朱德舉 徐旭鋒 郭帥成 沈琰

摘要：采用MTS萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同溫度處理后的玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（BFRP）筋和玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP）筋的拉伸和剪切性能進(jìn)行測(cè)試，研究了高溫對(duì)BFRP筋和GFRP筋力學(xué)性能和破壞模式的影響.利用Weibull模型對(duì)不同溫度處理后BFRP筋和GFRP筋的拉伸強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用熱重分析儀定量化闡明BFRP筋和GFRP筋的熱分解機(jī)制.結(jié)果表明：高溫會(huì)導(dǎo)致BFRP筋和GFRP筋發(fā)生明顯的顏色和形貌變化；BFRP筋和GFRP筋的拉伸強(qiáng)度、極限應(yīng)變、韌性和剪切強(qiáng)度均隨著溫度的升高而呈先上升后下降的趨勢(shì)，而彈性模量變化不明顯.與相同溫度處理后的GFRP筋相比，BFRP筋的拉伸性能較差，剪切性能較好；BFRP筋和GFRP筋的熱分解特性解釋了其高溫后力學(xué)性能的退化機(jī)理.

關(guān)鍵詞：FRP筋；高溫；力學(xué)性能；熱重分析

中圖分類號(hào)：TB332文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金山東聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1806225），National Natural Science Foundation of China（U1806225）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51778220），National Natural Science Foundation of China（51778220）；湖湘高層次人才聚集工程-創(chuàng)新人才項(xiàng)目（2018RS3057），High-level Talent Gathering Project in Hunan Province（2018RS3057）；湖南省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新引領(lǐng)計(jì)劃項(xiàng)目（2020GK2079），High-Tech Industry Science and Technology Innovation Leading Plan of Hunan Province（2020GK2079）

Mechanical Properties of Basalt and Glass Fiber Reinforced Polymer Tendons after Exposed to Elevated Temperatures

ZHU Deju1，2，XU Xufeng1，2，GUO Shuaicheng1，2，SHEN Yan1，2

（1. College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China；2. Key Laboratory for Green & Advanced Civil Engineering Materials and Application Technology of Hunan Province，Hunan University，Changsha 410082，China）

Abstract：The tensile and shear properties of basalt fiber reinforced polymer（BFRP）and glass fiber reinforced polymer（GFRP）tendons after thermal aging were tested by the universal testing machine，and the effects of elevated temperatures on the mechanical properties and failure mode of BFRP and GFRP tendons were studied. Furthermore，the tensile strengths of BFRP and GFRP tendons after treatment under various elevated temperatures were statistically analyzed by Weibull model，and the thermal degradation mechanism of BFRP and GFRP tendon was quantitatively analyzed by a thermo-gravimetric analyzer. The results show that the color and morphologies of BFRP and GFRP ten-dons change obviously with the elevated temperatures. The tensile strength，ultimate strain，toughness and shear strength of BFRP and GFRP tendons slightly increase firstly and then decrease with the temperature，while the elastic modulusdoesnotchangesignificantly.ComparedwiththeGFRPtendon，theBFRPtendontreatedunderthesametemper-atures exhibits lower tensile properties but better shear performances. The pyrolysis characteristics of BFRP and GFRP tendonsproperlyexplainthedegradationmechanismoftheirmechanical properties after elevated temperatures.

Key words：fiber reinforced polymer（FRP）tendon；elevated temperatures；mechanical properties；thermogravimetric analysis

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Fiber Reinforced Polymer，F(xiàn)RP）因其高比強(qiáng)度、耐腐蝕、耐疲勞、易設(shè)計(jì)等優(yōu)異性能被廣泛運(yùn)用于航空航天、國(guó)防軍工、土木工程等領(lǐng)域[1-2]. FRP可通過(guò)粘貼、約束、修補(bǔ)等方式加固既有結(jié)構(gòu)[3-4]；替代鋼筋應(yīng)用于有防腐蝕和防電磁干擾等要求的特殊環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)[5]；可加工成型材、筋材、拉索等形式直接作為承載結(jié)構(gòu)[6]；與傳統(tǒng)材料進(jìn)行組合和混雜可提高結(jié)構(gòu)綜合性能等[7].根據(jù)纖維種類的不同，目前常用的FRP主要有碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（AFRP）、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP）和玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（BFRP）.其中，CFRP的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性突出，但是價(jià)格昂貴且脆性較高；AFRP擁有良好的介電性和較高的斷裂韌性，但是熱穩(wěn)定性差，價(jià)格也較高；GFRP的價(jià)格最低，應(yīng)用廣泛，但其力學(xué)性能較差，且不耐堿；而BFRP是一種新型綠色環(huán)保材料，擁有良好的力學(xué)性能，且制造成本低，是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)[8-9].

