碳纤维复合材料同时受到冷热循环和持续载荷表现的机械行为。
作者 b. erdil u. akyuz i. o. yaman
摘要。这项研究的目的是，以目前的碳纤维增强聚合物（cfrp）钢筋强度低，圆柱和棱镜的混凝土试件在两个加热冷却循环和持续加载的力学行为。 加热冷却循环范围从-10到50 ° c和应用的持续的负荷水平是混凝土的极限强度的40％。
200加热冷却周期和/或持续的负载测试后，标本测试，以确定单轴压缩下的力学行为。 实验测试的结果表明，单靠加热冷却循环碳纤维复合材料，包裹标本的力学性能影响不大。 然而，由于持续的负荷和加热冷却循环的同时暴露的主要区别在于上的应力 - 应变曲线的形状，其中双线性反应变得清晰。
另一个不同是极限应变，其中跌幅分别为29和15％为圆柱形，棱柱标本。
关键词碳纤维环境恶化机械性能强度
1 简介。碳纤维增强聚合物（cfrp）优越的机械性能，如高强度和高弹性模量，重量轻加强使用传统材料相比和/或改造应用。除了这些优越的特点，加上其劳动效益和更好的耐久性能，使用碳纤维复合材料收益的普及，在许多民间的工程应用如**的钢筋混凝土建筑物，加强桥墩等[1，2]。
有各种研究实验调查圆柱的实力和应变能力矩形混凝土柱和各种包裹着几层碳纤维复合材料的强度等级。在这些研究中，人们发现，使用碳纤维复合材料包装增加了强度混凝土柱根据碳纤维复合材料的数量层应用混凝土标号，碳纤维复合材料的类型和属性。
钢筋混凝土结构往往受到各种暴露的环境造成的各种恶化。当玻璃钢恶化钢筋混凝土构件检查环境影响，一些研究显示，玻璃钢包裹的混凝土构件，可以表现出减少在实力和应变能力。其中，toutanji等人。
[12，13]测试碳纤维复合材料和玻璃纤维增强复合材料（玻璃钢）下的密闭标本干湿和冻融条件，以及他们的报告干湿接触的影响较小，对碳纤维复合材料包裹标本，但在实力更为显着减少对玻璃钢包裹的标本。另一方面，他们观察下一个实力显著恶化碳纤维复合材料和玻璃钢冻融条件包裹标本。 kshirsagar等人。
[14]测试28平原和54玻璃钢包裹混凝土圆柱根据环境标本（102毫米204毫米）老龄化和报道，在禁闭减少也减少了最终的实力。 karbhari等。 [15，16]测试标准尺寸的圆柱形混凝土试件冻融条件下（152.
49304.8）。他们观察到的抗压强度略有减少。
萨恩斯和pantelides[17]测试只限于碳纤维复合材料和玻璃钢下几个圆柱形混凝土试件环境暴露和报道在减少实力和应变能力。
除了环境暴露，最也持续载荷下混凝土柱粘弹性蠕变行为。蠕变行为具体是受几个因素，如，混凝土，湿度和温度的年龄，水平持续加载，等[18]。纳吉布和mirmiran[19]研究“混凝土填充玻璃钢的蠕变行为管“和”frp约束混凝土“。
他们观察在强度和刚度相差不大。theriault等人。 [20]静态，短期和碳纤维复合材料，包裹着圆柱形的长期蠕变试验混凝土柱和报道，甚至持续负荷水平等于极限强度潜水混凝土，被发现有效地限制了裂纹扩展。
在上述研究中，研究人员处理冻融环境暴露并持续加载分开。然而，最结构的综合影响下温度，负载和湿度。因此，从下结合行为提出的问题效果应该回答。
要回答这个问题港等。 [21]测试了玻璃钢和碳纤维复合材料局限于圆柱形混凝土试件冻融下和/或持续加载，他们报的平均同时根据持续负荷强度降低3％冻融**。 green等。
执行[22]类似的测试报告在减少2％强度的碳纤维包裹的标本和9％在强度降低玻璃钢包裹的标本当标本受到两个冻融和持续负载所有的实验，包括冻融和/或持续载荷对混凝土20兆帕以上的等级。然而，钢筋混凝土正在改造的结构可能有具体的等级比，[23]和那些低得多结构以及包括矩形柱。因此，本研究旨在评估长期影响（持续的负荷和加热冷却循环）onmechanical非常低（10兆帕），低（20兆帕）的属性强度圆柱形和方形截面棱柱限于碳纤维复合材料层的混凝土试件。
一个钢筋混凝土构件的行为由几个因素，如金额影响和加固的物业，物业混凝土和几何性质会员[18]。所有这些因素都应该被视为作为一个单独的参数时的钢筋混凝土构件进行测试。在这项研究中，为了尽量减少参数的数量和了解玻璃钢和之间的相互作用混凝土，混凝土强度和混凝土截面选择类型作为参数。
2 材料。2.1 材料特性。
在本实验研究中，300毫米高的混凝土气缸和方形棱镜有一个直径150毫米截面尺寸。为配合比设计中使用无空气夹带冻融混凝土试件的电阻没有被确定。标本从术后第2天的模具和5天的固化应用在室温下。
在固化期间包装用湿混凝土保持湿润麻布。混凝土的强度为10 mpa，代表很低和20 mpa代表低的混凝土级，旨在进行测试。在开始长期测试28天混凝土强度被发现11.
