BFRP材料树脂基体一般为高分子聚合物
BFRP筋的力学性能试验
BFRP筋的力学性能试验霍宝荣1，2 ，张向东1( 1. 辽宁工程技术大学土木工程与交通学院，辽宁阜新123000; 2. 沈阳大学建筑工程学院，辽宁沈阳110044)摘要:目的研究BFRP 筋基本力学性能，找出力学性能的变化规律，为编制FRP 材料力学性能试验规范提供依据．方法研制压制式套筒锚具，根据国家标准《GFR P筋拉伸性能实验方法》进行BFRP 筋拉伸试验．结果BFRP 筋拉力－变形关系破坏前呈直线，参考钢筋钢丝或钢绞线，可以近似取BFRP 筋的可靠强度为其极限抗拉强度的80%．BFRP 筋的抗拉弹性模量主要与玄武岩纤维的含量有关，玄武岩纤维含量越高，BFRP 筋的抗拉弹性模量越大;BFRP 筋直径越大，玄武岩纤维含量越高，故抗拉弹性模量随直径增大而增大．结论与钢筋相比，BFRP 筋在抗拉强度、耐腐蚀等方面具有明显的优势，把BFRP 筋作为混凝土结构抗拉增强材料是可行的．关键词:BFRP; 拉力－变形曲线; 抗拉强度; 抗拉弹性模量中图分类号:TU 746. 3 文献标志码:AExp e ri m e n t a l Study of M e c h a n i ca l P r o p e r t i es of t h e BFRPB a r in D i ff e r e n t D i a m e t e r sHUO Baorong1，2，ZHANG X i angd o ng1( 1．Co ll eg e o f C iv il En g i n eer i n g and T raff i c，L i ao n i n g T ec hn i ca l U n i v ers i ty，Fu x i n，C h i n a，123000; 2．Co ll e ge o f A rc h i te ct u ra l a nd En g i n ee r i n g，S henyang U n i v ers i ty，S h e n y a n g，C h i n a，110044)Ab s t r ac t: The purpose of t h i s paper i s to study the b as i c m ec h a n i ca l p ro p ert i es of B FRP bars w i t h the a i m of esta b li s h i n g the test i n g r u l e of m ec h a n i ca l p ro p ert i es of the m ater i a l and f i nd i n g the m ec h a n i ca l p erf o r m a n ce．U s i n g the o pp ress i v e s l eev e anchor d ev e l o p e d by the researc h e rs，te n s il e tests of BFRP bars are carr i e d o u t acco r d i n g to the n at i o n a l standards o f “GFR P bar te n s il e test m et h o d s”． The BFRP b ar' s fo rce-d ef o r m at i o n curve i s li n ear bef o re the f o rce-d ef o r m at i o n re l at i o n s h i p i s d estro y e d，t h eref o re，ref err i n g to stee l w i re or stee l ca b l e，t h e BFRP b ar's re li a b l e stren gth i s sugge sted to be a pp ro x i m ate l y 80% of i ts u l t i m ate te n s il e stre n gt h．T he BFRP b ar' s te n s il e e l ast i c m o du l u s i s m a i n l y re l ate d to the co ntent of b asa l t f i b er．The te n s il e e l ast i c m o du l u s i n creases w i t h the i n crease of the b asa l t f i b er' s co ntent and the co ntent i n crea ses w hen the B FR P b ar's d i a m eter beco me s l o n ge r，so the BFRP b ar' s te n s il e e l ast i c m o du l u s i n creases w i t h the i n crease of i ts d i a m eter． Compared w i t h stee l，t h e BFRP bar i s o b v i o u s l y s up er i o r in the aspects of te n s il e stre n gt h，co rro- s i o n res i sta n ce，etc，t h eref o re to use the BFRP bar in re i n f o rce d co ncrete struc ture s i n stea d of stee l i s f eas i- b l e．K e y w o r d s: BFRP; fo rce-d ef o r m at i o n curve; te n s il e stre n gt h;te n s il e e l ast i c m o du l u sBFRP 筋是由多股玄武岩纤维与树脂基体材料结合，经挤压、拉拔成型，挤压成型工艺从原材收稿日期:2011 －05 －24基金项目:国家自然科学基金项目( 50478033) ; 辽宁省自然科学基金项目( 2051207，20092044)作者简介:霍宝荣( 1976—)，女，博士研究生，主要从事土木工程专业的教学与科研工作．第 27 卷霍宝荣等: BFRP 筋的力学性能试验 627料开始，经过浸润、压模、固化、切割等，最后形成 的一种新型复合材料，整个工艺连续不断地进行， 包括连 续 缠 绕、连 续 拉 挤、热塑性增强挤出成 型［1 － 3］． BFRP 筋材中纤维是受力主体，纤维含量 越多，抗拉强度越大，但随纤维含量的增加，延性 将变差; 树脂基体主要起粘结作用，把纤维粘结在 一起，起保护纤维和稳定尺寸的作用． BFRP 筋与 钢筋相比，具有耐腐蚀、强度高、质量轻、抗疲劳、 绝缘等优点，可以替代或部分替代钢筋用于混凝 土结构中，从根本上解决钢筋锈蚀问题，逐步受到 土木工程界的关注［4 － 5］． 目前国内对 BFRP 筋基本力学性能的试验方 法尚无统一的规范，有关研究采用的试验方法也 不尽相同［6 － 8］，笔者与辽宁工程技术大学机械学 院金工实训基地合作研制了 BFRP 筋压制式钢套筒锚具，根据国家标准《GFR P 筋拉伸性能实验方 法》进行 BFRP 筋拉伸试验，研究 BFRP 筋的基本 力学性能，获得了 B FRP 筋应力 － 应变关系破坏前呈直线，BFRP 筋的可靠强度近似为其极限抗 拉强度的 80% ; BFRP 筋的抗拉弹性模量主要与 玄武岩纤维的含量有关等重要结论，为 BFRP 筋 的推广应用提供参考．很容易被压坏，而此时 BFRP 筋还未达到极限抗拉强度，因 此 无 法 测 定 BFRP 筋实际抗拉强度 值［9 － 11］． 为此，试验小组与辽宁工程技术大学机 械工程学院的金工实训基地合作，研究制作压制 式套筒锚具，试验时，将其套在 BFRP 筋试件的端 部，不涂抹任何粘结剂，然后压制机缓慢、均匀地 压金属筒外周，使其径向收缩压紧纤维筋，这样金 属套筒对 B FRP 筋可以做到均匀施压，并且大小 自行控制［12］． 防止由于横向剪切强度低，B FRP 筋 试件在达到极限抗拉强度之前，端部提前剪坏，中 止试验．拉伸试验在辽宁工程技术大学建材实验室内 电液伺服万能试验机( 见图 1 ) 上进行． 采用压制 式钢套筒锚具标准试件进行拉伸试验． BFRP 筋的力学性能试验1 1. 