FRP材料在服役周期中，可能會(huì)遇到高溫甚至是火災(zāi)等情況. FRP的力學(xué)性能通常對(duì)溫度非常敏感，其劣化原因一般歸結(jié)為樹脂基體的性能退化：當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)樹脂玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）時(shí)，樹脂發(fā)生軟化，不能高效地傳遞纖維之間的應(yīng)力，導(dǎo)致纖維和樹脂基體的協(xié)同作用能力下降；當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)樹脂的熱分解溫度（Td））時(shí)，樹脂會(huì)發(fā)生分解，纖維之間缺乏約束，F(xiàn)RP的力學(xué)性能會(huì)急劇下降甚至失效[10].因此研究FRP在高溫（火災(zāi)）下的力學(xué)性能以及高溫（火災(zāi)）后的殘余力學(xué)性能是FRP材料推廣應(yīng)用以及災(zāi)后評(píng)估的重要指標(biāo)，也是提高FRP結(jié)構(gòu)耐高溫性能的理論基礎(chǔ)[11].目前關(guān)于BFRP材料的高溫后力學(xué)性能的研究較少，性能劣化機(jī)理也尚未完全明確.

Militky等[12]研究了不同處理溫度（50 ～ 500℃）和處理時(shí)間（1 ～ 30 min）對(duì)玄武巖纖維的極限拉伸性能的影響.結(jié)果表明，玄武巖纖維加熱至300℃以上時(shí)，強(qiáng)度會(huì)降低；處理溫度越高，處理時(shí)間越長(zhǎng)，纖維強(qiáng)度退化越明顯. Sim等[13]研究對(duì)比了玄武巖纖維、碳纖維和玻璃纖維的耐高溫性能.結(jié)果表明，3種纖維在200℃下保持2 h后，強(qiáng)度沒(méi)有影響；在600℃下保持2 h后，只有玄武巖纖維保持著體積完整性，并保留有90 %的強(qiáng)度.

Lu等[10]研究了玄武巖纖維及BFRP片材在高溫處理后的力學(xué)性能.結(jié)果表明，在200℃高溫環(huán)境中處理4 h后，玄武巖纖維束和BFRP的拉伸強(qiáng)度幾乎沒(méi)有下降，破壞模式與常溫的一致，但是離散性有所增大.朱德舉等[14]研究了BFRP片材在低溫及高溫環(huán)境（-25 ～ 100℃）下的拉伸性能.結(jié)果表明，隨著溫度的升高或降低，其彈性模量、破壞應(yīng)力和沖擊韌性均有不同程度的減小，峰值應(yīng)變和最大應(yīng)變略微增加，而升溫對(duì)BFRP拉伸強(qiáng)度的影響更加顯著.唐利等[15]研究了不同溫度（20 ～ 350℃）處理后BFRP筋的力學(xué)性能以及破壞形態(tài).結(jié)果表明，BFRP筋的抗壓、抗剪和抗拉承載能力均隨溫度的升高而降低，經(jīng)過(guò)350℃高溫處理后的BFRP筋的抗壓、抗剪和抗拉強(qiáng)度下降了77.8 %、58.5 %和88.5 %. Hamad等[16]研究了不同處理溫度對(duì)鋼筋、BFRP筋、CFRP筋和GFRP筋力學(xué)性能及與混凝土黏結(jié)性能的影響.結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)375℃的高溫處理后，鋼筋的耐高溫性能良好，強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化，而BFRP筋、CFRP筋和GFRP筋的拉伸強(qiáng)度分別下降了87 %、71 %和91 %，彈性模量分別下降了47%、53%和48 %，且各FRP筋與混凝土的黏結(jié)性能均下降了約20 %.

本文以BFRP筋和GFRP筋為研究對(duì)象，在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合熱重分析，揭示了BFRP筋和GFRP筋在高溫條件下的損傷演變規(guī)律，并利用兩參數(shù)Weibull統(tǒng)計(jì)模型量化了不同處理溫度對(duì)BFRP筋和GFRP筋拉伸強(qiáng)度的影響規(guī)律.

