DOI:10.19701/jzjg.2012.07.025 第42卷第7期 建筑结构 Vol. 42 No. 7 2012年7月 Building Structure Jul. 2012 预制夹芯保温墙体FRP连接件抗剪性能 加速老化试验研究” 薛伟辰，付凯，李向民 （1同济大学建筑工程系上海200092;2上海建科院上海市工程结构新技术重点实验室上海200032） [摘要]为实现预制夹芯保温墙体主体结构与围护结构同寿命有必要开展混凝土环境下预制夹芯保温墙体纤维 增强塑料（FRP)连接件的力学性能（主要是层间剪切性能）的加速老化试验研究.
基于ACI440.3R-04规定的试 验方法将30根预制夹芯保温墙体FRP连接件浸入60℃的模拟混凝土溶滚中进行加速老化试验，侵蚀时间分别为 3.65 18 36.592183d 主要分析了侵蚀时间对FRP连接件层间剪切强度的影响.
研究表明在60℃模拟混凝土 溶液环境下FRP连接件的层间剪切强度早期退化较快，侵蚀36.5d后退化速率逐渐变缓：侵蚀36.5d和183d后， FRP连接件的层间剪切强度分别下降了17.22%和26.89%.
扫描电子显微镜（SEM）的观测表明侵蚀后FRP连 接件劣化区域内的纤维与周围树脂之间出现了明显的脱粘现象，而且随着侵蚀时间的增加这种脱粘现象更加明 [关键词]预制夹芯保温墙体：FRP连接件：模拟混凝土环境：抗剪性能 Accelerated aging tests for evaluation of shear behavior of FRP connectors in precast sandwich insulation wall panels Xue Weichen’ Fu Kai? Li Xiangmin² ( 1 Department of Building Engineering Tongji University Shanghzi 200092 China; 2 Shanghai Key Laboratory af New Technology Research on Enginering Structure SRIBS Shanghai 200032 China) Abstraet: In order to make the main structure of the precast sandwich insulation wall panel to have the same life with ilding eelpe it is ecary to dt the acleratd aging tets fr ealti of manical ppety ( maily it interlaminar shear strength) far FRP netors under simulated cocrete enviroment. According to the ACI 440. 3R-04 the test cosisting of 30 FRP conetors in 60°C of simulated cocrele envimment fer 3. 65 18 36. 5 92 183d was conducted to eraluate the interlaminar shear strength of FRP connectors under simulated concrete environment. The results sh that with the aging time the intelaminar shear strength f FRP coects deaed signifcantly bfoee 36. 5d Afer being expoed to simulated conerete evirment fr 36. 5 183d intrlamnar shear strength degradatio of FRP conmeclors were 17. 22% and 26. 89% respeetively. The micro-formation of tbe FRP netors* surface was surveyed under scanning eleetron micrescopy ( SEM) and it indicates that the bonds betveen fiber and resin of FRP conneetors in the carrsion region becme loose and with the sin time increased the interfacial deboding between fiber and resin of FRP connetors bees more significant. Keywords: pecast sandvich insslation wall panel; FRP conector simulated concrete environment; shear behavior 0引言 验法三种后两种试验方法所需周期较长且受到试 预制夹芯保温墙体是工业化住宅围护结构的主 验场地等其他因素限制，故常采用加速老化试验方 要形式之一.
已有研究表明预制夹芯保温墙体纤法考察FRP材料在模拟混凝土环境下的耐久性能.
维增强塑料（FRP)连接件具有良好的抗拔性能与抗加速老化试验方法主要是通过提高溶液温度实现 剪性能.
由于FRP连接件埋置在混凝土中，混凝土的.
ACI440.3R-404规定采用环境温度为60℃的 环境属于强碱环境pH值可达12.0-13.5.因此，（ Ca（OH)，NaOH和KOH的混合溶液来实现模拟混 为实现预制夹芯保温墙体主体结构与围护结构同寿 凝土环境下FRP材料耐久性的加速老化.
侵蚀时 命，有必要开展混凝土环境下预制夹芯保温墙体 间分别为3.651836.592，183d，分别对应自然环 FRP连接件的力学性能（主要是层间剪切性能）的 境下15 102550年1 加速老化试验研究.