1 试验材料试件所用 BFRP 筋委托上海俄金玄武岩纤维有限公 司 加 工 生 产． BFRP 筋 直 径 有 9、11、16、 19 mm ，B FRP 筋体中纤维含有率约为 45% ，但是 纤维含有率随着直径的增加逐渐降低，筋体表面 光滑，没有进行粘砂及异形处理． 图 1 电液伺服万能试验机F i g. 1 E l ec tr i c -f l u i d servo co m p ress i o n m ac h i n es试件选用直径为 9、11、16、19 mm 的 B FR P 筋各 2 根，加载速度为 2 mm / m i n ，测量其荷载及 伸长量，求得各试件极限抗拉强度和弹性模量． 注 意端部发生破坏的试件应作废，本次试验过程中， 未发生试件端部破坏的情况，证明研制的压制式 金属套筒在试验过程中发挥了作用．试验标准B FR P 筋拉伸试验采用我国国家标准中的 《拉挤玻璃纤维增强塑料杆拉伸性能实验方法 ( GB T13096 11 ～ 91 ) 》进行力学性能试验研究， 主要内容是 GB 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则; 试验设备按 GB 1446 中5. 1 条规定; 试验 环境条件按 GB 1446 第 3 章规定，温度为 23 ± 2 ℃ ; 相对湿度为 50 ± 5% ． 试样的形状及尺寸为 拉伸试件中的直杆试件． 1. 3 试验方法BFRP 筋呈各向异性，横向抗剪强度低，抗拉 强度高，进行 BFRP 筋拉伸试验时，如果直接把 BFRP 筋安放在试验机上，荷载施加过程中，端部1. 2 试验结果与分析2 2. 1 BFRP 筋典型试验现象BFRP 筋拉伸破坏时，首先在 BFRP 筋表面出 现胶合剂剥落，随后纤维拉毛，纤维间纵向滑移之 后破坏，即 B FRP 筋的树脂拉裂，纤维部分拉断．B FRP 筋破坏过程中，荷载一直稳定地增大; 继续 加载，出现纤维与树脂剥离的响声; 加载后期，纤维剥离的响声不断增大，BFRP 筋表面出现白斑628沈阳建筑大学学报 ( 自 然 科 学 版 ) 第27 卷 状裂纹． 随荷载进一步增加，响声不断增大，变得频繁，伴随一声巨响纤维突然断裂，BFRP 筋中部 成爆炸状被拉断． BFRP 筋是完全弹性破坏，断裂 前基本没有预兆． 建议做纤维筋拉伸试验时，试验 人员采用护网保护．线峰值过后，达到其极限抗拉强度之前，出现近似于垂直的跌落，这与钢筋存在屈服阶段明显不同， 因此属于脆性材料．由前人试验和本次试验结果分析可知，B FR P 筋抗拉强度变化规律基本符合正态分布曲线规 律，按照 95% 抗拉强度保证率，试验确定 B FR P 筋极限抗拉强度值为拉力 － 变形曲线关系根据受拉试件破坏全过程实测结果，计算机 自动绘出各试件拉力 － 变形曲线如图 2．从图2 曲线可知，在B FRP 筋拉力 － 变形曲2. 2 ( 1)f fu ，k = f fu ，a － 1. 65σ．式中: f f u ，k 为 BFRP 筋的理想强度; f f u ，a 为 B FRP 筋 极限拉伸强度实测值的平均值; σ 为 BFRP 筋试 验值的平均值的标准方差．鉴于 BFRP 筋的应力 － 应变曲线为直线，不 存在屈服阶段，考虑保证 BFRP 筋有足够的强度 储备，参照高强钢丝名义屈服强度的定义以及国 外资料，BFRP 筋的名义屈服强度一般取其极限 抗拉强度的 70% ～ 85%［13 － 16］． 参照 BFRP 筋试验 研究，BFRP 筋名义屈服强度为其极限抗拉强度 的80% ． B FRP 筋的可靠强度 f k 为 ( 2)f k = 0. 8f f u ，k ．抗拉强度2. 3 不同直径 B FRP 筋的试验结果如表 1 所示．抗拉强度由液压伺服试验机测得荷载除以名义横 截面积( 由名义直径计算的面积) ，平均应变值近似为0. 1． 图 2 不同直径筋材的拉力 － 变形曲线F i g. 2F o rce -d efo r m at i o n curves w i t h d i ff ere n t d i a m eterso f th e re i n f o rce m e n t 表 1 BFRP 筋的力学性能T a b l e 1 M e c h a n i ca l p ro p e rt i e s o f the BFRP b ars极限抗拉 强度 / M Pa 弹性模量 试验值 / M Pa 极限抗拉强 度均值/ M P a 弹性模量 均值 / M Pa 极限抗拉强度 参考值 / M Pa 弹性模量 参考值 / M Pa 直径 / m m204． 5208． 7209． 4 207． 8210． 1 1 9861 990 1 9991 9932 014 9206． 61 988211． 61 99011208． 61 996216． 31 99516210． 2 2 016 217． 2 2 020210． 32 018 211． 62 02419212． 32 036 220．3 2 050213． 02 048由试验结果可知，BFRP 筋的抗拉强度均大 于 200 M Pa ，鉴于 BFRP 筋的拉力 － 变形曲线，不 存在屈服台阶，为方便计算，可认为规定达到极限 强度前的强度为屈服强度．试验结果与厂家提出的参考值相比较极限抗 拉强度值较低，即得到的试验值接近真实值，又比真实值小，但不明显，说明试件端部保护起到一定作用，BFRP 筋的强度基本发挥出来，但是目前不 同厂家、不同纤维含量 BFRP 筋基本力学性能指 标尚不统一，为加大 B FRP 筋的推广应用，建议国 家有关部门尽快制定统一的生产标准、产品标准 及试验标准． 因此，进行 BFRP 筋混凝土梁设计第 27 卷霍宝荣等: BFRP 筋的力学性能试验 629时，应通过现场取样试验确定 BFRP 筋各项指标． BFRP 筋 单 位 体 积 的 纤维含量分别为 B FR P 不同直径 BFRP 筋的抗拉弹性模量引伸计应变检测操作简单，对筋材没有特殊要求，但是精度不高． BFRP 筋成型过程中，B FR P 纤维的含量随直径不同而变化，4 种不同直径 D ( 9，11，16 和 19 mm ) 的 BFRP 筋的抗拉弹性模量的试验结果见图 3．74% ，76% ，80% ，82% ，从而导致 BFRP 筋的抗拉弹性模量随直径增大而增大．( 2) BFRP 筋是一种复合材料，其力学性能受 工艺、环境等因素的影响，在材料表面和内部不可 避免地存在许多缺陷，而筋材的力学性能往往取决于这些随机分布的最薄弱环节［17］． 2. 5 高模量 BFRP 筋的研制以 HRB235 为例，其抗拉强度 f s = 235 MP a ， 抗拉弹性模量 E s = 2. 10 GPa ，BFRP 筋的抗拉强 度相当，而抗拉弹性模量比钢筋小 10% ．较低的弹性模量使刚性不足，提高 BFRP 筋的抗拉弹性 模量，可以增强结构的安全感和可靠性，控制结构 裂缝，防止裂缝过大影响功能和美观． 根据混杂原 理［18］，建 议 将 钢 丝 和 BFRP 纤 维 进 行 混 杂，在 BFRP 筋生产中掺入一定体积分数的钢丝，以提 高其抗拉弹性模量，同时改善 BFRP 筋的延性． 混 杂筋有一定的延性，纤维断裂后钢丝还能继续承 担一部分荷载． 此外，钢丝的价格远低于 BFRP 纤 维，掺入钢丝还有利于降低生产成本，有利于推广 应用．2. 4 图 3 不同直径的 BFRP 筋的抗拉弹性模量F i g. 3 T e n s il e e l a st i c m o du l u s o f the BFRP bars w i t hd i ff ere n t d i a m ete rs由图 3 可知，BFRP 筋的抗拉弹性模量随直 径增大而减小． 造成这种现象的原因是:( 1) BFRP 筋主要由高强度、高弹性模量的连 续玄武岩纤维和热固性树脂组成． 受力时，高弹 性、高模量的增强纤维承受大部分荷载，而基体主 要作为媒介传递和分散荷载．BFRP 筋的弹性模量与各组分材料性能关系 如下:结 论3 ( 1) BFRP 筋为脆性破坏，拉力 － 变形关系破坏前呈直线，仿照没有屈服平台的钢筋钢丝或钢 绞线，可以近似取 BFRP 筋的可靠强度为其极限 抗拉强度的 80% ．( 2) BFRP 筋的抗拉弹性模量主要与玄武岩 纤维的含量有关，玄武岩纤维含量越高，BFRP 筋 的抗拉弹性模量越大; BFRP 筋直径越大，玄武岩 纤维含量越大，故抗拉弹性模量随直径增大而增 大．( 3) 与钢筋相比，BFRP 筋在抗拉强度、耐腐 蚀等方面具有明显的优势，把 BFRP 筋作为混凝 土结构抗拉增强材料是可行的．E B = k 1［E f V f + E m ( 1 － V f ) ］．( 3)式中: E B 为 BFRP 筋弹性模量; E f 、E m 分别为玄武 岩纤维和基体( 环氧树脂) 抗拉弹性模量; V f 为玄 武岩纤维体积分数; k 1 为常数，主要与界面强度 有关，纤维与基体界面的结合强度，还与纤维的排 列、分布方式和断裂形式有关．