通过拉伸的形式，对力学性能进行匹配，明确混杂纤维复合材料性能

文|星揽史说

编辑|星揽史说

制备玻璃纤维GFRP-钢筋复合材料方面，如果想要达成力学性能需求则需进行拉伸试验操作，此类试验操作可以明确复合材料的破坏机制。

也可以预估复合材料临界体积比模型，并且还可有效分析GFRP-钢筋复合材料的具体功能，以此推导出复合材料质量和体积的换算公式。

在相关研究结束后发现，预估模型计算所得出的临界体积与拉伸实验中所得出的数据应力应变曲线结果较为相符。

并且可以得出玻璃纤维与钢筋的临界体积比例可以达到1：2的状态，此时相关模型可以为后续试验提供数据和理论支持。

纤维复合材料与单个玻璃材料或者碳纤维材料之间存在一定差异性，尤其容易出现偏离正效应现象，此时在各类纤维混合后更容易改变强度、弹性、力学性能，最终形成单个纤维力学现象。

此时针对各种纤维混合比例方面需要明确力学性能的影响力度，基于此各类纤维复合材料在力学模量方面需要使用估算公式以此对各类力学模量做出修正。

后续在对碳纤维研究过程中需要重视纵向拉压性能。因此在材料拉压破坏模式产生一定变化后，需要通过拉伸的形式对力学性能进行层间合理匹配，以此明确混杂纤维复合材料的性能特点，才可有效对其做出下一步研究。

GFRP-钢筋复合材料概述

GFRP-钢筋复合材料是一种玻璃纤维筋，也是一种复合材料，纤维增强复合材料的组成部分为高性能纤维与合成树脂基体的组成，其中还应用了固化剂。

并且高性能纤维本身也是一种增强材料，因此具备良好的纤维抗拉强度，也是纤维复合材料提供主要强度的载体，其自身具备良好的荷载能力。

此类纤维材料主要分为以下几个类别：碳纤维、芳纶纤维、玄武纤维、玻璃纤维等。其中基体材料的主要目的是更好地进行黏结，以此发挥出剪力作用确保物理性质可以对纤维材料的强度作出影响。

一般情况下，玻璃纤维材料均为螺纹状，螺纹杆体表面较为均匀，无任何气泡和裂纹的出现，螺纹螺距较为整齐，不会出现各类损伤现象。在密度方面整体范围可以控制在1.9g/cm3～2.2g/cm3之间。

GFRP-钢筋复合材料的制备

GFRP-钢筋复合材料具有质量轻、强度高、成本低的优势，但是此类复合材料的吸水率较高，并且尺寸稳定性较差。

其中GFRP-钢筋复合材料在制备过程中很容易受到服役条件的影响，尤其针对湿热环境的影响。基于此，为了优化GFRP-钢筋复合材料的吸水率和尺寸稳定性问题。

需要结合此类材料自身的可设计性，明确尺寸和孔格壁厚、高度等做出合理控制，尤其针对夹层结构方面，尽可能满足承载能力，达到传递层荷载的优化，提高整体弯曲刚度。

GFRP-钢筋复合材料在试验过程中容易出现变形失效的现象，此时也需构建性能预测方法，以此有效对力学性能做出研究后，从而为后续复合材料的设计提供引导，基于此在后续研究中还需开展平面压缩和拉伸剪切性能的研究。

在本文研究工作中，GFRP-钢筋复合材料生产过程中密度选择范围较广，所以研究工作需要选择不同密度的材料进行研究，以此明确承载性能。

此时结合相关规范要求可以选择使用含碱量较少的玻璃纤维进行应用，在玻璃纤维选择过程中主要选择无捻粗纱，同时环氧树脂选择方面需要明确基体，并且后期针对固化剂选择方面也需对其做出有效选择。

其次，针对基体和固化剂的选择，本次试验研究中环氧树脂主要选择蓝星化工厂家，环氧树脂固化剂同样选择了蓝星化工，在配比方面按照4：1的比例进行配置。

为了满足制备的需要，还需在GFRP-钢筋复合材料的制备过程中选择使用热压工艺进行应用，在应用过程中玻璃纤维需要明确纤维纱经过设备进入树脂进行操作。

此时在树脂浸润后需要利用预成型模具进行应用，因此还可以去除各类多余的树脂。除此之外，在玻璃纤维方面径向需要保证均匀分布。

因此需要使用预成型模具，此时钢筋在中心位置方面的安排，需要保证玻璃纤维可以均匀分布在钢筋的周围。

后续在玻璃纤维钢筋进入后需要开展缠绕工序，缠绕工序应该选择使用缠绕机头设备进行使用，在进入到烘箱高温后可以达成固化操作，此时固化操作在完成后，可以直接进入螺纹缠绕工序。

