凍融循環(huán)對AFRP及環(huán)氧膠黏劑力學性能的影響*

吳波 張碩 劉汾濤,2

(1.華南理工大學 亞熱帶建筑科學國家重點實驗室， 廣東 廣州 510640； 2.廣東水利電力職業(yè)技術學院， 廣東 廣州 510635)

凍融循環(huán)對AFRP及環(huán)氧膠黏劑力學性能的影響*

吳波1張碩1劉汾濤1,2

(1.華南理工大學 亞熱帶建筑科學國家重點實驗室， 廣東 廣州 510640； 2.廣東水利電力職業(yè)技術學院， 廣東 廣州 510635)

對芳綸纖維增強聚合物(AFRP)片材、碳纖維增強聚合物(CFRP)片材以及配套的環(huán)氧膠黏劑在60、80、100、120、140次凍融循環(huán)后的力學性能進行試驗研究，并對兩種片材的抗凍融性能進行對比.試驗結果表明：凍融循環(huán)后，AFRP片材拉伸性能的變化幅度總體上大于CFRP片材，展現(xiàn)出相對更弱的抗凍融性能；凍融循環(huán)140次后AFRP片材的抗拉強度和彈性模量分別較未凍融時降低8.2%和14.0%，而凍融循環(huán)140次后CFRP片材的彈性模量卻與未凍融時基本相當，凍融循環(huán)60次后CFRP片材的抗拉強度降低6.1%，但在接下來的凍融循環(huán)后基本保持穩(wěn)定或略有增長；凍融循環(huán)后，AFRP片材和CFRP片材的斷裂伸長率均與未凍融時基本相當或有所偏高，但AFRP片材的變化幅度相比CFRP片材略大；凍融循環(huán)140次后，環(huán)氧膠黏劑的拉伸剪切強度無退化.

AFRP；CFRP；環(huán)氧膠黏劑；凍融循環(huán)；力學性能

纖維增強聚合物(FRP)已在土木建筑結構的加固工程中廣泛應用，導致FRP加固結構暴露于各類惡劣環(huán)境(如強紫外線、高溫高濕、凍融循環(huán)、化學腐蝕、海水潮汐等)的可能性明顯增大.近些年有很多學者對FRP加固混凝土結構的耐久性問題進行了探究[1- 3].另外，F(xiàn)RP加固結構的廣泛應用也使得FRP自身的耐久性問題越來越受到學術界和工程界的關注.謝龍飛等[4]對一種玻璃纖維增強聚合物(GFRP)紫外老化后的表面巴氏硬度、彎曲強度和彎曲模量進行測定.試驗表明，GFRP試件被照射表面的巴氏硬度與未照射表面相比明顯下降，最終在老化120 d后，GFRP試件的彎曲強度和彎曲模量均大于初始值，但低于在室溫下密閉處理120 d后的試件的彎曲強度和模量.胡海濤等[5]對在自然條件和鹽霧環(huán)境侵蝕60 d后的玄武巖纖維增強聚合物(BFRP)片材和配套樹脂進行力學性能測試，發(fā)現(xiàn)BFRP片材的抗拉強度、彈性模量和伸長率均未受到影響，而樹脂的抗拉強度和伸長率均有下降.