1試驗(yàn)材料及方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用的BFRP筋和GFRP筋由拉擠成型工藝制得，樹脂基體的成分均為環(huán)氧樹脂.其中BFRP筋的等效直徑為4.45 mm，GFRP筋的等效直徑為4 mm.拉伸試驗(yàn)用試件依據(jù)美國(guó)規(guī)范ACI 440.3R-2012[17]制備，如圖1所示，F(xiàn)RP筋的測(cè)試區(qū)長(zhǎng)度為200 mm，錨固長(zhǎng)度為150 mm，鋼套筒外徑為25 mm，壁厚為3 mm，錨固介質(zhì)為JN-C3P碳纖維浸漬膠，主要成分為環(huán)氧樹脂.

1.2試驗(yàn)方法

FRP筋拉伸試件采用MTS環(huán)境箱進(jìn)行高溫處理，可控溫度范圍為-70～350℃. FRP筋剪切試件采用電阻爐進(jìn)行高溫處理，最高可加熱至1 200℃.參考規(guī)范《纖維增強(qiáng)塑料高低溫力學(xué)性能試驗(yàn)準(zhǔn)則》（GB/T 9979—2005）[18]，控制升溫速率為10℃/min，并維持設(shè)定溫度30 min.本文設(shè)定了5組拉伸試件預(yù)處理溫度，分別為室溫（20℃）、100℃、200℃、300℃和350℃，以及6組剪切試件預(yù)處理溫度，分別為室溫（20℃）、100℃、200℃、300℃、400℃和500℃. FRP筋拉伸試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)均在MTS C43.304型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，如圖2和圖3所示.拉伸實(shí)驗(yàn)和剪切試驗(yàn)均采用位移加載，其加載速率分別為3 mm/min和1 mm/min.采用Y100/20-N型引伸計(jì)測(cè)量FRP筋的拉伸應(yīng)變，標(biāo)距為100 mm，引伸計(jì)固定在FRP筋測(cè)試區(qū)正中間.為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每種工況的有效試件數(shù)至少為5個(gè).

采用熱重分析儀對(duì)FRP筋進(jìn)行熱分解特性分析，儀器型號(hào)為Thermo Plus EVO2系列TG -DTA8122.測(cè)試過(guò)程中，先將FRP筋研磨成粉末狀，稱取樣品初始質(zhì)量為10.0 mg，控制升溫速率為10℃/min，升溫范圍為20 ～ 700℃，氮?dú)猸h(huán)境，氣體流速為30 mL/min.

2結(jié)果與討論

2.1試件破壞模式

在常溫條件下，BFRP筋表面和破壞后內(nèi)部纖維的顏色為淺灰褐色，而GFRP筋為白色.隨著處理溫度的升高，BFRP筋表面顏色由淺灰褐色到深褐色再變化為炭黑色，GFRP筋表面顏色由白色到焦黃色再轉(zhuǎn)變?yōu)樘亢谏?，而BFRP筋和GFRP筋破壞后的內(nèi)部纖維顏色也由淺變深，但其表面顏色變化更為明顯.經(jīng)過(guò)300℃以上高溫處理后的FRP筋的表面形態(tài)也發(fā)生變化，由于部分樹脂發(fā)生分解，因此其表面會(huì)產(chǎn)生明顯的坑蝕和裂紋，橫截面積也有所增大.

不同高溫處理后的BFRP筋和GFRP筋拉伸破壞模式如圖4所示，均為在FRP筋測(cè)試區(qū)范圍內(nèi)發(fā)生傘狀斷裂，而且隨著處理溫度的升高，F(xiàn)RP筋破壞后的纖維束更加分散，且BFRP筋的纖維絲更分散.

不同高溫處理后FRP筋的剪切破壞模式如圖5所示. FRP筋的剪切破壞模式主要有3種：I）2個(gè)剪切面均部分破壞；Ⅱ）1個(gè)剪切面完全破壞，另一個(gè)剪切面部分破壞；Ⅲ）2個(gè)剪切面均完全破壞.為了保證數(shù)據(jù)的合理可靠，本研究選擇第三種破壞模式的試件作為有效測(cè)試.在常溫條件下，F(xiàn)RP筋剪切面斷口都比較齊整，且有比較明顯的壓痕.隨著處理溫度的升高，F(xiàn)RP筋的斷口越來(lái)越粗糙，壓痕越來(lái)越深，且處理溫度高于300℃時(shí)，纖維束會(huì)發(fā)生剝離.