1和20.8兆帕为圆柱和10.0兆帕平方米的部分。
混凝土棱镜准备实现一个角半径为25毫米（2r/ b= 0.33）应变硬化的一部分，作为观察局限于列一些研究者[9，11，24]。此外，cfrp被用作增强材料。
碳纤维复合材料材料抗拉强度的3.43gpa时，弹性模量230gpa的弹性和极限应变1.5％，由制造商指定。
2.2 试样制备。
密闭的混凝土试件包裹一碳纤维复合材料层，用湿糊的过程。湿裁员过程组成：
清洁表面的标本清洗干净，创造一个更好的债券之间具体的和碳纤维复合材料。
底漆层，底漆一层薄薄的应用标本**了一天，腻子层，腻子层上的应用底漆层，以创建一个光滑的表面混凝土和cfrp之间，环氧树脂层碳纤维布被切断所需长度，然后环氧混凝土基础上的应用与碳纤维复合材料板材，碳纤维复合材料包装，终于混凝土包裹碳纤维复合材料提供外围的10％标本重叠。
在包装过程的标本，给予特殊照顾，以消除之间的空隙混凝土和碳纤维复合材料。提供相对的原因短重叠是模拟一层加强，而不会引入冗长的僵硬部分。出于这个原因，重叠的区域保持10％外围。
被选中的10％重叠因为6％的初步试验显示下加热，冷却密闭标本的失败和持续加载没有存活到试验结束。6％的标本，重叠的所有故障是由于在分层，这是由于不足重叠。
这是假设，具体将表现出围绕其周长相同的围压。在以前的研究中，它表明，应变分布圆柱试样不统一考虑整个圆周。在重叠的低应变区，而高外，区[5]。
因此，如果重叠区是保存时间较短，它不会那么错误的假设一个统一的应变分布，沿圆周。但是，考虑squaresection混凝土试件，应变分布均匀假设是不可能的，我们将会看到后来在文章中。
3 测试程序。
在实验室配制的混凝土标本在三组进行测试。每个组由一个最少3只局限于三个潜水标本。密闭标本后进行了测试5天的包装过程。
图像1第一批标本保存在室温温度控制的标本。第二组标本接触到的唯一的温度循环没有任何持续负载。最后，在最后一组标本被装到其最终的40％实力，同时被暴露在温度循环。
对于轴向负荷水平，限制2024年土耳其**守则[25]这等于以0:5 f 0 cac作为基础，并修改通过更换无侧限混凝土强度f 0c与约束混凝土强度f0cc这样做的原因更换，0:5 f 0cac对应到低轴向负荷考虑frp约束水平混凝土。
由于它是已知的，水平低的轴向负载玻璃钢在本质上是被动的，作者决定申请更高的轴向负荷触发玻璃钢激活（图1）。负荷水平选择为0:4 f 0廉政公署其中对应以0:
9 f 0cac约所示表1。之前的持续载荷试验，一局限在每一集的参考标本进行了测试单轴压缩下确定的轴向负载能力。从这个轴向负荷能力，负载持续计算。
在表1，f 0ccr是密闭的引用的实力标本，f0c是平均无侧限强度标本，punconfined的轴向负荷能力无侧限试件，pconfined的轴向负荷密闭的标本和交流的能力是总值试样的面积。
应用的持续负荷水平保持压力第一部分的轴向应力 - 轴向应变水平典型的frp约束混凝土曲线（混凝土仍然是占统治地位的物质），而触发玻璃钢激活。
由于本研究的目的是调查温度循环下的行为和/或持续负载时，未知参数的数量保持小标本，即不预装有开裂混凝土或在水中不停地模拟最坏的情况下[21]。
为了区分在以下的标本部分，一个简单的编码被用作显示在表2。第一个字母表示，如果混凝土密闭或潜水（或u），下面的2位数数字显示其无侧限强度，测试之后，集团，并给出最后，最后一个字母，c或s，代表其截面（缸或广场）。对于例如c10 - g3- s表示该标本密闭，用碳纤维复合材料，无侧限强度为10 mpa，属于第3组（加热冷却循环和持续加载）和广场横截面。
冷热循环使用的应用环境试验室。每个周期包括加热和冷却时期。加热周期包括增加内部温度试验室高达50 ° c和维护温度在这30分钟的水平。