另外，國內外學者對凍融循環(huán)后FRP的力學行為也已開展了一定研究工作.Marouani等[6]對凍融循環(huán)(-20～20 ℃)后碳纖維環(huán)氧樹脂基片材和碳纖維乙烯基酯基片材的力學性能進行了測試，單次循環(huán)持續(xù)兩周(一周冷凍，一周融化)，共進行36次循環(huán)，結果表明兩類片材的抗凍融性能相差不大，同時水凍水融相比氣凍氣融會導致更明顯的材料強度退化.Shi等[7- 8]探討了凍融循環(huán)對BFRP片材、玄武巖-碳混合纖維增強聚合物(HFRP)片材以及配套環(huán)氧樹脂的力學性能的影響，同時考察了凍融-荷載耦合作用對BFRP片材、CFRP片材和GFRP片材受拉性能的影響，結果表明BFRP片材和HFRP片材的抗凍融性能相比CFRP片材和GFRP片材更優(yōu)，但凍融循環(huán)后環(huán)氧樹脂的各項力學指標都明顯降低，同時凍融-荷載耦合作用使得FRP的性能劣化更為明顯.Wu等[9]對一種玻璃纖維乙烯基酯基橋面板表層材料進行了空氣、水、鹽水3種介質中的凍融循環(huán)處理，隨后對其抗彎強度、儲能模量和阻尼損傷因子做了測試，結果表明持續(xù)時間長達1 250 h的625次凍融循環(huán)(-17.8～4.4 ℃)對該材料的上述3項指標基本無影響.李趁趁[10]考察了100次以內凍融循環(huán)后CFRP片材和GFRP片材的受拉性能變化趨勢，發(fā)現(xiàn)后者性能弱于前者.Li等[11]認為由于其采用的碳纖維絲與環(huán)氧樹脂基體的熱膨脹系數(shù)存在較大差異，導致凍融循環(huán)(-30～30 ℃)后CFRP片材的受拉性能不如該類差異較小的BFRP片材和GFRP片材.Ludovico等[12]開發(fā)了兩種可作為片材基體的環(huán)氧樹脂材料，相比于同類商業(yè)產(chǎn)品，新材料可避免210次以內凍融循環(huán)(-5～40 ℃)后FRP片材的力學性能的退化.

從上述敘述可以看出：①由于各自的試驗條件存在差異，不同文獻中凍融循環(huán)對FRP片材力學行為的影響規(guī)律不盡相同，甚至相互矛盾；②雖然同為環(huán)氧類材料，但配方不同可能導致其凍融循環(huán)后的力學性能相去甚遠；③有關凍融循環(huán)對芳綸纖維增強聚合物(AFRP)片材力學性能的影響，幾乎未見文獻報道，但近年來該類片材已廣泛應用于絕緣性要求較高的加固工程中.

針對上述第③點問題，文中對凍融循環(huán)后AFRP片材及其配套環(huán)氧膠黏劑的力學性能開展試驗研究，并與CFRP片材的抗凍融性能進行對比.

1 試驗概況

1.1 試件設計

共設計制備了3類試件：AFRP片材拉伸試件、CFRP片材拉伸試件、環(huán)氧膠黏劑拉伸剪切試件.芳綸纖維布、碳纖維布以及配套的環(huán)氧膠黏劑均來自廣州實為建材有限公司，該膠黏劑既可用于FRP片材與被加固構件之間的粘接，也可作為FRP片材的基體材料.

將兩種纖維布分別充分浸漬膠黏劑后，置于光滑平板上，用硬板刮去多余膠黏劑和氣泡，常溫干燥3 d即成為FRP片材.根據(jù)規(guī)范ASTM D3039/D3039M-08，將片材裁剪成長230 mm、寬15 mm的條帶，并在條帶兩端分別用膠黏劑粘結兩片長50 mm、寬15 mm的鋁片作為加強片.AFRP試件和CFRP試件的具體尺寸和實物照片見圖1，兩類試件的數(shù)量均為18個(對應6種工況，即每種工況3個試件).膠黏劑試件按照GB/T 7124—2008制作，其具體尺寸和實物照片見圖 2.膠黏劑試件共18個，同樣對應6種工況，每種工況3個試件.

圖1 AFRP/CFRP片材試件Fig.1 AFRP/CFRP sheet specimens

圖2 膠黏劑試件Fig.2 Adhesive specimens

生產(chǎn)商提供的AFRP、CFRP和環(huán)氧膠黏劑的常溫力學性能見表1.另取該膠黏劑少許，常溫固化7 d后，采用NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix型差示掃描量熱儀(升溫速率10 K/min)測得其玻璃化轉化溫度為121 ℃(變異系數(shù)1.5%).