FRP材料耐久性试验方法主要有加速老化 国家白然科学基金项目（50978193）.上海市科学技术蚕员会科研 试验法、自然暴露试验法和试验室模拟自然环境试 计划项目（10da120220010-d0583700) 作者篇介：薛伟展教授博士生导师Emal: x tongji edu. cn
第42卷第7期薛伟辰等预制夹芯保温墙体FRP连接件抗剪性能加速老化试验研究 107 目前，国内外已开展了混凝土环境下FRP材料 拉伸性能的研究而有关FRP材料层间剪切性能的 研究还几乎是空白-文[5]研究表明，GFRP筋在 60°℃碱溶液侵蚀6个月后，GFRP筋拉伸强度降低 了56%；文[6]研究表明GFRP筋在浓度为30%的 23℃碱溶液侵蚀224d后，其抗拉强度降低了约 12%；文[7]将GFRP筋浸泡在60℃C碱溶液中8周 后拉伸强度下降了24.77%.
图1液压式万能材料 图2扫描电子星微镜 鉴于此，本文基于ACI440.3R-04中规定的试 境下侵蚀前后的表面变化情况、参照《纤维增强塑 验方法对预制夹芯保温墙体FRP连接件的耐久性 料性能试验方法总则）（GB/T1446-2005）中关于 能进行了较为系统的研究，主要研究了FRP连接件 外观检测方面的要求，对每个试件目测其表面裂纹、 在模拟混凝土环境下层间剪切强度的退化规律，并 光泽度、表面鼓包、透明度等现象.
采用电子扫描显微镜（SEM）对腐蚀前后FRP连接 件的微观形貌进行了观测- 1试验设计 1.1试件参数 试验所用的FRP连接件纤维类型为无碱玻璃 纤维（E-glass），基体材料为乙烯基树脂（vinyl ester）.
试验在自制的恒温溶液箱中进行溶液温度 (2）侵性 (b) 伊性 3.65d 控制在（60±1）°℃，侵蚀时间分别为3.65，1836.5， 92183d，试件数量共计30根试件参数见表1.
试件参数 表1 性时间/d03.651836. 592 183 试件致量/根 55555 (c)侵性 18d (d)使域 36.5d 1.2试验方法 侵蚀溶液的配比参照ACI440.3R-04有关规 定采用Ca（OH）：KOH和NaOH的混合溶液来模 拟真实混凝土环境pH值在12.6-13.0之间溶液 具体配置见表2. 模拟混凝土溶液配置 表2 (e) 使性 92d (f）硬烛183d 1升水所含溶质克数/g 图3侵蚀前后FRP连接件表面形态 溶液类型 Ca( OH) ; KOH NsOH 模拟湿凝土溶液 118. 5 4. 2 0.9 由图3可见，侵蚀前的FRP连接件表面比较平 滑随着侵蚀时间的增加，试件表面开始有树脂溶解 采用三点弯曲式短梁法测试FRP连接件的层 出现表面的树脂分布从均匀变为不均匀，经过了 间剪切强度，试验在上海试验机厂生产的液压式万 36.5d的模拟混凝土溶液侵蚀，FRP连接件表面出 能材料试验机上进行.加载时间持续2-4min，如 现明显鼓包现象，试件表面的光泽度有一定程度的 图1所示 下降试件从开始时微透明的白色腐蚀后逐渐变为 本试验采用PHILIPS公司生产的XL-30型扫描 不透明的乳白色， 电子显微镜（SEM）对侵蚀前后FRP连接件内部形 2. 1. 2 SEM 貌进行观察如图2所示.
采用SEM对FRP连接件侵蚀前后的内部组织 2试验结果及分析 结构变化情况进行观测.图4给出了FRP连接件 2.1形貌观察 在模拟混凝土环境下侵蚀前后的截面侵蚀状况.
2.1.1表面侵蚀 由图4可知：1）侵蚀前，FRP连接件内部结构 图3给出了FRP连接件在60℃C模拟混凝土环 比较数密纤维比较饱满，纤维和树脂结合也较紧
108 建筑结构 2012年 用 （）侵蚀 (b)使域 3.65d 000130200 斑间 rd 图5层间剪切强度 图6层间剪切强度 试验破坏形态 随时间变化规律 层间剪切强度随侵蚀时间的增加而不断下降，这主 (c)包域 18d (d) 包 36.5d 要是由于随着侵蚀时间的增加，FRP连接件在模拟 混凝土溶液中的侵蚀持续深入，导致其层间剪切强 度的不断下降- 正常使用状态下FRP连接件的抗剪强度实测 值是其设计值的9倍以上.
