纤维在碱环境中的耐久性

  材料和结构工程部，CETMA协会，布林迪西，意大利

BG Polymers M.P. South Lachish, 79370 Kibbutz Beit Guvrin, 以色列

摘要：纤维增强塑料（FRPs）是一种新型材料可以代替传统的结构增强材料。评价复合材料在恶劣环境的耐久性需要做长期性能测试。这篇文章研究了玻璃纤维和玄武岩纤维在碱环境中的老化试验。

关键词：耐久性，碱溶液，纤维，玻璃，玄武岩

前言

近年来，复合材料因具有轻质、高强度/重量比、易操作、悬垂性、安装快、厚度薄、可恢复性等优点在土木工程领域得到了广泛的应用。然而，如果纤维置于恶劣环境中像混凝土，会出现耐久性问题。碱离子浓度高是引起纤维破坏的主要原因，特别的，引起重量损失和机械性能降低。人们做了各种研究，但是结构各不相同。因为这个原因，在我们的研究中对不同纤维在碱环境中做加速试验，来测试重量损失和拉伸强度损失率。样品为E-玻纤、无硼E-玻纤（商品名Advantex）、AR-玻纤及玄武岩纤维。玄武岩纤维因来自火山岩具有耐火、优良的机械性能和低成本的特点，因此具有广阔的发展前景。另外，作为一种新型材料，她还没有被广泛研究。纤维表面涂覆丙烯酸共聚物，使其具有低吸湿率，可以提高耐碱性

FRP耐碱性的文献分析

分析了许多科学文献报道的玻璃纤维和玄武岩纤维在碱环境中的试验。列出了不同实验条件的道德不同结果。对于玻璃纤维，十分强调PH值对GFRP恶化的影响。事实上，在混凝土环境中，即使PH值低，GFRP恶化的也很快。另外，测得6年后，PH值从初始值降低了10%，可以推断GFRP的恶化出现在结构寿命的早期阶段。而且，注意到，如果纤维被特殊的高聚物基体保护，GFRP的恶化不会发生。另一个试验，在室温和60℃下，对E-玻璃纤维和无硼Advantex玻璃棒在恶劣环境（波特兰水泥）中施加恒定载荷，结果显示，Advantex玻璃具有良好的白腐蚀性，E玻纤的机械性能下降很多；E-玻璃纤维和无硼Advantex玻璃在高温60℃下，强度损失大。如果给E-玻璃纤维和AR-玻璃纤维表面涂层（碳纳米管和纳米结构的有机粘土）可以提高样品的强度，虽然经碱处理后(5 wt% NaOH for 7 days)的样品强度稍低于未经碱处理的样品。然而，经过涂覆处理的纤维不改变其直径，未经涂覆处理的纤维形貌改变，表面变粗糙。在另外一个试验中，为了提高恶劣环境的作用，增加了高温和碱溶液加速试验；结果发现涂覆了基体的GFRP棒具有良好的性能，除了聚酯树脂，因为聚酯的耐久性差。其他文章得到了相同的结果，虽然腐蚀溶液不同，但都增加了高温加速条件。另外，还做了混凝土中，GFRP棒的拉拔试验，GFRP棒在一般混凝土中的失效是因为粘结失效，GFRP棒在高性能混凝土中的失效是因为混凝土开裂。高温和恶劣环境加速了粘结强度的下降，经长时间腐蚀和高温作用，弯曲强度也降低。强度降低的最大值出现在层数低的腐蚀时间最长的复合材料中。纤维表面点蚀和粗糙度增加，则机械性能降低。另一个文献，分析了碱熔液中的复合棒，其拉伸强度和粘结强度（通过拉拔实验测试）随浸泡时间的增长和高温的应用而降低。AR-玻纤在混凝土环境中的研究表明：纤维在高PH 值的混凝土中，耐久性降低；在中性PH值的混凝土中，耐久性几乎保持不变。最后一个文献，比较了在高温下相同混凝土中，E-玻纤和AR-玻纤的行为，4天后，AR-玻纤的强度损失率为7.4%，E-玻纤大概是84.2%；7天后，AR-玻纤的极限应力损失率为38%，E-玻纤大概是60%