表1 AFRP、CFRP和環(huán)氧膠黏劑的常溫力學性能

Table 1 Mechanical properties of AFRP,CFRP and epoxy adhesive under ambient condition

材料抗拉強度/MPa彈性模量/GPa極限伸長率/%厚度/mmAFRP22061312.10.286CFRP36362421.70.167環(huán)氧膠黏劑47.22.72.2—

1.2 試驗方法

上述3類試件制作完成后，均在常溫下干燥1周，然后采用蘇州東華試驗儀器有限公司生產(chǎn)的HDK-9型快速凍融試驗機進行水凍水融處理.根據(jù)GB/T 50082—2009，凍融循環(huán)的溫度范圍取為-17.5(±0.2)℃～5.5(±0.2)℃，一次凍融循環(huán)時長2.8 h(其中降溫1.8 h，升溫1.0 h，無恒溫段).共考慮6種凍融循環(huán)工況，分別對應凍融循環(huán)次數(shù)0、60、80、100、120、140.每種工況后，從快速凍融試驗機里分別取出3個AFRP試件、3個CFRP試件和3個膠黏劑試件，常溫干燥7 d后采用Instron 5567萬能試驗機進行力學性能測試.根據(jù)規(guī)范ASTM D3039/D3039M-08，AFRP試件和CFRP試件的加載采用位移控制，加載速率2 mm/min，并采用標距50 mm的引伸計對試件中部變形進行記錄；根據(jù)GB/T 7124—2008，膠黏劑試件加載時的剪切力變化速率取為9 MPa/min.

2 試驗結果與分析

2.1 破壞模式

在凍融循環(huán)后的力學性能試驗過程中，3類試件的破壞模式均未隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而發(fā)生明顯變化，圖3(a)、3(b)和3(c)所示分別為AFRP試件、CFRP試件和膠黏劑試件的典型破壞模式.

圖3 典型破壞模式Fig.3 Typical failure patterns

無論是凍融循環(huán)后的AFRP試件還是CFRP試件，拉伸過程中其應力-應變曲線都基本呈現(xiàn)線性特征，在達到極限承載力之后發(fā)生脆性斷裂，破壞模式既有試件中部附近的FRP斷裂(圖3(a)和3(b)中A試件)，也有試件一端或兩端的端部附近FRP斷裂(圖3(a)和3(b)中B、C試件).但兩類FRP試件的斷裂形態(tài)有所不同，CFRP試件的斷口相對比較齊整，而AFRP試件的斷口常呈現(xiàn)撕裂狀.

在凍融循環(huán)后的拉伸剪切過程中，所有膠黏劑試件均呈現(xiàn)膠黏劑幾乎僅粘附于單側不銹鋼片上的破壞模式(如圖3(c)所示).根據(jù)GB/T 16997—1997給出的破壞類型表示法，此破壞模式屬于粘附破壞(即膠黏劑和被粘物界面處發(fā)生目視可見的破壞現(xiàn)象).

2.2 AFRP和CFRP的拉伸性能

凍融循環(huán)后AFRP試件和CFRP試件的拉伸性能分別見表2和3，表中的平均值和標準差為每種工況下3個試件試驗實測值的統(tǒng)計結果(由于60次凍融循環(huán)工況下，其中一個CFRP試件的加強片在加載過程中發(fā)生了脫膠，未得到有效數(shù)據(jù)，因此表3該工況下的平均值和標準差為兩個試件試驗實測值的統(tǒng)計結果).按照ASTM D3039/D3039M-08的建議，取每個FRP試件的拉伸應力-應變曲線上1 000×10-6對應點和3 000×10-6對應點之間的割線剛度作為該試件的彈性模量.凍融循環(huán)后兩類FRP試件的歸一化拉伸性能的對比見圖4，歸一化結果為凍融循環(huán)后試件的力學性能指標實測值與未凍融試件相應力學性能指標的平均值之比.從表2、3和圖4中可以看出：

①AFRP試件的平均抗拉強度在經(jīng)歷80次凍融循環(huán)后未出現(xiàn)明顯變化，但在繼續(xù)凍融循環(huán)后呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，凍融循環(huán)140次后其抗拉強度均值較未凍融試件降低8.2%；相比之下，CFRP試件的平均抗拉強度在凍融循環(huán)60次后就表現(xiàn)出6.1%的下降，但在接下來的凍融循環(huán)后基本保持穩(wěn)定或略有增長.