因此，在环境温度为 60℃的模拟混凝土溶液中侵蚀183d后其抗剪性能 (c)侵蚀 93d (f)健地183d 安全系数仍在8.0以上.可见FRP连接件在混凝 图4侵蚀前后FRP连接件截面侵蚀状况 土环境下的抗剪性能具有较高的安全储备.
3结论 密.2）随着侵蚀时间的增加，FRP连接件纤维和周 （1）随着侵蚀时间的增加，FRP连接件表面出 边树脂间的界面形态也不一致纤维和树脂之间的 现鼓包现象，试件表面的光泽度有一定程度的下降， 界面变得越来越松散.
在60℃模拟混凝土环境中 试件从开始时微透明的白色，腐蚀后逐渐变为不透 侵蚀18d后纤维和树脂之间的界面仍比较紧密没 明的乳白色 有十分明显的脱粘趋势；侵蚀36.5d后FRP连接件 （2）通过SEM对FRP连接件侵蚀前后的内部 的纤维和树脂间界面开始出现脱粘趋势：侵蚀92d 组织结构变化情况观测表明随着侵蚀时间的增加， 后FRP连接件在劣化区域内的纤维和树脂间界面 FRP连接件纤维和周边树脂间的界面形态也不一 侵蚀较为严重出现了明显的脱粘现象- 致纤维和树脂之间的界面变得越来越松散- 2.2层间剪切强度 （3）60°℃模拟混凝土环境下，分别侵蚀3.65， FRP连接件的层间剪切强度可表征其内部纤维 1836.592183d后，FRP连接件的层间剪切强度 与树脂之间的界面性能，采用三点弯曲式短梁法测 分别下降了 10.11% 16.14% 17.22%20.80%和 试FRP连接件的层间剪切强度随着荷载的增加， 26. 89% FRP连接件在荷载方向的变形越来越大，当达到极 （4）在环境温度为60℃的模拟混凝土溶液中 限荷载时会伴随着较大的声响，试件出现分层现象 侵蚀183d后，其抗剪性能的安全系数仍在8.0以 并迅速失去承载力而突然破坏（图5）.
上由此可见FRP连接件在混凝土环境下的抗剪 图6给出了60℃模拟混凝土环境下FRP连接 性能具有较高的安全储备 件层间剪切强度随时间的变化规律.
由图可知： 参考文献 （1）在60℃模拟混凝土溶液环境下随着侵蚀 时间的增加FRP连接件的层间剪切强度早期退化 [1] BANK L C GENTRY. Accelerated test methods to 较快侵蚀36.5d后，退化速率逐渐变缓.
determine the long-term behavior af FRP posite （2）在环境温度为60℃的模拟混凝土溶液中 struetures: environmental effeets [ J ]. Joumal of Reinforced Plastic and Composites 1995 14 ( 6) : 558 分别侵蚀3.651836.592183d后FRP连接件的 587. 层间剪切强度分别下降了10.11%，16.14%， [2] ACI 440. 3R-04 Guide test methods far fiber reinforced 17.22%20.80%和26.89%.
这表明FRP连接件 （下转第118页）
118 建筑结构 2012年 必要作出调整在岩溶较发育时该条款很难满足.
力值得在工程中实践.
由于嵌岩桩施工中困滩较多，可在未来的浅理 （8）如桩底地质条件复杂，嵌岩桩应加深嵌岩 岩溶处理中实践这样的设想：借鉴载体桩的施工工 深度降低桩底受力、对此建议降低《建筑地基基 艺用大能量的柱形夯锤对不均匀的岩溶进行强夯， 轰场溶洞、加固地基，这很有可能是解决浅埋岩溶 关对桩端以下岩体的要求.
地基的较有效的方法.
（9）回避地质的复杂性，桩基检测避免采用桩 5建议 底抽芯宜采用锚桩或锚索对嵌岩桩做静载检验.
（1）在较复杂的岩溶地区选择基础类型，可先 （10）有必要从概率论的角度来研究承台下桩 考虑有无办法避开复杂的地质环境，其次考虑能否 数对安全度的影响，这对于桩筏等群桩有很大的经 分散载荷到溶岩上最后才是考虑如何处理岩溶.