2.2處理溫度對(duì)FRP筋拉伸性能的影響

圖6所示為不同溫度處理后BFRP筋和GFRP筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線.觀察圖6（a）可發(fā)現(xiàn)，BFRP筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似度較高，其應(yīng)力和應(yīng)變均呈線彈性增長(zhǎng)關(guān)系且各曲線斜率相近.不同溫度處理后GFRP筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線規(guī)律與BFRP筋相似，但溫度對(duì)其峰值應(yīng)力和應(yīng)變的影響較小.

其中未經(jīng)過(guò)任何處理的BFRP筋和GFRP筋的拉伸強(qiáng)度分別為1 240.1 MPa和1 214.8 MPa，彈性模量分別為48.57 GPa和52.20 GPa，極限應(yīng)變分別為0.025 6 mm/mm和0.023 3 mm/mm，韌性分別為15.86 J/m3和14.18 J/m3.將不同溫度處理后BFRP筋和GFRP筋拉伸性能參數(shù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行歸一化比較，如圖7所示.隨著溫度的升高，BFRP筋的拉伸強(qiáng)度下降趨勢(shì)明顯，經(jīng)過(guò)100℃，200℃，300℃和350℃處理后的BFRP筋強(qiáng)度分別下降了0.99%，8.61%，22.97%和46.49%. BFRP筋的極限應(yīng)變和韌性則呈現(xiàn)先略微上升后下降的趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)100℃處理后的BFRP筋極限應(yīng)變和韌性分別提高了2.58%和1.59%；而經(jīng)過(guò)350℃處理后的BFRP筋極限應(yīng)變和韌性分別降低了49.59%和72.90%.對(duì)于GFRP筋而言，隨著溫度的升高，拉伸強(qiáng)度、極限應(yīng)變和韌性均先提高后下降，并在200℃時(shí)達(dá)到最大值.和常溫條件相比，經(jīng)過(guò)200℃處理后的GFRP筋的拉伸強(qiáng)度、極限應(yīng)變和韌性分別提高了2.82%、4.72%和7.26%，經(jīng)過(guò)350℃處理后的GFRP筋的拉伸強(qiáng)度、極限應(yīng)變和韌性分別降低了18.26%、14.59%和29.91%.而溫度對(duì)BFRP筋和GFRP筋的彈性模量均沒(méi)有明顯影響.

2.3 Weibull分析

圖8所示為不同溫度處理后BFRP筋和GFRP筋拉伸強(qiáng)度的累積失效概率曲線，并采用Weibull和正態(tài)（Gauss）分布2種概率函數(shù)分別對(duì)其進(jìn)行擬合.可以發(fā)現(xiàn)，采用Weibull分布的擬合相關(guān)性要高于Gauss分布.由圖8（a）可知，隨著處理溫度的增加，Weibull分布曲線向BFRP筋的低強(qiáng)度區(qū)偏移，且曲線斜率的減小與測(cè)試結(jié)果離散性增加相一致.對(duì)于GFRP筋而言，當(dāng)處理溫度小于300℃時(shí)，其拉伸強(qiáng)度的分布集中于1 100～1 300 MPa，但曲線斜率隨著處理溫度的增大而減小，當(dāng)處理溫度為350℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的Weibull分布曲線處于低強(qiáng)度區(qū).

表1總結(jié)了BFRP筋在不同溫度處理后拉伸強(qiáng)度的Weibull參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：隨著處理溫度的增加，Weibull尺度參數(shù)η和形狀參數(shù)β均減小，說(shuō)明BFRP筋的強(qiáng)度降低，離散性增大. GFRP筋的尺度參數(shù)η隨著溫度的升高先增大后減小，而形狀參數(shù)β持續(xù)減小.對(duì)比BFRP筋和GFRP筋的Weibull參數(shù)變化，在常溫條件下，兩者的尺度參數(shù)和形狀參數(shù)相近，隨著溫度的升高，BFRP筋的尺度參數(shù)小于GFRP筋，且差異明顯變大，兩者的形狀參數(shù)均下降明顯但差異較小.這表明高溫處理會(huì)顯著增加FRP筋拉伸強(qiáng)度的離散性，且BFRP筋的高溫后拉伸性能比GFRP筋差.這主要是由2種FRP筋的樹脂基體的差異造成的，且BFRP的熱發(fā)射率高于GFRP，在相同的輻射熱流中，BFRP筋的升溫更快，吸收的熱量更多[21].