②60、80、100和120次凍融循環(huán)后，AFRP試件的彈性模量平均值較未凍融試件降低1.7%～5.1%，但140次凍融循環(huán)后，降低幅度卻陡增至14.0%；隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，凍融后CFRP試件的彈性模量平均值圍繞初始值上、下波動，140次凍融循環(huán)后其彈性模量均值與未凍融試件基本相當.

任慧韜[13]也曾探討過凍融循環(huán)對CFRP力學性能的影響，其研究結果為：50次凍融循環(huán)后，CFRP的抗拉強度有所降低，但彈性模量無明顯變化.雖然該文獻所涉及的針對CFRP的凍融循環(huán)次數(shù)很少，但其研究結果與本文60次凍融循環(huán)后CFRP的相關試驗數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出的規(guī)律是類似的.

③60～140次凍融循環(huán)后，AFRP試件的斷裂伸長率平均值相比未凍融試件偏高0.4%～8.0%，與此同時CFRP試件的斷裂伸長率平均值相比未凍融試件偏高1.4%～5.0%，前者的變化幅度比后者略大.

表2 凍融循環(huán)后AFRP試件的拉伸性能

Table 2 Tensile properties of AFRP specimens after freeze-thaw cycling

凍融循環(huán)次數(shù)抗拉強度/MPa彈性模量/GPa斷裂伸長率/%平均值標準差平均值標準差平均值標準差02035132100.18.22.620.126020292196.12.52.660.168020661295.01.62.830.09100196213497.02.32.740.2512019269898.46.82.630.0514018695986.15.12.740.10

表3 凍融循環(huán)后CFRP試件的拉伸性能

Table 3 Tensile properties of CFRP specimens after freeze-thaw cycling

凍融循環(huán)次數(shù)抗拉強度/MPa彈性模量/GPa斷裂伸長率/%平均值標準差平均值標準差平均值標準差03961281224.512.41.400.1260371912220.22.41.470.05803800102237.814.31.420.05100375337217.813.81.430.06120377831239.326.81.430.141403809247222.88.71.420.13

圖4 凍融循環(huán)后AFRP試件和CFRP試件的歸一化拉伸性能

Fig.4 Normalized tensile properties of AFRP and CFRP specimens after freeze-thaw cycling

綜合來看，相比于CFRP片材，凍融循環(huán)后AFRP片材的拉伸性能的變化幅度相對較大，展現(xiàn)出相對更弱的抗凍融性能.芳綸纖維絲與碳纖維絲的線膨脹系數(shù)的差異可能是導致該現(xiàn)象的原因.根據(jù)生產(chǎn)廠商提供的數(shù)據(jù)，文中采用的芳綸纖維絲和碳纖維絲的線膨脹系數(shù)分別為-4.9×10-6K-1和-0.4×10-6K-1，環(huán)氧膠黏劑固化后的熱膨脹系數(shù)約為60×10-6K-1.顯然，凍融循環(huán)過程中芳綸纖維絲與環(huán)氧基體的溫度變形差要大于碳纖維絲與環(huán)氧基體的溫度變形差，這使得芳綸纖維絲與環(huán)氧基體的界面更易產(chǎn)生微裂紋，水滲入這些微裂紋并在冷凍過程體積變大，致使這些微裂紋進一步擴大，如此循環(huán)往復，最終導致AFRP片材的劣化程度相比CFRP片材更趨嚴重.另外，與碳纖維絲相比，芳綸纖維絲的吸濕性相對較大[14]，且芳綸纖維絲吸濕后的彈性模量可能出現(xiàn)劣化[15]，這會進一步促使凍融循環(huán)后AFRP片材的彈性模量降低.

當然，環(huán)氧基體在水環(huán)境中的水解現(xiàn)象(即該基體分子層面的化學反應[16]，如分子鏈斷裂)會對該基體的力學性能產(chǎn)生一定影響，進而也會引發(fā)FRP片材的力學性能改變.經(jīng)測算，文中AFRP試件和CFRP試件的環(huán)氧基體的體積含量分別約為69.9%和67.9%，兩者十分相近，因此由環(huán)氧基體自身水解現(xiàn)象引發(fā)的AFRP試件和CFRP試件的力學性能劣化程度應大致相當.