加热期之后的冷却期，在其中温度下降到-10 c.了标本受到这个冷冻温度一个小时。一个典型的周期大约持续9小时标本共200次温度循环。
要保持持续的负荷不断上标本，特装帧设计和制造图。 2a，负载对每个标本通过连续监测数据采集系统集成环境如图试验室。 2b。
加载框架包括三个主要的厚板和三个棒。之间较低的两个主要板厚试样放置和顶部薄的压板它的。一个传感器放在薄板连续记录试样的负载。
在加载框架混凝土试样装入通过液压千斤顶放在两个主要板块之间在顶部时，所需的持续负荷水平达到螺母拧紧和负载，然后保持不变。最后，液压千斤顶将被删除。它被观察到的，从开始的3天之后，持续由于标本的负载下降放宽加载框架。
为了增加到预期的水平，持续负载的程序停止，调整，然后程序再次启动。经过10天的持续负载水平不变，并没有作出任何调整事后。加热 - 冷却完成后周期，所有的标本进行了测试单轴压缩载荷下，直到故障和应力应变图，以确定在改变机械性能。
为了绘制应力 - 应变图如图设备。 3被用来[26，27]。 20毫米表盘计是利用记录圆柱试样的轴向位移（图3a）。
然而，两方的标本20毫米表盘计在两个相反的面孔（图3b）。所有的拨号计放置在靠近标本midheight。为了记录压力值，与压缩机（ele自动测试）3000kn的能力。
对于圆柱试样的应变分布沿截面假定为常数。然而，为了观察应变分布沿棱镜标本的横截面，三棱形标本附有10毫米应变**作为证明。 4a，b。
显示在该图，四个应变计被放置在每一个角落，两个应变片贴在棱镜的两面记录横向株。在应变计双方棱镜放置在重叠区在对面。此外，两个应变计和两个拨号计也被放置在每一方棱镜记录纵向株。
所有应变片被放置在标本的中期高度。
4 结果与讨论。
4.1 碳纤维复合材料禁闭的影响。
单轴压缩时的混凝土柱展品缩短纵向方向但横向扩展。在此期间，扩张阶段，在混凝土中产生拉应力导致混凝土大多以失败而紧张。随着隔离行动，混凝土的强度和应变能力提高到一定程度。
出于这个原因，碳纤维复合材料围的材料，这是被选为已知有效，同时加强混凝土由于其抗拉强度高，高标本弹性模量和应变能力。
图像2图5给出标准化的轴向应力，轴向非常低，强度低的应变图相对于无侧限抗压强度的混凝土试件混凝土强度。轴向应力值与混凝土的无侧限归实力。每条曲线代表平均三标本。
图像3从应力应变图图5，达无侧限混凝土的强度都包裹解开标本显示几乎相同的行为。这表明，这个级别的碳纤维复合材料无效。然而，在达到无侧限混凝土的强度，碳纤维复合材料开始是有效的。
故障发生时的横向拉伸应力或应变达到碳纤维复合材料的最终能力。强度在非常低强度增加达3.0倍低强度的混凝土，但降低到2.
3倍具体如图。 5。同样的趋势也见过应变能力。
非常低的应变能力混凝土强度增加14.4倍，而对于低强度的混凝土，增加11.7倍无侧限应变对应的极限强度。
可以说，碳纤维复合材料禁闭在非常低强度的混凝土更有效[3]。表3列出了密闭的机械性能无侧限控制标本。在表rmax代表试样的最终强度e代表相应的rmax应变标本。
实力和应变值是平均每个组的三个标本。当截面的影响被认为是，如下所示图6禁闭在棱镜标本（虽然自己的角落，在规定值（四舍五入2r /b = 0.33）实现应变硬化）是不作为如圆柱试样的有效。
强度和应变增加是在圆柱试样（3.0倍的高和14.4倍），而在棱柱低标本（2.
6倍和5倍）（见表3）。这可以归因于非均匀应变分布如图。 8。
该图显示了横向和沿轴向截面的应变分布棱镜标本。所示，图，横向应变值都比较小角落位置向两侧。轴向株，他们还不均匀造成不均匀的整个周长混凝土变形。
才发觉棱柱标本，由于碳纤维复合材料破裂而失败在角落（图7）和横向应变测量在失败的地区录得0.0072，相当于48％所提供的应变玻璃钢制造商。
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