应变速率和温度对单束BFRP力学性能的影响

朱 德 举 ， 欧 云福
（湖 南大 学 土木 工程 学 院 ，湖南 长 沙 ４１００８２）
摘要 ：利 用 ＭＴＳ万 能试验 机和 Ｉｎｓｔｒｏｎ落锤 冲 击 系统分 别 研 究 了单束 玄武 岩 纤 维增 强复 合材 料
（单束 ＢＦＲＰ）在 室温 （２５℃）下的 准静 态 （应 变速 率 为 （１／６００）Ｓ ）力 学性 能及 不 同温度 （一２５，０，
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｓｔｒａｉｎ Ｒａｔｅ ａｎｄ Ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ Ｙａｒｎ ＢＦＲＰ
ＺＨＵ Ｄｅｊ“， Ｏ己，Ｙｕｎｆｕ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈ ｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）
国内外应 用 于建 筑结 构加 固的纤维 增强 复合 材 料 主要有 碳 纤 维 增 强 复 合 材 料 （ＣＦＲＰ）、玻 璃 纤 维 增 强复 合 材 料 （ＧＦＲＰ）和 芳 纶 纤 维 增 强 复 合 材 料
（ＡＦＲＰ）．经 过使用 ，这 些 纤 维增 强 复合 材料 也 暴 露 出了不少 缺 点 ：ＡＦＲＰ和 ＧＦＲＰ热 稳 定 性 、耐 高 温 性 、抗碱性 较 差［３ ；ＣＦＲＰ虽 然 物理 、力 学性 能 较好 ， 但价 格 昂贵 ，由其加 固的构件 易发 生脆性 破坏 ，特别 是 高温下 碳纤 维抗 拉强 度下 降 明显 Ｌ４］．因此 ，玄 武 岩 纤 维增 强 复 合 材 料 （ＢＦＲＰ）已 成 为 目 前 的 研 究 热 点 ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｇｌｅ ｂａｓａｌｔ ｆｉｂｅｒ ｙａｒｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ（ｓｉｎｇｌｅ ｙａｒｎ ＢＦＲＰ） ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｑｕａ— ｓｉ－ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ａｔ ａ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｏｆ １／６００）Ｓ一 ａｎｄ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（２５℃ ）ｕｓｉｎｇ ａ Ｍ ＴＳ ｌｏａｄ ｆｒａｍｅ ａｎｄ ｄｙｎａｍ ｉｃ ｔｅｎｓｉｌｅ ｌｏａｄｉｎｇ ａｔ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅｓ（４０，８０，１２０，１６０ Ｓ ） ａｎｄ ｓｉｘ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ （一 ２５，０，２５，５Ｏ，７５，１００ ℃ ） ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ａ ｄｒｏｐ—ｔｏｗｅｒ ｉｍｐａｃｔ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｙａｒｎ ＢＦＲＰ ａｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｍ ｏｄｕ— ｌＵＳ，ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｕｌｔｉｍ ａｔｅ ｓｔｒａｉｎ，ｍａｘｉｍ ｕｍ ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｙａｒｎ ＢＦＲＰ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ；ｗｈｅｎ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｉｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ，ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｍ ｏｄｕｌｕｓ，ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｆｉｒｓｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｕｌｔｉｍ ａｔｅ ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｍａｘｉｍ ｕｍ ｓｔｒａｉｎ ｓｈｏｗ ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｔｒｅｎｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＢＦＲＰ；ｓｔａｉｎ ｒａｔｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｔｅｎｓｉｌｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ
２５，５Ｏ，７５，１００℃ ）、应 变速 率 （４０，８Ｏ，１２０，１６０ Ｓ ）下 的 力 学性 能 ．结果表 明 ：单束 ＢＦＲＰ 的拉伸 力
学性 能与 应 变速 率 、温度 具有 相 关性．在 室温 下 ，随着 应 变速 率 的增 加 ，单 束 ＢＦＲＰ的 弹性模 量 、破
坏强度 、峰值 应 变 、最大应 变和 韧性 均有 不 同程度 的增 大 ；在相 同的应 变速 率 （４０ Ｓ－１）下 ，随着 温度
由于在地 震 和低 速 冲击 荷 载作 用 下 ，建 筑 结 构
收稿 日期 ：２０１５－０１－２２；修 订 日期 ：２０１５－０２－０８ 基 金 项 目 ：国家 重 点 基 础研 究 发 展计 划 （９７３计 划 ）项 目（２０１２ＣＢ０２６２００）；湖南 省 科 技 计 划 重 点 项 目（２０１４ＷＫ２０２６） 第一作者 ：朱德举（１９７８一），男 ，山东济宁人 ，湖南 大学教授 ，博 士生 导师 ，博士．Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｚｈｕ＠ｈｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
的升 高 ，弹性模 量 、破 坏应 力和 冲击韧 性先增 大后 减 小 ，峰 值应 变和最 大应变先减 小后增 大．
关 键 词 ：玄 武岩 纤维增 强复合材 料 （ＢＦＲＰ）；应 变速 率 ；温度 ；拉 伸性 能
中 图分 类 号 ：ＴＵ５９９ 文献标 志 码 ：Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－９６２９．２０１６．０３．０１３
第 １９卷 第 ３期 ２０１６年 ６月
建 筑 材 料 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＢＵＩＬＤＩＮＧ Ｍ ＡＴＥＲＩＡＬＳ
Ｖｏ１．１９．ＮＯ．３ ＪｕｒＬ，２０１６
文 章 编 号 ：１００７—９６２９（２０１６）０３—０４９１－０６
应 变速 率和 温 度 对 单 束 ＢＦＲＰ力学 性 能 的 影 响
纤 维增 强树 脂基 复合 材料 （ＦＲＰ）是 由纤 维 材料 与 基体 材料 经过 一定 工艺 复合 形成 的高 性能 新 型材 料 ．近年 来 ，ＦＲＰ以其 质 量 轻 、抗 拉强 度 高 、密 度 低 、 抗 疲 劳 性 强 等 优 点 在 建 筑 结 构 加 固 领 域 崭 露 头 角［１－２］．