2.3 環(huán)氧膠黏劑的拉伸剪切強度

凍融循環(huán)后膠黏劑試件的拉伸剪切強度見表4，該強度等于極限荷載除以剪切面積(即25 mm×12.5 mm，見圖2)，表中的平均值和標準差為每種工況下3個試件試驗實測值的統(tǒng)計結果.圖5所示為凍融循環(huán)后膠黏劑試件的歸一化拉伸剪切強度(即凍融循環(huán)后試件的拉伸剪切強度實測值與未凍融試件拉伸剪切強度的平均值之比).從表4和圖5中可以看出，60次凍融循環(huán)后膠黏劑試件的拉伸剪切強度平均值相比未凍融試件降低3.1%，而80～140次凍融循環(huán)后卻提高1.6%～9.5%，總體上講60～140次凍融循環(huán)后膠黏劑試件的拉伸剪切強度基本無退化.凍融循環(huán)過程中膠黏劑吸水使其固化程度有所增進[17]，這可能是導致膠黏劑試件的拉伸剪切強度略有提高的原因.

表4 凍融循環(huán)后膠黏劑試件的拉伸剪切強度

Table 4 Tensile lap-shear strengths of adhesive specimens after freeze-thaw cycling

凍融循環(huán)次數(shù)拉伸剪切強度/MPa平均值標準差07.720.22607.480.49808.450.521007.950.191208.070.191407.840.05

圖5 凍融循環(huán)后膠黏劑試件的歸一化拉伸剪切強度

Fig.5 Normalized tensile lap-shear strengths of adhesive specimens after freeze-thaw cycling

Knox等[18]研究認為，環(huán)氧膠黏劑的吸水塑化會造成其粘附強度及其與被粘物之間的界面性能出現(xiàn)退化.文中膠黏劑試件的破壞模式均為粘附破壞，且凍融循環(huán)后膠黏劑試件的拉伸剪切強度基本無退化，這表明本文試驗中膠黏劑與不銹鋼片的界面粘結性能并未受到凍融環(huán)境的明顯影響，即本文試驗結果與Knox等的研究結論存在差異.造成這一現(xiàn)象的原因很可能是本文膠黏劑試件只是在凍融循環(huán)的部分階段吸水(當水完全結成冰時，膠黏劑已很難再有效吸水)，因此與一直浸泡于液態(tài)水中相比，凍融循環(huán)使得環(huán)氧膠黏劑的塑化進程明顯減緩.Silva等[19]針對一種環(huán)氧膠黏劑，考察了其在凍融循環(huán)240次(-18～20 ℃，單次凍融循環(huán)耗時24 h)后抗拉強度和彈性模量的劣化程度，以及其在20 ℃水中浸泡240 d后相應力學性能的劣化程度，結果發(fā)現(xiàn)后者較前者更為顯著，這在一定程度上也印證了作者的上述解釋.

需要指出的是，文中試驗結果(即60～140次凍融循環(huán)后膠黏劑試件的拉伸剪切強度基本無退化)是在凍融循環(huán)總時長相對有限(約392 h)的情況下得到的，其中膠黏劑試件處于液態(tài)水中的時間更短，這可能導致膠黏劑的塑化程度不高，進而使得膠黏劑的粘附強度及其與不銹鋼片之間的界面性能的退化尚未充分顯現(xiàn).如果凍融循環(huán)次數(shù)繼續(xù)大幅增加，膠黏劑試件的拉伸剪切強度逐漸降低也是有可能的.