2.4處理溫度對(duì)FRP筋剪切性能的影響

圖9（a）（b）為不同溫度處理后BFRP筋和GFRP筋剪切試驗(yàn)典型的荷載-位移曲線.可以觀察到FRP筋的剪切破壞過(guò)程中有明顯的“臺(tái)階”現(xiàn)象.當(dāng)處理溫度低于300℃時(shí)，F(xiàn)RP筋的剪切荷載-位移曲線變化基本一致，可分解為“3個(gè)階段”，如圖9（c）所示[22].第一階段：加載初期，纖維與樹脂基體協(xié)同抵抗剪切力；第二階段：隨著荷載的增加，F(xiàn)RP筋的整體協(xié)同受力能力變?nèi)?，剪切變形主要發(fā)生在樹脂基體內(nèi)，該階段的材料變形量約為總變形的1/5，荷載增長(zhǎng)速度非常慢；第三階段：隨著樹脂基體的變形達(dá)到極限，剪應(yīng)力重新分配，剪切變形主要發(fā)生在纖維.不同F(xiàn)RP筋對(duì)應(yīng)的3個(gè)階段長(zhǎng)度有些差異，可以發(fā)現(xiàn)BFRP筋的第一階段的變形量約為總變形的1/4，而GFRP筋約為1/3；BFRP筋的第二階段的變形量約為總變形的1/5，而GFRP筋約為1/3；GFRP筋的第三階段荷載增加速度明顯加快，且最終呈脆性破壞.

對(duì)于BFRP筋和GFRP筋而言，當(dāng)處理溫度高于300℃時(shí)，其剪切荷載-位移曲線會(huì)由于樹脂基的劣化和界面的損傷發(fā)生較大變化，曲線的第一階段特征消失，而第二階段拉長(zhǎng).

依據(jù)ACI 440.3R-2012計(jì)算了不同處理溫度后的2種FRP筋的剪切性能參數(shù)，其中未經(jīng)過(guò)處理的BFRP筋和GFRP筋的剪切強(qiáng)度分別為169.1 MPa和247.7 MPa，最大剪切變形分別為2.37 mm（0.53 d）和2.67 mm（0.67 d）.將不同處理溫度后BFRP筋和GFRP筋剪切性能參數(shù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行歸一化比較，如圖10所示.可以發(fā)現(xiàn)隨著處理溫度的升高，BFRP筋和GFRP筋的剪切強(qiáng)度均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)100℃，200℃和300℃處理后的BFRP筋剪切強(qiáng)度分別提高了11.17%、12.65%和12.00%，而經(jīng)過(guò)400℃和500℃處理后的BFRP筋剪切強(qiáng)度比常溫條件下分別下降了45.89%和65.46%.對(duì)于GFRP筋而言，當(dāng)溫度為200℃時(shí)，其剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，且經(jīng)過(guò)400℃和500℃處理后其剪切強(qiáng)度比常溫條件下分別下降了41.71%和76.42%.這是由于當(dāng)溫度低于300℃時(shí)，樹脂從固態(tài)到玻璃態(tài)，再?gòu)牟ＡB(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程增加了FRP筋的硬度，從而使FRP筋的剪切強(qiáng)度提高.而FRP筋在400℃以上的高溫環(huán)境中樹脂會(huì)發(fā)生分解，筋體喪失結(jié)構(gòu)完整性，導(dǎo)致玄武巖纖維單獨(dú)抵抗剪應(yīng)力，因而FRP筋的剪切強(qiáng)度大幅度下降.

BFRP筋和GFRP筋的最大剪切變形均隨著處理溫度的升高呈先升后降的趨勢(shì)，并在400℃時(shí)達(dá)到最大值.這是因?yàn)殡S著溫度的升高，改性和分解的樹脂增多，經(jīng)過(guò)冷卻處理后，復(fù)合材料的致密性受到影響，內(nèi)部纖維間的空隙增多，從圖9（a）可觀察到隨著處理溫度的升高，剪切荷載-位移曲線的第二階段有所拉長(zhǎng)，最終導(dǎo)致最大剪切變形增大.

2.5熱性能分析

BFRP筋和GFRP筋的熱失重（TG）曲線及其微商熱重（DTG）曲線如圖11所示. TG曲線給出了質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度的關(guān)系，能夠表征BFRP筋在氮?dú)鈿夥罩械臒岱纸獬潭?，DTG曲線表征BFRP筋失重速率的快慢.

