堿性環境中BFRP筋材與混凝土粘接退化規律的研究

韓青 孟繁榮

摘要：針對于BFRP筋（玄武巖纖維增強樹脂基復合筋材）在堿性的環境之中的腐蝕機理和耐腐蝕性能進行了以下一系列的試驗來研究它的變化規律，在這其中的實驗過程中需要的實驗變量包含堿性環境的類型、樹脂基體的種類和腐蝕齡期等等，其中在堿性環境下就包含了堿性溶液的浸泡和潮濕混凝土包裹這兩種形式，而對于筋材的種類也是要有一定得要求的，其中包括了BV筋（乙烯基酯樹脂基體復合筋）和BE筋（環氧樹脂基體復合筋），其試驗的最長齡期是120d。實驗過程中為了加快腐蝕的速率，我們便采用了60℃的高溫來進行浸泡。對于實驗結果我們還采用了SEM（掃描電子顯微鏡）來對于腐蝕前后鋼材的內部微觀結構進行觀察和分析，通過以上的一系列的實驗，便得到了以下的結論：BE筋的腐蝕的前后強度和耐堿性能都高于BV筋，而在SEM的觀察下通過觀察沿筋材徑，BE筋有更為明顯的腐蝕層和未腐蝕層的的分界線，但對于BV筋而言，并未出現明顯的纖維松散層，而且還發現在其界面出現了大量的微裂縫和脫粘的現象。

關鍵詞：堿性環境;粘接退化;混凝土;耐堿性

中圖分類號：TU377

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）06-0042-04

在近幾年中FRP筋[1]因其耐久性好、絕緣無磁和輕質高強等等的優點而被人們所歡迎，那么對于BFRP筋在混凝土堿性環境下的耐久性的研究便變得尤為的重要。我們就采用了環氧樹脂和乙烯基酯樹脂這兩種樹脂基體種類的BFRP筋[2]來進行研究，將其浸泡在60℃的堿性溶液，掃描電子顯微鏡來觀察其內部微觀結構的損傷機理的方式就比較的少了，在實驗的過程中，我們通過使用掃描電子顯微鏡（SEM[3]）對不同的腐蝕齡期的BFRP筋斷面，所以使用溶液來對其進行浸泡，并對BFRP筋的拉伸力學性能的退化現象進行對比研究，由此來研究在兩種環境之下的BFRP筋的耐久性能的差異性的變化規律，從而來探索通過用堿溶液浸泡模擬混凝土環境的試驗方式的有效性。

1 實驗材料

1.1 BFRP筋

在實驗過程中是用BE筋的肋紋間距和深度分別是ld和0.06d，其中的d為鋼材的直徑。對于BE筋的固化處理是將其放在200℃的烘箱之中，實驗過后BE筋和BV筋如圖1所示。

1.2 未腐蝕的BFRP筋性能

規范是ACI 440.3R-04，其中就要求了要測驗BFRP筋的拉伸力學性能，從表l中我們便可以得出BE筋的平均抗拉強度和彈性模量普遍性的高于BV筋，而從圖2中兩種筋材的破壞狀況可得出是BE筋是絲束狀炸開，但BV[4]筋是絮狀炸開，以上現象可以得出兩種樹脂基體和玄武巖纖維的交接處的界面的結合形式有一定的明顯的差異性。

2 BFRP筋堿溶液浸泡試驗

在60℃的堿性溶液中浸泡BE筋和BV筋，使其在恒溫的條件下來促使兩種類型的筋材快速腐蝕，堿性溶液的配置規范是按照ACI440.3R-04，其具體的操作如下，IL的去離子水加入118.5g的Ca（OH）2，0.9g的NaOH和4.2g的KOH，從而測得其PH值為12.90，在我們實驗的過程中要對溶液定期測試PH值，調整PH值使其穩定，與此同時還要使其溫度保持在恒溫的條件下，腐蝕的齡期一般設置為15d、30d和45d，若一組的筋材（5根）達到了相應的齡期，待到其干燥時對其進行力學的性能測試。