单根 BFRP 纤维的抗拉弹性模量最高可达 110 G Pa ，远大于热固性树脂的抗拉弹性模量，因 此，BFRP 筋的抗拉弹性模量主要取决于 BFRP 纤 维的含量． BFRP 纤维含量越高，BFRP 筋的抗拉 弹性模量越大，但过高的纤维含量造成树脂含量 过低，拉 挤 困 难，难 以 固 化 成 型． 上 述 直 径 为 ( 4 ) 根 据 筋抗拉弹性模量为 B FR P 2 000 M Pa 左右，弹性模量较低，建议研制高抗拉弹性模量 BFRP 筋，以减少 BFRP 筋增强混凝土 梁的挠度和推迟这类梁裂缝的产生． 参考文献:［1］郝庆多，王言磊，欧进萍． 玻璃纤维增强复合材料筋肋参数优化试验研究［J ］． 复合材料学报，2008， 9 mm ，11 mm ，16 mm和 19 mm 的 4 种 规 格630 沈阳建筑大学学报( 自然科学版) 第27 卷25( 1) : 119 －126．( Hao Q i n g du o，Wang Y a n l e i，O u J i np i n g．E x p er i-m e n ta l study o n o p t i m i zat i o n o f r i b geo m etr i e s fo rg l ass f i b er re i n fo rce d co m p o s i te re b ars［J］．A c ta M a-ter i a e Co m p o s i tae S i n i ca，2008，25( 1) : 119 －126． ) 叶列平，冯鹏． FRP 在工程结构中的应用与发展［J］．土木工程学报，2006，39( 3) : 24 －36．( Ye L i e p i n g，Feng Pe n g．A pp li cat i o n s and d ev e l o p- m en t o f f i b e r-re i n fo rce d p o l y m er in e n g i n ee r i n g struc tu res ［J］．C h i n a C iv il En g i n eer i n g J o u r n a l，2006，39( 3) : 24 －36． )Huo B ao ro n g，Zhang X i a n g d o n g．Co n so li d at i o n test o f RC co l um n s bo und w i t h tw o k i nd s o f f i b er B FR P，C FR P［R］//2010 I n te r n at i o n a l C o nference o n C i v ilEn g i n ee r i n g in C h i n a-C u rre n t Pract i ce a nd Research R e p o rt．B e jii n g:A u ss i n o A ca d e m i c P ub li s h i n g Ho use，2010: 836 －840．胡显奇．我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议［J］．高科技纤维与应用，2008，33( 6) : 12－19．( Hu X i a nq i．The o v erv i e w o f the p resent d ev e l o p- m en t o f b asa l t f i b e r in c h i n a［J］．H i-T ec h F i b er＆A pp li cat i o n，2008，33( 6) : 12 －19． )霍宝荣，张向东，郝哲，等． BFRP 布加固双曲拱桥的非线性有限元分析［J］．沈阳建筑大学学报: 自然科学版，2010，26( 5) : 887 －891．( Huo B ao ro n g，Zhang X i a n g d o n g，Hao Zhe，e t a l．N o n li n ear FEM a n a l y s i s o f tw o-w ay curved arch b r i d g e re i n f o rce d by B FR P［J］．J o u r n a l o f S henyang J i a n z hu U n i v ers i ty:N at u ra l S c i e n ce，2010，26 ( 5 ):887 －891． )霍宝荣，杨波，张向东，等．新型BFRP 加筋混凝土梁抗弯性能有限元分析［J］．沈阳建筑大学学报: 自然科学版，2011，27( 2) : 286 －291．( Huo B ao ro n g，Yang B o，Zhang X i a n g d o n g，e t a l．FEM a n a l y s i s o f n ew -ty p e BFRP re i n fo rce d co n c rete b ea m s'm ec h a n i ca l p ro p ert i es［J］．J o u r n a l o f S heny- ang J i a n z hu U n i v ers i ty:N at u ra l S c i e n c e，2011，27 ( 2) : 286 －291． )吴刚，罗云标，吴智深，等．钢－连续纤维复合筋( S FCB) 单向拉伸力学性能试验研究［J］．工程抗震与加固改造，2009，31( 1) : 1 －7．( Wu G a n g，L uo Y unb i ao，W u Z h i s h e n，et a l． E x p e r i-m e n ta l study o n m ec h a n i cs p ro p ert i es o f stee l f i b er co m p o s i te bar( S FCB) under un i ax i a l l o a 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r n a l o f Co m p o s i te fo r Co n str u ct i o n，2000，4 ( 2 ):75 －84．Grace N F．I m p ro v e d a n c h o r i n g sy stem fo r C FR Pstr i p s［J］．Co nc re te I n te r n at i o n a l，2001，23 ( 10 ) :55 －60．A n to n i a d i s K K，S a l o n i k a' s T N，K a p o s i A J．Cy-c li ctestso n se i s m i ca ll y damaged re i n fo rce d co n c retew a ll s stren g the ned u s i n g f i b e r-re i n fo rce d p o l y m er re-i n fo rce m e n t［J］．A C I S truc tu re J o u r n a l，2003，100( 4) : 510 －518．Wu Y F，Huang Y． H y b r i d b o nd i n g to re i n fo rce dco ncre te str u ct u re［J］．J o u r n a l o f Co m p o s i te fo r Co n-str u ct i o n，2008，12( 3) : 266 －273．A l a hh a b I M ，C ho Y T，N ew S o n T P．Co m p ar i so n o fthe m etho d s fo r d i scr i m i n at i n g tem p era tu re and stra i nin spo n taneo u s b r illi o n based d i str i bu te d se n so rs［J］．O p t i cs L etters，2004，29( 1) : 26－28．刘汉东，于新政，李国维． GFRP 锚杆拉伸力学性能试验研究［J］．岩石力学与工程学报，2005，24( 20) : 3719 －3723．