3 5M P a ,成型时间3s ,形成结构稳 定的柔性片材并经氧气冷等离子体处理,处理条件 为:发射频率1 3 5 6M 地,气体压
13、力4 0P a ,功率8 0w , 处理时间2 0I I l i n 。碳纤维片材的规格为:长度 1 6 0 皿,宽度4 0m m ,厚度o 2 6 3m m ,面密度2 0 0g ,m 2 。 1 2 3 粘贴纤维片材粘贴前,先清除水泥砂浆表 面的浮灰,并用丙酮清洗粘贴面,接着在粘贴面上铺 覆一层很薄的滑石粉,以填平粘贴面上微小的凹穴, 然后涂上环氧树脂胶,再把经表面处理的纤维片材粘 贴在水泥砂浆上,为了避免树脂固化后产生气泡,粘 贴后的试样在常温下抽真空1 5 2 0r n i n ,接着在室温 下固化7d 后进行测试。环氧树脂和聚酰胺树脂按 1 :o 8 称取,再加少量无水乙醇配制成环氧
14、树脂胶。 1 3 实验方案 c F R P 一水泥砂浆在盛有自来水的恒温水浴锅中 进行水浴,共9 组,2 7 个样品。水浴温度分别为2 5 、 6 0 和9 0 ,每一温度的持续时间分别为1 、3 和5d 。 1 4 测试方法 按G B7 8 9 7 2 8 7 规定,用试件的最大断裂载荷 来表征其抗弯性能。试件为每组3 个,试验结果按 每组3 个算术平均值评定。试件在型号为R G M 2 0 0 A 的微机控制电子万能试验机上进行三点弯测 试,跨度1 0 0m m ,试验速度1 0m m ,r n i n 。界面剥离时 的破坏形貌采用M o t i cK 7 0 0z 体视显微镜观察。 2
15、结果与讨论 2 1 湿热条件下C F l 冲水泥砂浆的抗弯断裂载荷 图1 反映了不同湿热条件下C F R P 一水泥砂浆的 抗弯断裂载荷与处理时间的关系,同时与其室温干燥 下的抗弯断裂载荷进行比较。实验结果表明:C F R P 一 水泥砂浆在2 5 下水浴时,其抗弯断裂载荷随处理 时间的延长变化不大,但该状态下的抗弯断裂载荷显 著低于室温干燥下的抗弯断裂载荷;当水浴温度升到 6 0 时,c F R P 一水泥砂浆的抗弯断裂载荷随处理时间 的延长呈逐步上升的趋势;当水浴温度继续升高到 2 芝 柱 赫 间 泥 载 著 件 浆 图1c F R P 水泥砂浆抗弯断的破坏模式 裂载荷一时间曲线 图2 为
16、不同湿 热条件下c F R P 一水泥砂浆的受弯破坏图。c F R P 水 泥砂浆在常温下的受弯破坏是由2 条斜向裂缝引起 的,其破坏模式为具有一定延性的积累性破坏。7 1 ,但 从图2 看出,c F R P _ 水泥砂浆经湿热处理后,裂缝的 数量减少为1 条,这是因为c F R P 与水泥砂浆的粘 结强度湿、热作用下降低了。当C F R P 一水泥砂浆在 9 0 下水浴5d 后,裂缝的形状由斜向转变为竖向, 反映了破坏模式的转变。图3 是C F R P 一水泥砂浆剥 离面的细部观察。 ( a ) 2 5 下分别水浴1 、3 和5d( b ) 6 0 下分别水浴l 、3 和5d ( a ) 9
17、 0 下分别水浴l 和3 d ( d ) 9 0 水浴5d 图2c F R P 水泥砂浆的受弯破坏图 ( a ) 2 5 下水浴5d 的界面破坏( b ) 6 0 下水浴5d 的界面破坏 ( c ) 9 0 下水浴3d 的界面破坏 ( d ) 9 0 下水浴5d 的界面破坏 图3c F R P 与水泥砂浆发生界面剥离时的破坏形貌 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【2 0 】纺织学报 由图3 可见,c F R P 一水泥砂浆在2 5 和6 0 下水