3 結論

文中通過試驗研究，得到如下結論：

(1)在凍融循環(huán)后的力學性能試驗過程中，AFRP試件、CFRP試件和膠黏劑試件的破壞模式均未隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而發(fā)生明顯變化，但兩類FRP試件的斷裂形態(tài)有所不同；

(2)隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，AFRP試件的抗拉強度呈現(xiàn)先變化不大而后逐漸降低的趨勢，而CFRP試件的抗拉強度卻呈現(xiàn)先有所降低而后基本保持穩(wěn)定或略有增長的趨勢；

(3)140次凍融循環(huán)后，AFRP試件的彈性模量較未凍融時降低14.0%，而CFRP試件的彈性模量卻與未凍融時基本相當；

(4)60～140次凍融循環(huán)后，AFRP試件的斷裂伸長率比未凍融時偏高0.4%～8.0%，與此同時CFRP試件的斷裂伸長率比未凍融時偏高1.4%～5.0%，前者的變化幅度相比后者略大；

(5)總體上看，60～140次凍融循環(huán)后膠黏劑試件的拉伸剪切強度基本無退化.

[1] 任慧韜,胡安妮,姚謙峰.濕熱環(huán)境對FRP加固混凝土結構耐久性能的影響 [J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2006,38(11):1996- 1999. REN Hui-tao,HU An-ni,YAO Qian-feng.The influence of wet-thermal condition on durability behavior of concrete structures strengthened by FRP [J].Journal of Harbin Institute of Technology,2006,38(11):1996- 1999.

[2] 李趁趁,高丹盈,趙軍.干濕環(huán)境下FRP全裹與條帶間隔加固混凝土圓柱耐久性試驗研究 [J].土木工程學報,2009(11):8- 14. LI Chen-chen,GAO Dan-ying,ZHAO Jun.Experimental study on durability of FRP entirely-wrapped concrete cy-linders and FRP strip-wrapped concrete cylinders under wet-dry cycles in salt solution [J].China Civil Engineering Journal,2009(11):8- 14.

[3] 盧亦焱,楊婷,李杉,等.海洋環(huán)境下FRP-混凝土界面粘結退化的可靠性分析 [J].武漢理工大學學報,2014,36(9):79- 84. LU Yi-yan,YANG Ting,LI Shan,et al.Reliability analysis of deterioration of FRP-concrete bonded interface in sea environment [J].Journal of Wuhan University of Technology,2014,36(9):79- 84.

[4] 謝龍飛,劉偉慶,齊玉軍,等.玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂基復合材料的紫外老化性能 [J].南京工業(yè)大學學報(自然科學版),2014,36(6):93- 98. XIE Long-fei,LIU Wei-qing,QI Yu-jun,et al.UA aging performance of glass fiber reinforced polymer [J].Journal of Nanjing Tech University(Natural Science Edition),2014,36(6):93- 98.

[5] 胡海濤,王希賓,楊勇新.玄武巖纖維片材在鹽霧侵蝕條件下的耐久性試驗研究 [J].工業(yè)建筑,2010,40(4):9- 12. HU Hai-tao,WANG Xi-bin,YANG Yong-xin.Experimental study on durability of BFRP sheets under salt fog corrosion environment [J].Industrial Construction,2010,40(4):9- 12.

[6] MAROUANI S,CURTIL L,HAMELIN P.Ageing of carbon/epoxy and carbon/vinylester composites used in the reinforcement and/or the repair of civil engineering structures [J].Composites:Part B,2012,43:2020- 2030.

[7] SHI J W,ZHU H,WU Z,et al.Durability of BFRP and hybrid FRP sheets under freeze-thaw cycling [J].Advanced Materials Research,2011,163- 167:3297- 3300.

[8] SHI J W,ZHU H,WU G,et al.Tensile behavior of FRP and hybrid FRP sheets in freeze-thaw cycling environments [J].Composites:Part B,2014,60(1):239- 247.

[9] WU H C,FU G,GIBSON R F,et al.Durability of FRP composite bridge deck materials under freeze-thaw and low temperature conditions [J].Journal of Bridge Engineering,2006,11(4):443- 451.

[10] 李趁趁.FRP加固混凝土結構耐久性試驗研究 [D].大連:大連理工大學土木工程學院,2006.

[11] LI H,XIAN G,LIN Q,et al.Freeze-thaw resistance of unidirectional-fiber-reinforced epoxy composites [J].Journal of Applied Polymer Science,2012,123:3781- 3788.

