【摘 要】
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传统海水海砂混凝土环境中的氯盐易导致钢筋锈蚀,纤维增强复合材料(FRP,Fiber Reinforced Polymer)因其优异的耐腐蚀性能,常被应用于海水海砂混凝土中。本文针对玄武岩纤维、玻璃纤维与环氧树脂基体界面粘结性能,以及各类腐蚀溶液对界面粘结性能影响,采用试验与分子模拟相结合的方法开展系统研究。本文主要开展的工作及研究结论如下:(1)自主设计玄武岩(玻璃)纤维束-环氧树脂微脱粘试验方法
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传统海水海砂混凝土环境中的氯盐易导致钢筋锈蚀,纤维增强复合材料(FRP,Fiber Reinforced Polymer)因其优异的耐腐蚀性能,常被应用于海水海砂混凝土中。本文针对玄武岩纤维、玻璃纤维与环氧树脂基体界面粘结性能,以及各类腐蚀溶液对界面粘结性能影响,采用试验与分子模拟相结合的方法开展系统研究。本文主要开展的工作及研究结论如下:(1)自主设计玄武岩(玻璃)纤维束-环氧树脂微脱粘试验方法,测试腐蚀溶液中玄武岩(玻璃)纤维束与环氧树脂界面粘结性能演变规律;并使用数字图像相关技术(DIC)实时监测纤维束与环氧树脂脱粘过程中的应力应变演变。玄武岩纤维束、玻璃纤维束的拉伸强度分别为165 MPa和65 MPa,玄武岩纤维-环氧树脂粘结强度为45 MPa,比玻璃纤维束-环氧树脂粘结强度低18%。经过28d腐蚀发现玻璃纤维与环氧树脂粘结界面耐腐蚀能力高于玄武岩纤维;(2)建立玄武岩纤维/环氧树脂(铝掺杂二氧化硅,Si(Al)O2/环氧树脂,DGEBA+MPD)界面模型、玻璃纤维/环氧树脂(纯二氧化硅,Si O2/环氧树脂,DGEBA+MPD)界面模型,并基于分子动力学方法研究两类界面在干燥、水和盐溶液环境下的界面结合能、环氧树脂在界面处结构、环氧树脂原子与基底原子作用形式、溶液离子运动状态等。在干燥状态下,铝掺杂二氧化硅/环氧树脂界面结合能为纯二氧化硅/环氧树脂界面结合能的28.42%,溶液环境中铝掺杂二氧化硅/环氧树脂界面在溶液环境中界面结合能低于纯二氧化硅/环氧树脂界面结合能。(3)环氧树脂与基底界面的粘结作用主要是通过环氧树脂氧原子(Oe)与基底界面氢原子(Hs)之间形成的氢键原子;溶液离子对界面模型破坏的主要形式为溶液中水分子结构氢原子(Hw)与环氧树脂氧原子(Oe)之间相互作用、水分子结构氧原子(Ow)与基底界面氢原子(Hs)之间相互作用、溶液Na+与环氧树脂氧原子(Oe)之间相互作用、溶液Cl-与基底界面氢原子(Hs)之间相互作用以及溶液SO42-与基底界面氢原子(Hs)之间相互作用,溶液离子通过与氢键原子对(Oe-Hs、He-Os)之间的相互作用,占据了界面作用原子对上的反应位点,从而破坏了界面结构的粘结作用;(4)制作玄武岩(玻璃)纤维环氧树脂复合片材,研究复合片材在腐蚀溶液中微观形貌及拉伸强度演变。结果表明:玄武岩纤维环氧树脂复合片材、玻璃纤维环氧树脂复合片材在溶液中腐蚀28 d后,片材拉伸强度均下降明显;腐蚀溶液对两类片材力学性能劣化的影响大小为:模拟海水海砂混凝土孔溶液(SWSSC)>模拟混凝土孔溶液(NC)>Na Cl溶液>水溶液;(5)自主开发一种复合片材预加载浸泡老化试验装置,研究荷载与腐蚀溶液耦合作用下纤维树脂片材力学性能变化;并利用超景深显微镜对纤维树脂复合片材在预加载浸泡老化状态下原位观察表面形貌变化;对预加载浸泡腐蚀28 d的玄武岩纤维环氧树脂复合片材进行拉伸性能测试,利用DIC对预加载浸泡腐蚀28 d后的片材拉拔过程的表面应变实时监测。试验结果表明,相比单一浸泡腐蚀的复合片材,预加载浸泡腐蚀使得片材拉伸强度下降速率加快;腐蚀后片材断面处环氧树脂发生裂解;随腐蚀程度增加,断面处纤维束有从环氧基体中拔出的现象;
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