此环节可以有效去除粗糙的缠绕线，并且还可漏出较为明显的螺纹，后续通过牵引机的支持，将玻璃纤维钢筋牵引进切割工序，最后才可以对材料进行装卸。

为了减少GFRP-钢筋复合材料在受力时出现两端应力过猛的情况，此时更容易造成钢筋早损的情况，以此破坏内部构件。

因此在GFRP-钢筋复合材料生产过程中需要明确两端，此时也需在两端安装无缝钢管，以此保证工作的顺利进行。

此过程也需选择合适的钢管，并且钢管的长度也需控制在300~400mm之间，钢管内径玻璃钢筋的材料最大应该控制在2~4mm之间，不能超过上述范围。

对于钢管内壁如果没超过20~30mm，则需加深螺纹，此时螺纹应该增加1~2mm范围，并且还需将其与玻璃纤维进行黏结。

在玻璃纤维钢筋的直径范围小于25mm，才可选择使用壁厚大于5mm的钢管。随着玻璃纤维钢筋的直径应该不断增加，此时在钢管壁厚方面也需将其控制在7~10mm，以此减少防止夹断的概率。

具体操作的步骤如下所述：首先选择较为合适的车进行内螺纹钢管的操作，一段选择使用透明胶带进行密度操作。

其次针对配置环氧树脂方面需要对比例做出有效控制，此时将比例控制在4：1的状态下，搅拌均匀即可；再次将搅拌均匀的树脂导入钢管之中，后续插入玻璃钢筋。

此时中空杆需要提前进行内孔预留，以此满足树脂胶和混凝土砂浆的填筑，后续将其放入墙角进行静置，静置时间需要控制在两个小时，或者选择使用热风机辅助加热操作。

玻璃钢筋材料属于一种环氧树脂，在固化后，需要不断重复上述步骤，锚固玻璃纤维钢筋可以将其安排在另一端，此时稳固化的时间需要达到12个小时左右。

通过不断试验，可以减少等待的时间，还可以明确加热流程，以此提高树脂固化效率，最终有效制作相应复合材料。

将GFRP-钢筋复合材料制作成为试验构件，此时试验构件夹心钢筋为玻璃纤维钢筋，需要使用套管锚固的方式进行对其进行固定，以此进行拉伸试验。

套管的制作选择使用无缝钢管对其进行制作，两端的锚固长度应该控制在200mm，此时钢管的内径应该控制在4mm左右，壁厚应该控制在3mm左右，钢管和纤维之间选择采用固化剂进行黏结。

在本次试验中体积比方面做出了合理划分，此时划分操作应该明确钢筋的质量，在明确GFRP-钢筋复合材料的质量，后续通过体积换算公式对体积作出换算。

在拉伸试验过程中，需要选择使用电子万能设备进行拉伸试验，此类试验在处理过程中需要按照步骤和规范要求进行试验。

针对试验操作构件方面需要先进行五分钟移控预加载操作，在屈服强度达到20-30％之间时，停止预加载工作，此时卸载荷载达到0时，可以正式进行加载操作，以此记录破坏荷载的情况。

还可观察应力应变曲线的变化，寻找相应的规律，从而记录抗拉强度和弹性模量等相关指标。在本次试验过程中需要规避拉断现象的试验操作。钢筋复合材料体积。

对于吸水性试验方面需要明确恒温恒湿，此类试验应该在试验箱中进行，在试验过程中需要保证表面无明显的缺陷和裂纹情况，针对试验条件方面需要保证温度控制。

此时需要获取试验材料将其进行烘干处理，在烘干处理后明确初始质量，随后对试验条件进行明确，以此完善恒温恒湿状态，此时每间隔一个小时进行吸水质量分析。

在试验方面可以选择多种不同厚度和密度的材料进行实验分析。在吸水率方面也需在初始质量方面明确后才可分析具体的吸水质量明确总体质量。

此过程针对同一个厚度的试验品需要明确四个小时的吸水情况，在相关研究后，可以看出吸水数据会随着时间的变化而发生变化，并且数据在离散性方面整体数值较小。

此时针对一个小时后的吸水率作出分析，可以看出整体并未呈现出增长的现象，因此可以看出在一个小时后材料处于最为饱和的状态。

在尺寸稳定性参照标准方面需要按照恒湿恒温箱的具体情况进行稳定性设置操作，此时将尺寸控制在100mm×100mm范围内，试样的表面不能出现明显缺陷或者裂纹情况，并且实验条件应该在70℃\95％。

此时也需选择游标卡尺进行测量，在测量的过程中需要对其做出烘干操作，烘干时试样应该保持L向或者W向，随后将试样放入恒温恒湿的试验箱中，在试样取出后测量工作需要对两个方向的尺寸进行测量。

整体试验厚度需要明确差异性，密度保持一致。针对不同厚度尺寸的变化可以看出，L向尺寸存在伸长情况，L向尺寸存在收缩的情况。

此时纤维在压制后，吸水膨胀容易造成孔隙过大的情况，此时纤维在恢复初始状态后，上述变化仍然存在。

基于此，针对不同的厚度变化，L向尺寸伸长率一般会被控制在10-30％左右，W向尺寸收缩率需要控制在35-50％，因此在尺寸方面整体变化较为明显。

此时针对同一厚度的样品进行分析可以看出，尺寸变化的稳定性较为良好，但是在不同后续的样品中尺寸变化的差异性较大。

结语

针对理论推导方面GFRP-钢筋复合材料临界体积可以形成预估模型，在此模型支持下，可以对玻璃纤维和钢筋的临界体积进行比对。

以此明确应力应变曲线的相关数据变化情况，但是在分析过程中发现应力应变曲线中复合材料数据相一致。

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