( Liu H a nd o n g，Yu X i n z h e n g，Li G u o w e i． E x p e r i-m e n ta l stu dy o n te n s il e m ec h a n i ca l p ro p ert i e s o fg l a ss f i b e r re i n fo rce d p l a st i c re b ar［J］．C h i n ese J o u r-n a l o f Ro ck M e c h a n i c s an d En g i n ee r i n g，2005，24( 20) : 3719 －3723． )崔益华，N o r u z i aa n B，L ee S，等．混杂型高模量高韧性复合材料加强筋［J］．复合材料学报，2006，23 ( 2):93 －98．( C u i Y i hu a，N o r u z i aa n B，L ee S，e t a l．Hig h m o du l u sa nd du ct il e h yb r i d co m p o s i te re b a r［J］．Ac ta M ater i- aeCo m p o s i tae S i n i ca，2006，23( 2) : 93 －98． )［9］［2］［10］［11］［3］［12］［4］［13］［14］［5］［15］［16］［6］［17］［7］［18］［8］K o kako s S，S amaranayake V A，Nanny A．T e n s il e。
聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制
写一篇聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制的报告，600
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聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料是由人造纤维和树脂混合而
成的新型织物，是现代工业发展的最新产品之一。
该材料以聚四氟乙烯织物为基础纤维，采用含树脂的消光面料制成。
它具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，克服了传统织物的脆性不易加工的弊端，使它成为重要的防火、隔热、保温、隔音等高科技材料。
研究表明，聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料具有良好的柔韧
性和弹性，具有良好的耐火和隔热性能，耐磨性高，耐腐蚀性强，结构可靠，抗拉力强，耐水性能好，不易渗漏，保温隔热效果佳，不易变形变色，并且还具有良好的透气性，抗紫外线性能也很好。
该材料在现代技术的发展中正不断被利用，应用范围越来越广泛，如航空航天、船舶、军用装备和五金机械等方面都有着广泛的应用。
例如，它可以用作消声器的衬里，用作航空发动机的散热器罩，也可以用作水箱的外表面，并且可以用作灭火器罩，用于汽车防护罩，用于军用装备，用于核反应堆耐火绝缘，用于建筑材料装饰材料等。
聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制对工业技术的进步有
着重要的意义，同时也为社会的发展提供了新的希望和空间。
当前，我们正在致力于工艺流程的改进，以提高性能和生产效率，并在研究发展领域扩大应用范围，以期为更多的领域带来更多的材料选择。
本文对聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制进行了概述，探讨了该材料的特性及其在工业发展中的应用，从而可以为我们未来采用该材料提供一定的参考。
BFRP基本物化性能报告
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BFRP 复合材料基本物化性能‐‐‐‐‐‐正文
料为最大粒径不超过 25mm 的碎石。其配合比为：
水泥：水：碎石：砂=400：200：620：1180 用于试件浇筑的模具用木头制作（见图 5.1），内腔为边长为 100mm 的正方 体。混凝土浇筑前，小心将筋插入内腔中间（图 5.2），试块与试件在同样的自然 条件下养护 28 天 (图 5.3) ，对试块进行抗压试验，测得实际抗压强度为 26.2MP。 图 5.4 是拆模后的 BFRP 筋‐混凝土试样，图 6 是试样的尺寸示意图。 图 7 是根据 ACI 440‐3R‐04 规定的 BFRP 筋‐混凝土块拔出实验装置示意图。 图 8 是实验实际采用的装置，主要包括，液压式万能试验机（WE—30B 长春试 验机厂制造，最大荷载 300KN）；量程为 40mm 的 LVDT 位移计及配套采集系统。
量为 77.1%。纤维含量远大于理论最大纤维含量，如～70%（体积比），说明试样 内部纤维为未能够完全浸渍，有较多的空洞，这些浸渍未完全的纤维束及空洞容 易促进水分子和/或其它溶液的渗入，这样将对材料的耐久性能产生不良影响。 3.2 BFRP 筋热性能
图 12 给出了 BFRP 筋的两次 DSC 升温曲线，曲线 1（图 12.1）是 BFRP 筋试 样第一次升温曲线，升温速度从 10oC/min 从室温到 200oC，然后以 20oC/min 的 速度冷却到 20oC/min，再升温到 200oC (曲线 2，见图 12.2)。
咸贵军 教授 / Prof. Guijun Xian
5.1 聚合物基复合材料
金属材料的疲劳破坏是由里往外突然发 展的。无预兆。
聚合物基复合材料由于疲劳而产生裂缝 时，因纤维与基体的界面能阻止裂缝的扩 展，提高材料的抗疲劳性，有预兆。
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5、2 聚合物基复合材料的性能
3、减震性能好 较高的自振频率会避免工 作状态下引起的早期破坏， 而结构的自振频率除了与 结构本身形状有关而外， 还与材料的比模量的平 方根成正比。 在复合材料中纤维与基体界面具吸振的能力 其振动阻尼很高，减震效果很好。
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团状模塑料 DMC Dough molding compound
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团状模塑料
• 目前，国外轿车车灯 反光罩已有70％采用 IBMC料， 实现轿车 反光罩材料的国产化， IBMC被列为国家“九 五”攻关项目，于96 年底研制出IBMC料， 生产出合格的夏利轿 车车灯反光罩，并于 1997年实现了规模生 产，获得国家专利。
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概述
• 纤维和基体之间的良好的复合显示 了各自 的优点，并能实现最佳结构设计，具有许 多优良特性。
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PMC的组成
(1) 基体
热固性基体(thermosetting matrix)：
i) 熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好
ii) 交联固化成网状结构，尺寸稳定性、耐热性好，但性脆
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1－1 原材料
（1）基体、胶液准备 • 不饱和聚酯树脂：80％ • 环氧树脂 • 高性能树脂：聚酰亚胺、双马树脂
玄武岩纤维增强聚合物锚杆在岩土锚固中的研究进展
锚杆具有抗拉强度高、弹性模量大等特点ꎬ凭借良好
的抗酸碱腐蚀性能、优异的力学性能、绿色无污染的
生产工艺、良好的材料兼ห้องสมุดไป่ตู้性、良好的化学稳定性和
绝缘性等优点在岩土锚固领域有着广阔的发展前
[２￣５]
ꎮ
ＦＲＰ 筋与钢筋相比ꎬ具有抗拉强度高、耐腐蚀性
能优良、抗疲劳性能好、质量轻等优点ꎬ同时也存在
抗剪性能差、弹性模量小、变形大等缺点
[６]
ꎮ 目前常
用的 ＦＲＰ 锚杆主要有 ４ 种ꎬ分别为芳纶纤维增强聚合
物( Ａｒａｍｉｄ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＰｏｌｙｍｅｒꎬＡＦＲＰ) 锚杆、碳
纤维增强型聚合物(Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒꎬ
用于岩土锚固 [７ꎬ８] ꎮ ＧＦＲＰ 锚杆在我国 ３０ 年间发展
其具有价格低廉、性价比高等优势ꎬ在岩土锚固、基