18、浴5d 受弯破坏后,c F R P 表面上粘结着一浅层水泥 砂浆,而在9 0 下水浴3d 后,其表面上粘结着的 水泥砂浆明显减少,当在9 0 下继续水浴到5d 后,c F R P 表面上粘结着的水泥砂浆更少,而且树脂 基体发生了明显的溶胀作用。这从另一角度反映了 C F R P 水泥砂浆在湿热的作用下,C F R P 与水泥砂浆 的粘结强度随温度的升高和作用时间的延长而逐渐 降低。所以,c F R P 一水泥砂浆在2 5 和6 0 下分别水 浴l 、3 和5d 时,其破坏表现仍具有一定的延性。 当c F R P 一水泥砂浆在9 0 下分别水浴1 和3d 时, 其破坏模式保持不变,但继续水浴到5
19、d 时,其破坏 模式则转变为脆性破坏。 2 3 湿热对体系抗弯性能的影响机理 c F R P - 水泥砂浆在湿和热的共同作用下,其各 组分材料的力学性能会发生变化。本实验的c F R P 在温度小于1 0 0 、水浴时间相对较短( 5d ) 的情 况下,其界面性能虽然有所下降,但幅度不大,因此 C F R P 仍具有较高的强度保留率。对水泥砂浆而言, 当水泥砂浆在室温下水浴时,水分由水泥砂浆的外 缘向中心迁移,沿此方向迁移的水分,将水泥砂浆内 部含有的气相封闭住,这些气相竭力向相反方向迁 移,其结果使水泥砂浆孔内的压力增大,该压力足以 使固体组分移动,所以水泥砂浆的密实性遭受破 坏1 ,强度相
20、应下降。当水泥砂浆在6 0 和9 0 下 水浴时,这实际上是一个养护过程,虽然也受到水分 向内部迁移所带来的不利影响,但在该温度下水泥 砂浆内未水化的熟料会发生水化反应,形成水化硅 酸钙,但这种情况在2 5 下不会发生。有研究0 。 表明:当温度为4 0 、6 0 及7 0 时,随着养护温度的 提高以及养护时间的延长,水泥砂浆内的凝胶数量 相应增加;当温度为8 0 及9 0 时,经过1 2h 就形 成较多的C s H 凝胶。另一方面,在6 0 下水 浴时,水泥砂浆内水化产物的结晶程度比较完善,而 9 0 下的晶体则较大和粗劣。 在本实验中,当c F R P 一水泥砂浆在2 5 下分别 水浴1
21、、3 和5d 时,由于c F R P 和水泥砂浆的力学性 能都低于其各自室温下的干燥状态,所以c F R P 水 泥砂浆的抗弯断裂载荷比室温干燥的低,分别是 74 2 2 、73 1 5 和71 6 9N ,抗弯断裂载荷随时间的增加 变化不大;当水浴温度提高到6 0 时,由于水泥砂 浆的强度随时间的增加而逐渐上升,所以c F R P - 水 泥砂浆的抗弯断裂载荷也呈逐渐上升的趋势,分别 是79 1 3 、97 4 8 和1 06 2 1N 。当水浴温度继续升高到 2 0 0 5 年第2 期 9 0 时,在前3d 的水浴时间里,一方面c F R P 与水 泥砂浆间的粘结强度有所降低,另一方面9
22、0 下水 泥砂浆内部水化产物结晶不完善,所以与6 0 相 比,c F R P 一水泥砂浆的抗弯断裂载荷有所降低,但由 于水泥砂浆的强度随着水浴时间的增加而上升,所 以C F R P 水泥砂浆在该状态下水浴1 和3d 时,其抗 弯断裂载荷分别是67 4 3 和86 5 5N ,但当水浴到5d 时,由于c F R P 与水泥砂浆间的粘结强度已大大降 低,c F R P 难以很好地对水泥砂浆进行加固和约束, 所以此时的抗弯断裂载荷下降为51 2 2N 。 3 结论 本实验中c F R P 水泥砂浆,在2 5 下分别水浴 1 、3 和5d 时,其对应的抗弯断裂载荷随时间的增加 基本不变;当其在6 0
23、下分别水浴l 、3 和5d 时,其 对应的抗弯断裂载荷随时间的增加而逐渐上升;当 其在9 0 下分别水浴1 、3 和5d 时,其对应的抗弯 断裂载荷随时间的增加先增大后减小。C F R P 水泥 砂浆,当其在2 5 和6 0q c 下分别水浴1 、3 和5d 时, 其破坏表现为具有一定的延性。当在9 0 下分别 水浴1 和3d 时,其破坏模式保持不变,但继续水浴 到5d 时,其破坏模式则转变为脆性破坏。 参考文献: 【1 雷渭媛,季铁正提高芳纶及其与x 4 5 2 0 基体体系界面的耐湿 热性研究 J 复合材料学报,1 9 9 6 ,1 3 ( 3 ) :5 1 1 2 张爱波,雷渭媛张守阳+