2.2 實驗結論

由圖3可知BFRP筋在不同的腐蝕齡期的變化，顯而易見的可以得出腐蝕后的筋材的光澤度有所降低，且變得比較的粗糙，具體的變化過程如下：7d時，筋材凸起的地方變為灰色，且肋痕凹處由原來的黑色變成了黃棕色的纖維原絲，當最后浸泡在15d的時候，其表面就變化更為的明顯了，凸起的地方變窄，纖維的絲狀也較為的明顯，沒有松散的的現象發生，還是緊密的連成一個整體，凸起的地方從始至終都是黑灰色的，沒有變成黃色，樹脂來連接成一個整體，兩種類型的復合筋在外觀的變化上可以得出粘接的耐堿性具有較為明顯的差異性。

3 BFRP筋潮濕混凝土環境試驗

研究在兩種環境下水位退化的規律，探索其在兩種環境下的時間轉換關系。

3.1 實驗方案

此實驗將BFRP筋包裹在混泥土的環境之下，如圖4所示。其中混泥土的圓柱的長和直徑分別為200mm和70mm，除此之外，BFRP筋要在混泥土圓柱體中心軸的位置，其保護層厚度為32mm，和普通的保護層的厚度相較不遠，在澆筑混泥土之前要在其兩端的錨固段的地方用無縫的鋼管在其內注入環氧樹脂來進行錨固，從而保護錨固段的筋材，并涂上防水層來隔絕腐蝕，但混凝土圓柱的側外面就可以不用，實驗過后的試件放在60℃的自來水，待到腐蝕齡期之后，將試件的混凝土除去，進行相應的拉伸力學性能實驗，與此同時，將其又放在相同的溫度之下的堿性溶液下來對比，就此來比較在兩種環境之下的BFRP筋性能的退化的不同。對于混泥土而言，其的等級為C30，平均粒徑為1cm的石子，其中它的牌號為P.Ⅱ.42·5。且成分的配比為石子：砂：水：水泥=1158：623：200：416n

3.2 實驗結論

具體如表2和圖5所示。

在腐蝕后的30d后，由表可知A組和B組BFRP筋的強度下降分別是45.1%和49.1%，由此可以得出，其實A和B在開始之前它們的下降強度是差不多的，當筋材腐蝕到60d的時候，A和B的強度都下降到了49.0%和59.7%，而最后到達到90d的時候，A和B組的筋強度分別達到了50.8%和66.5%，就此我們便知道了在兩種環境之下隨著腐蝕時間的增加，其強度下降的比列也會隨之增大，且B組下降的更為的厲害，這主要的原因是A組是被包裹在混凝土之中，從而降低了其表面的纖維松散性，減少了和空氣的接觸，導致了其內層的腐蝕變得尤為的困難，但由于B組的處理方式和A組有本質上的不同，B組是被直接浸泡在堿性溶液之中，那么這便會使得其表面的的樹脂粘接層失去，在和溶液的作用之下，更容易使得腐蝕介質從BFRP筋的松散處進入，并對其內層進行腐蝕，像這種現象在腐蝕的后期就表現的尤為的突出。

4 結語

通過研究2種不同的樹脂基體來探索BFRP筋的耐腐蝕性性能，除此之外，將同種筋材放置在兩種不同的堿性環境之下，由此得出了如下結論：

在600C的的堿性溶液下，兩種類型的筋材強度都有所下降，且BV筋相對于BE筋下降的要大的多，由此可以得出，環氧樹脂基體[5]的耐堿性能要比乙烯基酯樹脂基體[6]復合筋搶的多，即使兩者的強度都有所下降，他們的彈性模量[7]一般都是在5%的范圍以內浮動，從此便得出了在筋材的內部未被腐蝕的部分依然保留著原先的力學性能。在實驗的過程中，在觀察兩種BFRP筋斷面時可知，BV筋比BE筋的同期強度保留率要高，即使BV筋沒有纖維松散和腐蝕區分界，然而在截面處有明顯的纖維和樹脂交接處的粘性性能[8]的退化，從而使得其筋材的強的有明顯的下降。

參考文獻

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