FRP筋的熱分解主要分為2個(gè)階段：Ⅰ）環(huán)氧樹脂快速熱分解階段；Ⅱ）殘?zhí)季徛纸怆A段[23].在氮?dú)鈿夥罩?，BFRP筋的熱分解第一階段發(fā)生在266.2～ 418.1℃內(nèi)，失重率為10.13 %，占總失重率（14.41%）的70.30%；GFRP筋的熱分解第一階段的起始溫度低于BFRP筋的起始溫度，發(fā)生在232.8～390.5℃內(nèi)，失重率為12.84%，占總失重率（20.48%）的62.60%.在第一階段溫度區(qū)間內(nèi)，樹脂的含量迅速減小.這解釋了300～400℃后BFRP筋和GFRP筋的拉伸和剪切強(qiáng)度快速降低，且GFRP筋第一階段較低起始溫度與其抗剪強(qiáng)度的降低趨勢(shì)相一致.

利用Coats-Redfern積分法對(duì)BFRP筋的熱分解動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算[24].表2為不同反應(yīng)級(jí)數(shù)下BFRP筋和GFRP筋的熱分解動(dòng)力學(xué)擬合結(jié)果及參數(shù).可以發(fā)現(xiàn)，在10℃/min的升溫速率下，BFRP筋和GFRP筋在氮?dú)猸h(huán)境下第一階段的熱分解過(guò)程在反應(yīng)級(jí)數(shù)n = 1時(shí)擬合程度最高，說(shuō)明該階段為一級(jí)反應(yīng)模式，其中BFRP筋的活化能為89.35 kJ/mol，而GFRP筋的活化能為68.21 kJ/mol，低于BFRP筋的活化能，說(shuō)明GFRP筋更容易發(fā)生熱分解反應(yīng).

當(dāng)處理溫度低于100℃時(shí)，待FRP筋冷卻至常溫后，樹脂會(huì)重新從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，F(xiàn)RP表面硬度會(huì)略有增加，纖維與樹脂仍保持良好的完整性.而當(dāng)溫度為100～300℃時(shí)，雖然樹脂未發(fā)生分解，纖維和樹脂之間的界面性能會(huì)有所降低，這是由于纖維和樹脂之間熱膨脹系數(shù)等熱工性能差異導(dǎo)致，同時(shí)FRP筋的力學(xué)性能會(huì)下降，但影響較小.而當(dāng)處理溫度高于300℃時(shí)，樹脂發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的熱分解，F(xiàn)RP筋的力學(xué)性能損失顯著，并且處理溫度越高，力學(xué)性能損失越大.

3結(jié)論

1）高溫環(huán)境（350℃）會(huì)導(dǎo)致玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（BFRP）筋和玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP）筋表面和內(nèi)部的顏色和形貌發(fā)生明顯變化；隨著溫度的升高，BFRP筋的拉伸強(qiáng)度降低，極限應(yīng)變和韌性均先略微上升后下降，而彈性模量變化不明顯.經(jīng)過(guò)350℃處理后的BFRP筋和GFRP筋的拉伸強(qiáng)度分別降低了46.49%和29.91%.

2）Weibull模型能很好地描述BFRP筋和GFRP筋的拉伸強(qiáng)度隨處理溫度的變化規(guī)律，當(dāng)處理溫度低于350℃時(shí)，隨著處理溫度的升高，BFRP筋的拉伸強(qiáng)度降低，離散性增大，而GFRP筋的拉伸強(qiáng)度先升高后降低，離散性同樣增大.與GFRP筋相比，BFRP筋的高溫后拉伸性能較差.

3）FRP筋的剪切強(qiáng)度和最大剪切變形隨著處理溫度的升高呈先增大后減小的趨勢(shì). 500℃處理后的BFRP筋和GFRP筋的剪切強(qiáng)度分別下降了65.46%和76.42%.與GFRP筋相比，BFRP筋的高溫后剪切性能較好.

4）FRP筋的熱分解過(guò)程存在2個(gè)階段，且反應(yīng)模式不同，第一階段為環(huán)氧樹脂快速熱分解，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)碳質(zhì)殘余物和一部分氣體，第二階段為碳質(zhì)殘余物緩慢分解. GFRP筋的熱分解活化能低于BFRP筋的活化能，更容易發(fā)生熱分解反應(yīng).

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