济意义 （2）当上覆土层足够深，或有黏土等某种可利 参考文献 用潜力的土层时根据承载力要求，可作如下选择： [1]郑伟国，谢毓才，蒜绪标，岩溶地区桩基选型浅谈[J]. 如上部结构承载要求不大时，可以考虑采用浅基础； 岩土工程学报 2011 33( S2) :404-407. 天然基础不能满足时，考虑地基处理，如强夯、复合 [2]张明义.静力压入桩的研究与应用[M].北京：中国建 地基等：多层建筑可采用夯扩桩和深层搅拌法复合 材工业出版社2004. 地基，也可以采用预制桩：高层建筑可采用CFG桩 [3]薛绪标郑伟国周力红等-深圳龙岗盛龙花园二期桩 或预应力管桩等，或形成桩筏.
对于上覆土层存在 基设计 [J].建筑结构 2011 41(S1) : 1261-1264. 土洞等不稳定地质现象时，可考虑强夯或砂桩等处 [4]周秋蒸，曾毅学.载体桩在岩溶地区某工程中的应用 [J].建筑结构 2011 41( 3) :98-99. 理来消除地质危害加强地基性能- [5]邓蒸汤小军.PHC管桩作桩身的复合载体桩的应用 （3）如基岩埋藏较浅或上覆土层无法提供有效 [J].建筑结构2009 39( 10] :147-150. 的桩侧阻力只能按端承桩设计桩基时就应该考虑 ]] 分散上部结构的荷载减小溶泪场陷的风险，采取低 国建筑工业出版社，2002. 承载力的群桩加局部或整体筏板的做法-同样，采 [7]JCJ94-2008建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑 用预制桩时也要通过试桩来取得在合适废桩率下的 工业出版社 2008. 合适的沉桩力，以确定单桩承载力.可以尝试采用 薄壁预应力管桩桩中孔全长灌注混凝土有可能取 （上接第108页） 得更理想的经济效果- polymers ( FRPs) for reinforcing or strengthening concrete （4）岩溶地区地下水一般较丰富，采用灌注桩 structures [S]. American Conerete Institute 2004. [3] VALTER DEJKE. Durability of FRP reinforeement in 较难保证桩身质量，应优先考虑采用预应力管桩或 concrete: literature review and experiments [D] . Goteborg: 预制桩管桩的抗折能力优于一般的预制桩.
Chalmers Univesity of Technology 2001. （5）岩溶地质复杂、岩面起伏极大，且溶洞内多 [4] PORTER M L. BARNES B A. Acedeaed aging 有填充物尚无可靠办法探明地下岩溶的分布以规 degradation of glass Giber posites [ C ]//Fiber 避桩底存在溶洞的风险应慎用一柱一桩- Composites in Infrastructure: Proceding of the Second （6）选择能发挥桩侧阻力的桩型，提高桩土共 Intermaticmal Conference on Fiber Composites in 同作用的能力或者考虑如何消除桩端持力的复杂 Infrastructure Tucson 1998: 446-459. [5] MUKHERIEE A ARWIKAR S J. Performance of glass 性提高桩端承载力、有必要实践竹节桩、挤扩多支 fiber-reinforced polymer reinforcing bars on tropical 盘桩、载体桩等在岩溶地区的应用，特别是可借鉴 envirosments-pan Il: Micmo struetural tests [J ]. ACI 载体桩的施工工艺用大能量的柱形夯锤对不均匀的 Structure Jourmal 2005 102( 6) : 16-22. 岩溶进行强夯.
可考虑复合多个桩型的施工工艺， [6] BANK L C GENTRY. Aecelerated aging of pultruded 如预应力管桩、载体桩和冲孔桩来寻求一种适合岩 glass/vinyl ester rods [ C ]//Fiber Compesites in 溶地质条件的桩型.
Infrastructure: Proeeedings af the Second Intermational （7）应研究桩侧阻力的形成机理，理清桩表面 Conferene on Fiber Composites in Infrastrueture Tucson 粗糙度、桩周土的性质、成桩方式和土层深度对桩侧 1998: 423-437. [7]张新越欧进萍.FRP筋酸碱盐介质腐蚀与冻融耐久性 阻力的影响.
通过滚砂或刻痕等做法在管桩的生产 试验研究[J].武汉理工大学学报2007 29（1）：33- 过程中让桩表面粗糙，能否较大幅度地提高桩侧阻 46.