24、 芳纶纤维增强P P s 复合材料耐水性 能的研究 J 宇航材料上艺,1 9 9 9 ,2 9 ( 4 ) :3 3 3 6 3 陈平温度和水煮时间对玻璃纤维环氧基复合材料界面层介 电性能的影响研究 J 复合材料学报,1 9 9 7 ,1 4 ( 3 ) :6 7 7 1 【4j N g “y e nT ,A o u a d i K ,A l s h e hD ,e ta 1 E f k c t s0 fc i v i le n 舀n e e r i n ge n - v i m n m e n t so ni n t e r f i 且lp 。叩e r t i e so fp o l y m
25、 e “d a s sn b e rc o n l p o g i t e s A h l :H u iDe d s 4 t hI n t e m a t l o n a lc o r 血r e n c e I n t e m a t i o n a Ic o m m I m i yf 矗c o m p o s i t e sE n 舀n e e r i “g ( I c c E ,4 ) H a w a i i ,1 9 9 7 ,u n i v e r s i t yo fN e wO r l e a I l s 7 2 5 7 2 6 5 c h i nJw ,Ng l l y e nT
26、 ,A o u a d iK E 虢c t so fc n v i r o n m e n 出c l p o s u r eo n 6 b e p 此i n f o r c e dp l a s t i c s ( F R P ) m a t e n a l su s e di nc o n s t m c t i o n J 】 J o u m a l0 fC o m p o s i t e sT e c l o l o g y R e s e a r c h ,1 9 9 7 ,1 9 ( 4 ) :2 0 5 2 1 3 16J H 0 d z i cA N 锄o - i n d e n
27、 i o na n dn 帅0 s c r a t c ho fp 0 I y l e r ,醇a s si n t e r - f a c e s U :l o d e lo fi n t e r p h a s e si nw a t e ra g e dc o m p o s i t em a t e r i a l s 【JJ P 0 l y m e r ,2 0 0 1 ,4 2 ( 1 2 ) :5 7 0 l 一5 7 l O 7 熊杰,萧庆亮,唐菊,等纤维的表面处理对F R P 水泥砂浆体 系抗弯性能的影响 J 建筑材料学报,2 0 0 4 ,7 ( 3 ) :3 1 7 3 2 5 8 J A 马里宁娜普通混凝土的湿热养护 M 庞强特,译北 京:中国建筑工业出版社,1 9 8 1 3 9 9 沈威译水泥水化与硬化( 二) A 见:第六届国际水泥化学 会议论文集( 第二卷) c 北京:中国建筑工业出版社,1 9 8 1 1 6 7 一1 8 0 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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