坑支护、地下工程领域应用更为广泛ꎬ但 ＧＦＲＰ 锚杆
在碱环境中抗腐蚀能力相对较弱ꎬ满足不了一些特
殊工程的需求ꎮ ＢＦＲＰ 锚杆虽然开发较晚ꎬ研究相
２６６０３３)
摘要: 玄武岩纤维增强聚合物( Ｂａｓａｌｔ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＰｏｌｙｍｅｒꎬＢＦＲＰ) 筋具有抗拉强度高、抗碱腐蚀性能强、稳定性好、绿
色环保等优点ꎬ已逐渐成为非金属锚杆的最佳选择ꎬ开始在岩土锚固领域崭露头角ꎮ 本文主要介绍了 ＢＦＲＰ 锚杆在试验、理论
及数值计算方面的研究进展ꎬ总结了锚杆拉拔试验所需监测锚杆应力传感器的种类ꎻ归纳分析现有的 ＦＲＰ 界面黏结滑移模型
非金属材料ꎬ具有优越的力学性能ꎬ其原材料在我国
少ꎬ适用性不高ꎮ ＣＦＲＰ 锚杆虽然具有较高的抗拉
玄武岩纤维复合材料梁-柱式护栏防撞性能
玄武岩纤维复合材料梁-柱式护栏防撞性能孙胜江; 朱长华; 梅葵花【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)021【总页数】6页(P265-270)【关键词】桥梁; 玄武岩纤维复合材料; 数值模拟; 护栏; 碰撞加速度; 能量吸收【作者】孙胜江; 朱长华; 梅葵花【作者单位】长安大学公路学院西安710064; 山东省交通规划设计院济南250031【正文语种】中文【中图分类】U448.27目前，公路桥梁护栏主要是钢筋混凝土护栏和钢护栏。
对于钢筋混凝土护栏，混凝土本身的刚度特别大，在碰撞过程中对车辆以及乘客的伤害也非常大；并且，钢筋混凝土护栏由于自重非常大，对于一些对自重要求严格的大跨径桥梁和钢桥，混凝土护栏的适用性非常小。
钢护栏主要是梁柱式护栏，这种护栏的碰撞性能相比于钢筋混凝土护栏有所改善，但是钢护栏的使用寿命比较短，钢护栏在一般的天气条件下使用寿命约为15年。
近年来，由于环境恶化严重，特别是酸雨、盐雾等天气时有发生，钢护栏的使用寿命就显得更短了。
据有关学者研究，很多钢护栏在未达到使用期就出现严重锈蚀等问题，因此而带来的维修加固费用也非常庞大。
所以寻求一种新型材料护栏对于护栏革新意义重大。
近些年，纤维增强复合材料(FRP)的出现使护栏材料革新出现了新的希望。
FRP是连续纤维以树脂为基体的复合材料，按纤维种类的不同又分为碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、芳纶纤维增强复合材料(AFRP)以及玄武岩纤维复合材料(BFRP)等。
FRP最显著的特性：轻质、高强；抗腐蚀能力强，即耐久性好；弹性变形能力和抗疲劳能力强。
在21世纪初，美国Russell Gentry和Lawrence C Bank教授曾对热塑性GFRP护栏进行过研究，发现该护栏在弯曲破坏过程中能量吸收方面要优于传统的钢护栏，Bank等[1-2]在2001年，对拉挤成型的GFRP护栏做出更进一步的研究，并提出专利申请。
第二章 复合材料基体-不饱和聚酯树脂
不饱和聚酯树脂的固化
(2)不饱和聚酯树脂固化后主要形成不 均匀的连续网状结构。 这些网状结构的大分子具有刚性、回 弹性、柔性、抗腐性、耐侯性或阻燃性。
（2） 引发剂
不饱和聚酯树脂的固化是游离基反应。
（2） 引发剂
• • • • • 过氧化二苯甲酰 异丙苯过氧化氢 过氧化二异丙苯 过氧化环己酮 过氧化甲乙酮
（2） 引发剂
• 临界温度 引发剂具有引发活性的最低温度。 过氧化二苯甲酰 70℃ 过氧化二异丙苯 120℃ 过氧化环己酮 88℃ 过氧化二叔丁基 100℃
（2） 引发剂
• 半衰期 在给定的温度下，引发剂分解一半所需要 的时间。 半衰期温度 半衰期（小时） 70 13 72 10 85 2.1 100 0.4
成型玻璃钢、玻璃 毡等、中等耐热层 压板及浇铸体 耐热绝缘制品 韧性、耐热制品
胶 衣 型
901
常 州
丙二醇、一缩二乙二醇、 间苯二甲酸酐、顺酐
表面性能 好
用于表面层
触 变 型
1 号 触变 型添 加剂
常 州
丙二醇、苯酐、顺酐
触变性
用于倾斜及垂直面 施工
船用树脂
• 上海 307 • 常州 189 • 刚性、耐水性
不足之处： • 固化时体积收缩率较大，强度较低。 • 用于民用工业、生活用品。
2. 不饱和聚酯树脂的组成
不饱和聚酯是不饱和二元酸和二元醇 的结合物。 通过加入饱和二元酸如苯酐、间苯二甲酸 酐或己二酸来调节树脂的不饱和度。
（1）不饱和二元酸
顺丁烯二酸酐： • 缩水量少 • 价廉
（1）不饱和二元酸
（2） 引发剂
• 十小时半衰期温度 用10小时，使引发剂分解50％所需的 温度。
树脂性能对比以及玻璃纤维介绍
树脂性能介绍以及玻璃纤维简介不饱和聚酯树脂不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们和饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸和多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。
通常，聚酯化缩聚反应是在190～220℃进行，直至达到预期的酸值（或粘度）。
在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。
物理性质1、相对密度在1.11～1.20左右，固化时体积收缩率较大2、耐热性。
绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在50～60℃，一些耐热性好的树脂则可达120℃3、力学性能。
不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度耐化学腐蚀性能。
不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好，4、耐有机溶剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何开关的不同，可以有很大的差异。
5、介电性能。
不饱和聚酸树脂的介电性能良好。
化学性质不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。
乙烯基树脂乙烯基树脂又称为环氧丙烯酸树脂，是60年代发展起来的一类新型树脂，其特点是聚合物中具有端基不饱和双键。
乙烯基树脂具有较好的综合性能：①由于不饱和双键位于聚合物分子链的端部，双键非常活泼，固化时不受空间障碍的影响，可在有机过氧化物引发下，通过相邻分子链间进行交联固化，也可和单体苯乙烯其聚固化；②树脂链中的R基团可以屏蔽酯键，提高酯键的耐化学性能和耐水解稳定性；③乙烯基树脂中，每单位相对分子质量中的酯键比普通不饱和聚酯中少35%～50%左右，这样就提高了该树脂在酸、碱溶液中的水解稳定性；④树脂链上的仲羟基和玻璃纤维或其它纤维的浸润性和粘结性从而提高复合材料的强度；⑤环氧树脂主链，它可以赋和乙烯基树脂韧性，分子主链中的醚键可使树脂具有优异的耐酸性。
环氧树脂环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。
树脂性能对照和玻璃纤维介绍
树脂性能介绍和玻璃纤维简介不饱和聚酯树脂不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。
通常，聚酯化缩聚反映是在190～220℃进行，直至达到预期的酸值（或粘度）。
在聚酯化缩反映终止后，趁热加入必然量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，如此的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。
物理性质一、相对密度在～左右，固化时体积收缩率较大二、耐热性。
绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在50～60℃，一些耐热性好的树脂那么可达120℃3、力学性能。
不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、紧缩等强度耐化学侵蚀性能。
不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好，4、耐有机溶剂的性能差，同时，树脂的耐化学侵蚀性能随其化学结构和几何开关的不同，能够有专门大的不同。
五、介电性能。
不饱和聚酸树脂的介电性能良好。
化学性质不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两头各带有羧基和羟基。