[12] LUDOVICO M D,PISCITELLI F,PROTA A,et al.Improved mechanical properties of CFRP laminates at elevated temperatures and freeze-thaw cycling [J].Construction and Building Materials,2012,31(6):273- 283.

[13] 任慧韜.纖維增強復合材料加固混凝土結構基本力學性能和長期受力性能研究 [D].大連：大連理工大學土木工程學院,2003.

[14] 笪有仙,淳海江,孫慕瑾.芳綸纖維吸濕行為的研究 [J].復合材料學報,1996,13(4):12- 15. DA You-xian,CHUN Hai-jiang,SUN Mu-jin.Studies on the behavior of moisture sorption of aromatic polyamide fibers [J].Acta Materiae Compositae Sinica,1996,13(4):12- 15.

[15] ABU OBAID A,DEITZEL J M,GILLESPIE J W,et al.The effects of environmental conditioning on tensile properties of high performance aramid fibers at near-ambient temperatures [J].Journal of Composite Materials,2011,45(11):1217- 1231.

[16] LETTIERI M,FRIGIONE M.Effects of humid environment on thermal and mechanical properties of a cold-curing structural epoxy adhesive [J].Construction and Building Materials,2012,30:753- 760.

[17] KIM Y J,HOSSAIN M,YOSHITAKE I.Cold region durability of a two-part epoxy adhesive in double-lap shear joints:Experiment and model development [J].Construction and Building Materials,2012,36:295- 304.

[18] KNOX E M,COWLING M J.A rapid durability test method for adhesives [J].International Journal of Adhesion & Adhesives,2000,20:201- 208.

[19] SILVA P,FERNANDES P,SENA-CRUZ J,et al.Effects of different environmental conditions on the mechanical characteristics of a structural epoxy [J].Composites:Part B,2016,88:55- 63.

Effects of Freeze-Thaw Cycling on Mechanical Behaviors of AFRP and Epoxy Adhesive

WUBo1ZHANGShuo1LIUFen-tao1, 2

(1.State Key Laboratory of Subtropical Building Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong,China;2.Guangdong Polytechnic of Water Resources and Electric Engineering, Guangzhou 510635, Guangdong, China)

The mechanical behaviors of aramid and carbon fiber-reinforced polymer (AFRP and CFRP) sheets as well as a corresponding epoxy adhesive after 60, 80, 100, 120 and 140 freeze-thaw cycles, were experimentally investigated, and the freeze-thaw resistance of the AFRP sheet was compared with that of the CFRP sheet. Experimental results show that (1) in comparison with the CFRP sheet, the AFRP sheet after the freeze-thaw cycling has a greater change of tensile properties, and shows a worse freeze-thaw resistance; (2) after 140 freeze-thaw cycles, the tensile strength and elastic modulus of the AFRP sheet decrease respectively by 8.2% and 14.0%, in comparison with those of the control sheet exposed to ambient conditions; (3) however, the elastic modulus of the CFRP sheet after 140 freeze-thaw cycles is close to that of the control one, and the tensile strength of the CFRP sheet experiences a loss of 6.1% after 60 freeze-thaw cycles and then keeps almost constant or slightly increases; (4) the rupture elongations of the AFRP and CFRP sheets after freeze-thaw cycling are close to or slightly higher than those of the control ones, but the variaiton range of the elongation of the AFRP sheet is wider than that of the CFRP sheet; and (5) there is no decrease in the tensile lap-shear strength of the epoxy adhesive after 140 freeze-thaw cycles.

AFRP; CFRP; epoxy adhesive; freeze-thaw cycling; mechanical behavior

2016- 04- 28

國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2011CB013800)；廣東省水利科技創(chuàng)新項目(2012-05)；華南理工大學亞熱帶建筑科學國家重點實驗室課題(2015ZB21, 2013KB29) Foundation items: Supported by the National Program on Key Basic Research Project of China(973 Program)(2011CB013800)

吳波(1968-)，男，博士，研究員，主要從事結構抗災和新型混凝土結構研究.E-mail:bowu@scut.edu.cn

1000- 565X(2016)12- 0144- 07

TU 599

10.3969/j.issn.1000-565X.2016.12.020