乙烯基树脂乙烯基树脂又称为环氧丙烯酸树脂，是60年代进展起来的一类新型树脂，其特点是聚合物中具有端基不饱和双键。
乙烯基树脂具有较好的综合性能：①由于不饱和双键位于聚合物分子链的端部，双键超级活泼，固化时不受空间障碍的阻碍，可在有机过氧化物引发下，通过相邻分子链间进行交联固化，也可与单体苯乙烯其聚固化；②树脂链中的R基团能够屏蔽酯键，提高酯键的耐化学性能和耐水解稳固性；③乙烯基树脂中，每单位相对分子质量中的酯键比一般不饱和聚酯中少35%～50%左右，如此就提高了该树脂在酸、碱溶液中的水解稳固性；④树脂链上的仲羟基与玻璃纤维或其它纤维的浸润性和粘结性从而提高复合材料的强度；⑤环氧树脂主链，它能够赋与乙烯基树脂韧性，分子主链中的醚键可使树脂具有优良的耐酸性。
环氧树脂环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。
树脂基烧蚀防热复合材料
树脂基烧蚀防热复合材料
树脂基烧蚀防热复合材料是一种具有优良防热性能的材料，广泛应用于航空航天领域。
本文将介绍树脂基烧蚀防热复合材料的特点、制备工艺以及应用领域。
树脂基烧蚀防热复合材料具有良好的防热性能。
它由树脂基体和烧蚀增强材料组成，树脂基体具有较高的耐热性和抗氧化性能，而烧蚀增强材料能够承受高温下的热量和压力。
这种复合材料能够有效地防止热量传导，降低材料表面的温度，保护内部结构不受高温损害。
树脂基烧蚀防热复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
在航空航天领域，材料会受到高温、高速气流以及化学气体的腐蚀，而树脂基烧蚀防热复合材料能够有效地抵抗这些腐蚀作用，延长材料的使用寿命。
树脂基烧蚀防热复合材料的制备工艺主要包括树脂基体的制备和烧蚀增强材料的添加。
树脂基体可以选择高分子树脂，如环氧树脂、聚酰亚胺等，通过聚合反应进行制备。
烧蚀增强材料可以选择石墨、碳纤维等具有高热导率和高强度的材料，将其加入到树脂基体中，形成复合材料。
树脂基烧蚀防热复合材料在航空航天领域有着广泛的应用。
它可以用于制造航天器的外部保护层，能够有效地抵御外界高温和高速气流的侵蚀。
此外，树脂基烧蚀防热复合材料还可以用于发动机喷管、
导弹外壳等部件的制造，提高其耐热性能和抗腐蚀性能。
树脂基烧蚀防热复合材料是一种具有优良防热性能和耐腐蚀性能的材料，广泛应用于航空航天领域。
它的制备工艺简单，成本较低，具有重要的应用价值。
随着科技的不断进步，树脂基烧蚀防热复合材料将会在更多领域得到应用，为人类的航空航天事业做出更大的贡献。
BFRP网格加固混凝土结构的研究综述
BFRP网格加固混凝土结构的研究综述摘要：玄武岩纤维（BFRP）作为新的纤维材料，不仅其制作所需的原料价格便宜、分布广，而且因其良好的力学性能受到国内外很多学者的研究。
BFRP网与常用的板、条、布、筋加固构件的形式相比，其能够更充分的、牢固的与混凝土构件接触粘结，所以能够更有效的提高混凝土构件的承载力。
本文将为BFRP网在不同混凝土构件上的应用提供理论参考。
关键词：BFRP；BFRP网格；混凝土构件；承载力；力学性能1引言因为纤维増强复合材料（FRP）具有轻质、高强和防腐蚀等优点，在建筑土木工程结构中被广泛应用。
其既可应用于新建结构中，亦可用于加固旧的建筑物。
FRP应用的形式主要有FRP布、FRP管、FRP筋、FRP片等。
随着外贴FRP材料加固技术的不断完善，开发FRP材料新的用途成为近年来国际上广为关注的问题。
纤维网格材加固法是FRP加固技术的一种新的应用形式，具体的方法是将FRP网格状型材通过错钉固定于混凝土构件表面然后再喷涂聚合物水泥砂浆与原有混凝土一体化，从而提高结构的承载能力及而久性。
该技术可用于板、梁等构件底面进行抗弯加固、梁侧面的抗剪加固、包括柱或桥墩进行抗震加固，也可用于隧道等曲面的加固，此外还可在新建结构中代替钢筋应用。
2 BFRP网格的力学性能及frp网格加固的优点玄武岩纤维是由天然材质玄武岩高温融化拉丝而成。
因为其最主要材料玄武岩分布广，来源多，从成本上来说相较于其他纤维低很多。
近些年，玄武岩纤维以其轻质、高强、耐高温、耐久性好等特点，被国内外学者的广泛研究。
玄武岩纤维复合筋材的抗拉伸强度为1200~1600MPa，弹性模量为45GPa~60GPa[1]。
构件加固多为板、条、布、筋等形式，与这些加固形式相比，网格形式的加固具有以下优点[3]：(1)网格的质量相比于钢筋小得多，施工方便，网格的施工应用如图1所示。
图 1FRP网格加固隧道(2)加固效果显著。
连续纤维双向分布，相比与FRP布通过树脂粘结在构件上，网格有机械锚固及聚合物水泥砂浆的作用,能够更高的的与混凝土构件粘结在一起，不易发生脱落，特别在潮湿的环境中。
BFRP-FRCM复合层研究进展
BFRP-FRCM复合层研究进展王秋婉・2，廖维张，王俊杰（1.北京建筑大学工程结构与新材料北京市高等学校工程研究中心，北京100044；2.北京建筑大学北京未来城市设计高精尖创新中心，北京100044）摘要：玄武岩纤维网格-纤维增强水泥基基质复合层（BFRP-FRCM）作为一种新型加固材料，既能充分利用玄武岩纤维轻质高强和易于施工的特点，又能避免使用粘结剂在潮湿、高温、火灾等环境因素下导致的加固效果下降，是一种具有良好加固性能的材料,在混凝土结构和砖砌体结构加固方面得到了广泛应用。
本文通过总结国内外对该复合层的材料性能、力学性能及耐久性的研究现状，分析将其应用于加固工程的利弊，为该项加固技术的优化与发展提供一定的参考。
关键词：玄武岩纤维增强复合材料；纤维增强水泥基复合材料；加固；力学性能中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000（2021）01-0121-08生活中越来越多人为或非人为的爆炸事故,导致墙体倒塌或是冲击荷载下墙体破碎和碎片飞溅，这些都会造成不同程度的生命财产的损失。
故对既有结构的加固已然十分重要。
另由于混凝土长期带裂缝工作，会存在承载力降低等耐久性问题。
传统加固方法会存在占用空间、增大自重和不易施工等缺陷。
而FRP网格加固技术易于施工，且材料具有轻质高强、耐腐蚀等优良特点，可广泛用于钢筋混凝土结构和砖砌体结构的加固维修［1］。
当环氧树脂作为BFRP 网格和混凝土之间的粘结材料时,其粘结性能会因潮湿、高温、火灾等环境因素降低，且玄武岩纤维与树脂之间缺少有效的化学键结合，不利于其协同作用的发挥［2］，故采用纤维增强水泥基材料代替环氧树脂作为粘结剂和保护层，在美国这种材料被称为Fiber Reinforced Cementitious Matrix,简称“FRCM”（纤维增强水泥基材料）。
BFRP-FRCM复合层是指以纤维增强水泥基砂浆FRCM为基体与玄武岩纤维网格材料复合而得到的。
玄武岩纤维复合材料性能提升及其新型结构
玄武岩纤维复合材料性能提升及其新型结构摘要：纤维增强复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳的优点，是结构加固增强的理想材料。
其中，具有环境友好特性的玄武岩纤维复合材料(BFRP)有望推动工程结构的绿色可持续化发展，得到国家和地方政府的大力支持。
为进一步提升BFRP增强工程结构的性能与寿命，还需从BFRP材料性能和结构增强形式等方面进行改善。
该文阐述了BFRP高性能化技术，并从设计理念、关键技术和力学性能三个方面，对三种新型BFRP增强结构形式进行了综述，包括高耐久损伤可控BFRP筋/网格-钢筋混合配置混凝土结构、BFRP型材-混凝土组合结构以及BFRP拉索大跨结构，并对BFRP新建结构的发展提出了建议和展望。
关键词：玄武岩纤维复合材料(BFRP)；高性能化；高耐久；损伤可控；组合桥面板；大跨斜拉桥纤维增强复合材料(简称FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优良特性，在工程结构的加固改造和新建结构增强中发挥了重要作用。
经过30多年的研究和应用，FRP加固技术已发展成为提升土木工程结构使用性能、承载力、耐久性和疲劳寿命的重要手段，形成了成熟的加固施工工艺，建立了相应的技术规程。
但在新建结构方面，几种传统的FRP材料，如碳纤维FRP(CFRP)、芳纶纤维FRP(AFRP)和玻璃纤维FRP(GFRP)存在一些不足，制约了FRP新建结构的推广应用。
例如，CFRP虽然强度和弹性模量高，但延伸率低，且热膨胀系数与混凝土相差较大，严重影响其与混凝土的共同工作性能，且CFRP材料价格昂贵，很难大规模运用于新建结构。
AFRP也存在成本过高的问题，且材料蠕变率大(0.5 f u 应力下1000 h蠕变率高达7%)[1]，导致结构产生较大的长期变形。
GFRP的蠕变断裂应力低(0.29 f u)[2]，因此，其高强度难以得到充分发挥，且一般的玻璃纤维耐碱性差，不适合作为混凝土增强材料。
近20年兴起的玄武岩纤维复合材料(BFRP)具有优越的综合性能，成为解决上述FRP新建结构问题的有效途径。
玄武岩纤维筋材 BFRP
玄武岩纤维筋（BFRP Rebar）【产品概述】Product Overview玄武岩纤维筋（BFRP）是以玄武岩纤维为增强材料与乙烯基树脂及填料固化剂等基体相结合经拉挤工艺成型的一种新型复合材料。
BFRP is a new kind of composite material, which is Basalt fiber as reinforcement material, combines with vinylite (resin), padding and other curing agent, then through pultrusion molding process.【产品介绍】Product Introduction玄武岩纤维筋（BFRP）是以玄武岩纤维为增强材料与乙烯基树脂及填料、固化剂等基体相结合，经拉挤工艺成型的一种新型复合材料。
与钢筋不同的是，玄武岩纤维筋密度是1.9-2.1g/cm3。
BFRP is a new kind of composite material which basalt fiber combines with vinylite, padding and curing agent. The difference with steel, the density of BFRP is 1.9-2.1 g/cm3.玄武岩纤维筋是一种不生锈的电绝缘体，具有非磁性，尤其是：具有极高的耐酸性和耐碱性。
对水泥砂浆中的水分浓度及二氧化碳的浸透和扩散具有较高的容许度，可防止在苛刻环境下混凝土构筑物的腐蚀，从而达到提高建筑物的耐久性的作用。
BFRP is a kind of rustless electrical insulator, with non magnetic, especially with great acid resistance and alkali resistance. It could develop the durability of construction.特性：Property：非磁性、电绝缘、强度高、弹性模量高、热膨胀系数与水泥混凝土相近。
BFRP的制作工艺
竹纤维复合材料（BFRP）的制作工艺常规的复合材料是纤维与基体共同承受荷载，纤维的作用是增强基体的强度．由于纤维价格远高于基体，所以目前很多复合材料的纤维含量并不太高．尽管如此，复合材料还是一种价格昂贵的材料，难以大量应用于民用工业．竹纤维复合材料是以竹材为主要原料，经过物理化学处理和机械切削加工成纤维，按需要编织成不同几何形态的构造单元，然后用树脂等将其粘结成形．纤维的原材料是竹材，价格十分低廉，具有推广应用的价值．目前在众多的竹纤维复合材料产品研制与开发利用中，竹纤维增强翅料(BFRP)是比较成熟的一种．BFRP是以竹纤维为增强材料，以树脂(如环氧树脂、不饱和聚脂树脂以及乙烯基树脂等)为基体的复合材料．增强纤维为主要受力成分；树脂是将纤维粘结成整体，即能使纤维整体受力，又能保护纤维免受机械破损或化学腐蚀．这种新型材料在工程中的应用研究，国外已作了大量工作，并取得了许有益的成果；近年来国内也开展了一些探讨性的研究，以及尝试性的应用与小范围推广．竹纤维是一种生物材料，在生产、制作过程没有环境污染．以此为加强材料，可以避免其他有机纤维带来负作用．我国竹资源十分丰富，年产量占世界总产量的1/3，约1.5亿t．但目前竹材用作工程材料，仅限于生产工艺品、简易家具、地板等，没有充分利用这一资源．以竹代木、以竹代塑，在我国有着非常重要的意义，充分开发竹材的用途，提高其利用价值，已被国家确定为重点发展的技术．另外以塑代钢是世界性发展趋势，开发高性能，低成本的大型塑料制品，是塑料行业技术发展方向之一．研制BFRP能利用丰富的天然资源，开辟结构材料的新品种，又有利于环境保护、生态平衡及节约能源，具有深远的社会意义和经济效益．因此如何利用BFRP的特点，充分发挥优势，是一个非常有前景的研究领域1.BFRP基本组份目前应用较多的BFRP，如板材、管材等，主要的组份材料是加工成纤维状的竹材和成形固化后起着基体作用的胶粘剂。
玄武岩纤维片材
纤维体积含量 (Wt.%) 48.97 46.49 44.58 47.61 46.9 1.86
2.2.2 BFRP 片材的玻璃化温度 BFRP 片材的 DSC 升温曲线见图 2-4。由于 BFRP 试样已经后固化，因此在升温 曲线中，为发现固化反应生成的放热峰。试样的玻璃化转变非常明显，测得的玻
4
璃化温度为 96.2℃。
0 5
1 周 5 5 5 5
1 月 5 5 5 5
3 月 5 5 5 5
6 月 5 5 5 5
1 年 5 5 5 5
1.5 年 5 5 5 5
2 年 5 5 5 5
表 3-4 水吸收试验方案
蒸馏水/碱溶液 23 oC 40 oC 60 oC 80 oC 蒸馏水/碱溶液 23 oC 40 oC 60 oC 80 oC
图 3-1 湿热浸泡装置
通过在恒温下的蒸馏水和碱溶液中浸泡 BFRP 片材，到待定的时间后取出试 样分别测量 BFRP 片材的拉伸强度和吸水重量。拉伸测量每组取 5 个试样，取其 平均值为实验值，具体试验方案如表 3-3。每组水吸收测量选择十个试样，用电 子天平称量其原始重量后放入溶液中浸泡。每隔一定的时间取出试样，快速擦干
表 3-6 高温后拉伸试验方案
温度 室温 100 oC 150 oC
0 5
1h 5 5
2h 5 5
11
4h 5 5
8h 5 5
16h 5 5
32h 5 5
72h 5 5
200 oC
5
5
5
5
5
5
5
高温后试验还测试了 BFRP 片材随高温处理时间的重量变化。将 BFRP 片材切 割成尺寸为 50×20×t mm 3 的试样，放置在恒温烘箱中高温处理。具体试验方案 如表 3-7。每种温度中测量 10 个试样的重量，到待定时间后取出试样立即测量 其重量，然后放回烘箱继续高温处理。
复合材料介绍
不饱和聚酯树脂
不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二 元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的，具 有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。通常，聚酯化 缩聚反应是在190～220℃进行，直至达到预期的酸值 （或粘度）。在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的 苯乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之 为不饱和聚酯树脂。
添加剂
添加剂是复合材料产品在生产或加工过程 中需要添加的辅助化学品通称为添加剂或 “助剂”。 添加剂在复合材料中的作用有以下几方面： （1）稳定化作用 （2）改善力学性能 （3）改善加工性能 （4）阻燃作用 （5）改善外观质量
添加剂
偶联剂 不饱和聚酯树脂的引发剂和促进剂 阻聚剂与缓聚剂 增韧剂与稀释剂 环氧树脂固化剂 抗氧剂 光稳定剂 热稳定剂 填料 脱模剂 着色剂与触变剂 阻燃剂
1、树脂基复合材料的建筑性能 （1）材料性能的可设计性 树脂基复合材料的性能可根据使用要求进行设计，如要 求耐水、防腐、高强，可选用树脂基复合材料。由于树脂基复合材料的重量轻，制造 方便，对于大型结构和形状复杂的建筑制品，能够一次成型制造，提高建筑结构的整 体性。 （2）力学性能好 树脂基复合材料的力学性能可在很大范围内进行设计，由于选用 的材料不同，增强材料的铺设方向和方向差异，可以获得性能判别很大的复合材料， 如单向玻纤增强环氧复合材料的拉伸强度可达1000MPa以上，比钢（建筑钢）的拉伸 强度还高，选用碳纤维作增强材料，制得的树脂基复合材料弹性模量可以达到建筑钢 材水平，而其密度却比钢材小4～5倍。更为突出的是树脂基复合材料在制造过程中， 可以根据构件受力状况局部加强，这样既可提高结构的承载能力，又能节约材料的减 轻自重。 （3）装饰性好 树脂基复合材料的表面光洁，可以配制成各种鲜艳的色彩，也可以 制造出不同的花纹和图案，适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。 （4）透光性 透明玻璃钢的透光率达85%以上（与玻璃相似），其最大特点是不 易破碎，能承受荷载。用于建筑工程时可以将结构、围护及采光三者综合设计，能够 达到简化采光设计，降低工程造价之目的。
复合材料—树脂基复合材料(航空材料)
➢碳纤维发展方向主要有三个： 1）中等模量高强度碳纤雏T800、T1000， 2）高模量碳纤M50J、M60J; 3）工业用廉价碳纤维。
➢增强材料的基本形式有纤维丝束、编织布和针织布。
结构成形工艺
➢ 成形工艺是将原材料转化为结构、将设计的结构图样转变为实物的必经 之路。提高制造技术水平，降低制造成本是扩大复合材料应用的重要措施。 以下主要介绍热固性树脂基碳纤维复合材料结构成形的工艺方法及其技术 特点。
➢树脂基复合材料由树脂基体与增强纤维组成。
1. 热固性树脂基体
1）环氧树脂基体 2）双马来酰亚胺树脂基体 3）聚酰亚胺树脂基体
2. 热塑性树脂基体 树脂转移成形工艺（RTM）用树脂基体 低温低压固化（LTM）树脂基体
增强纤维
➢ 增强纤维是复合材料承载主体，选定纤维品种及其体积含量，即可预估出复 合材料沿纤维方向(纵向)的力学性能。
树脂基复合材料
树脂基复合材料
➢在复合材料结构件成形过程中，树脂基体参与化学反应并固化成形为结构。 其固化工艺决定了结构件成形工艺和制造成本。 ➢树脂基体对纤维起支撑、保护作用并传递载荷。因此，树脂基体性能直接 关系到复合材料的使用温度、压缩性能、横向(90。)性能和剪切性能(包括有碳纤维、芳纶(Kevlar’)、玻璃纤维和硼纤维等。
➢碳纤维由于其性能好、纤维类型和规格多、成本适中等因素，在飞机结构上应 用最广。
➢芳纶性能虽然尚佳，但在湿热环境下性能有明显下降，一般不用作飞机主承力 结构，多与碳纤维混杂使用。
➢玻璃纤维由于模量低，仅用于次要结构(整流罩、舱内装饰结构等)，但其电性 能、透波性适宜制作雷达罩等。
树脂基先进复合材料基体及增强材料
先进复合材料英国人赫尔提出复合材料分三类：天然复合材料，如木材、骨骼、肌肉等；细观复合材料，如合金、增强塑料等；宏观复合材料，如钢筋混凝土等。
适合于工程结构的复合材料定义应包含以下三点内容：（1）含两种或两种以上物理性质不同并可用机械方法分离的多相材料；（2）可人为控制将一种材料分布到其它材料中，以达最佳性能；（3）性能优于单独组分材料，并具独特性能。
把复合材料这种扬长避短的作用称为复合效应。
人们利用复合效应可自由选择复合材料组成物质，人为设计各种新型复合材料，把材料科学推进到了一个新阶段。
因此，国外把复合材料称为第四代材料，又称“设计材料”。
先进复合材料（Advanced Composites Material，简称ACM）专指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。
ACM具有质量轻，较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、隔热、隔音、减震、耐高（低）温等特点，已被大量运用到航空航天、医学、机械、建筑等行业。
在本文中将介绍两种先进复合材料用的树脂基体不饱和聚脂和酚醛树脂。
一.芳纶芳纶是一种高强度，高模量，耐高温，低密度，耐磨性好和的有机合成的高科技纤维，并且其化学稳定性好，对橡胶有良好的粘着力。
是20世纪六、七十年代开发出的重要材料。
它是在聚酰胺的基础上开发出来的一类产品，为了提高尼龙的耐热性，就要导入芳香环，这一点人们早就熟知了，于是就出现了芳香族聚酰胺，芳纶的全称是芳香族聚酰胺纤维。
1974 年，美国贸易联合会（FTC. 为U.S.Federal Trade Commission 的缩写）将他们命名为“Aramid fibers”，我国称为芳纶。
其定义是：至少有 85 % 的酰胺链（-CONH-）直接与两苯环相连接。
根据此定义，可把主要化学链和环链脂肪基的一般聚酰胺聚合物和其清楚的分开。
[1]它有一些列的产品。
在美国，开发芳香族聚酰胺的背景是宇宙开发和军事用途的需要，特别是对耐热性纤维的需求不断高涨。
不饱和树脂的特性
相对密度(g/cm3)
极限拉伸强度(Mpa)
比强度(10cm3)
拉伸弹性模量(Gpa)
比模量(10cm3)
UPR-FRP
1.5～1.7
352
2076.6
19.71
115.9
钢
7.8 880
1128.2
204.16
261.7
硬铝
2.8
457.6
1634.2
70.4
251.4
杉木
0.5
70.4
1408.0
5、加工工艺性能优异：
UPR的加工工艺性能优异，工艺简单，可一次成型，既可常温常压成型，又可以加温加压固化，而且在固化过程中无低分子副产物生成，可制造出比较均一的产品。由于其工艺性能优异，近年来已被广泛用于制作工艺品、仿大理石制品、聚酯漆等非玻璃纤维增强型材料。
6、材料的可设计性好：
UPR-FRP是以UPR为基体，以玻璃纤维为增强骨材的复合材料，二者经过一次性加工成型为最终形状的制品。所以FRP不仅仅是一种材料，同时也是一种结构。所谓可设计性包含两方面内容：
不饱和树脂为基材的玻璃钢(UPR-FRP)具有以下特性：
1、轻质高强：
FRP的密度为1.4～2.2g/cm3，比钢轻4～5倍，而其强度却不小，其比强度超过型钢、硬铝和杉木。这对于航空、航天、火箭、导弹、军械及运输等需要减轻自重的产品具有非常重要的意义。例如波音747喷气客机在主要结构上应用的FRP部件达2.2吨，有效地节省了飞机燃料，提高了航速，延长了续航时间，增加了有效载荷。UPR-FRP与其他材料的性能：
9.86
197.2
2、耐腐蚀性能良好：
UPR-FRP是一种良好的耐腐蚀性材料，能耐一般浓度的酸、碱、盐类，大部分有机溶剂、海水、大气、油类，对微生物的抵抗力也很强。正广泛应用于石油、化工、农药、医药、染料、电镀、电解、冶炼、轻工等国民经济诸领域，发挥着其他材料无法替代的作用。
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BFRP材料树脂基体一般为高分子聚合物，根据树脂热工性能可分为热固性树脂与热塑性树脂两大类。
BFRP复合筋采用的是热固性树脂，在第一次加热时可以软化流动，当加热至一定温度，分子链发生交联固化反应，该反应具有不可逆转的特点，对其再次加热，树脂已不能再次发生软化流动。
二、工艺介绍
我公司复合筋生产工艺采用的是连续拉挤成型工艺，所用设备的结构形式是卧式的。
拉挤成型工艺如下，
相关数据如下表。
三、使用化学原料(见下表)
名称：甲基四氢苯酐简称Me-THPA，分子量166.17,淡黄色液体，相对密度1.2l，凝固点-15℃以下，粘度(25℃)50～80mPa•s，折射率1.498，中和当量81～85,在空气中稳定性较好。
不易析出结晶。
无毒。
高纯度双酚A型液体环氧树脂
用作环氧树脂的固化剂，参考用量80phr。
固化条件100 ℃／4h十150 ℃／4h或80 ℃／2h十120 ℃／4h。
固化物电性能和物理机械性能良好，热变形温度130℃。
储存于阴凉、干燥的库房内。
DMP-30
DMP-30 结构式
Tris(dimethylaminomethyl)phenol
分子式(Formula)： C15H27N3O
分子量(Molecular Weight)： 265.40
CAS No.： 90-72-2
质量指标(Specification)
含量（Purity）：≥95%
包装（Package）： 200公斤/桶
物化性质(Physical Properties)
三-（二甲胺基甲基）苯酚是一种胺类的，具有延迟反应的硬质聚异氰脲酸酯的三聚催化剂。
闪点：150°C;比重（25°C）：0.97;水溶性：溶于水
用途(Useage)
三-（二甲胺基甲基）苯酚广泛用于硬质聚异氰脲酸酯板材料的生产，且与其它标准胺类催化剂一起使用，例如DMCHA。
性状：2，4，6—三（二甲胺基甲基）苯酚简称DMP—30，分子式为C15H27N3O，外观为淡黄色透明液体，沸点约250℃，具有胺臭味，易溶于有机溶剂，溶于冷水，微溶于热水。
质量指标：1．外观：淡黄色至棕色透明液体
2．胺值：600——630mgkOH/g
3．相对密度：0.970—0.990（25℃）
4.水份：≤0.01%
主要用途：DMP—30主要用作环氧树脂固化剂，可在常温下快速固化或低温固化环氧树脂涂层用作于浇铸件、密封件等。
与环氧树脂配比（以E44为例）约为1：10左右，也可与其它环氧固化剂混合使用，起促进作用，提高固化速率，用量为主固化剂的5—15%，另外，在聚氨酯生产中可作催化剂。
包装：200kg镀锌铁桶包装。
贮存：贮存在阴凉、通风、清洁的库中，不要与酸性液体混
存，其余按一般可燃化学品规定贮运
制备：将苯酚二甲胺投入反应釜，控制一定温度下滴加甲醛，反应保温一定时间，加适量氯化钠，静置分层，将下层水层分去，减压脱去残留水份，即得目标产物。
始用气态二甲胺，并用氮气转换釜内空气，可得颜色相对较浅的产物。