接上頁(yè)，玻璃鋼復(fù)合材料拉擠型材耐久性能概述（一）
三、數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)話
基于以上最受關(guān)注的幾種環(huán)境條件以及從試驗(yàn)中收集到的數(shù)據(jù)，我們可以定量地分析FRP的拉伸、壓縮、彎曲和剪切性能受環(huán)境的影響。由于篇幅限制，在此僅展示部分?jǐn)?shù)據(jù)和分析結(jié)果。
1、在浸水/潮濕條件下的老化分析
FRP在浸水/潮濕、酸堿溶液條件下試驗(yàn)的時(shí)間和溫度統(tǒng)計(jì)
根據(jù)目前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，大多數(shù)溶液條件下的耐久性試驗(yàn)（包括浸水、浸堿溶液、浸酸溶液）的時(shí)間都在一年以?xún)?nèi)，試驗(yàn)溫度通常為20、40、60和80℃。對(duì)于浸水/潮濕條件，溫度從20（室溫）到80°C不等，該溫度幅度足以模擬FRP結(jié)構(gòu)在實(shí)際環(huán)境中的服役溫度。但是，較短的試驗(yàn)時(shí)間可能會(huì)影響耐久性試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。由于樹(shù)脂基體的后固化效應(yīng)以及纖維-基體界面和基體在水中緩慢降解的影響需要較長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間才能完全體現(xiàn)，本文基于現(xiàn)有研究的結(jié)果、綜合了多國(guó)研究人員的建議，推薦了最短的試驗(yàn)時(shí)間，即18個(gè)月。
浸水/潮濕條件下，歸一化的殘余抗拉強(qiáng)度與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系
圖中實(shí)線和虛線是在不同溫度下殘余拉伸強(qiáng)度的近似趨勢(shì)線。從上圖可見(jiàn)，來(lái)自不同試驗(yàn)的數(shù)據(jù)較為分散，因此只能觀察到材料的老化趨勢(shì)，即水分會(huì)引起FRP拉擠型材抗拉強(qiáng)度的下降，隨著暴露時(shí)間和溫度的增加，這種下降行為會(huì)更加明顯。
2、在堿性溶液條件下的老化分析
堿性溶液的試驗(yàn)結(jié)果與浸水/潮濕條件下相似：大多數(shù)試驗(yàn)時(shí)間在一年以?xún)?nèi)，這些試驗(yàn)中的暴露溫度通常為20、40、60和80°C。除少數(shù)試驗(yàn)進(jìn)行了1年半到2年半，幾乎所有試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間都較短。
從下圖可以看出，試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散度較大，無(wú)法得到能指導(dǎo)設(shè)計(jì)的結(jié)論；而且，在現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，還出現(xiàn)了相互嚴(yán)重矛盾的結(jié)果，這是觀察到的老化作用在試驗(yàn)中并未完全完成所導(dǎo)致的。因此，建議在未來(lái)進(jìn)行時(shí)間更長(zhǎng)的試驗(yàn)，以便全面地觀測(cè)到FRP在堿性溶液中的老化行為。
堿性溶液條件下，歸一化的殘余抗拉強(qiáng)度與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系
本文將堿溶液的pH值分為了兩類(lèi)：
1）pH值約為8的弱堿性溶液，模擬海水或咸水環(huán)境；
2）pH值約為13的強(qiáng)堿性溶液，模擬混凝土孔隙環(huán)境或其他惡劣的堿性環(huán)境?？傮w趨勢(shì)是，在堿溶液中FRP拉擠型材的力學(xué)性能會(huì)隨著試驗(yàn)時(shí)間和溫度的增加而降低。此外，相比弱堿環(huán)境，強(qiáng)堿環(huán)境可能導(dǎo)致FRP材料發(fā)生更嚴(yán)重的老化。
3、在高/低溫條件下的老化分析
典型的試驗(yàn)條件包括將FRP材料暴露于高溫或低溫的空氣中，試驗(yàn)溫度從-100到700℃不等，大多數(shù)測(cè)試是在200°C以下的溫度下進(jìn)行的。
探究溫度作用的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)
較低的溫度可能會(huì)使FRP材料硬化，從而導(dǎo)致力學(xué)性能提高。相反，高溫可能會(huì)使樹(shù)脂基體軟化，從而破壞其在纖維和基體之間傳遞應(yīng)力的能力?？偟膩?lái)說(shuō)，殘余抗拉強(qiáng)度和溫度呈現(xiàn)線性負(fù)相關(guān)。
歸一化的殘余抗拉強(qiáng)度與試驗(yàn)溫度的關(guān)系
4、在自然條件下的老化分析
探究自然條件影響的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)
自然條件是多種條件的結(jié)合，協(xié)同影響FRP拉擠型材的力學(xué)性能?，F(xiàn)有試驗(yàn)中，最短的暴露時(shí)間為100天，而最長(zhǎng)的暴露時(shí)間為8年。自然條件包括試驗(yàn)室條件下模擬的自然環(huán)境、瑞士的季節(jié)性條件、葡萄牙的城市環(huán)境以及沙特阿拉伯的干旱環(huán)境。世界各地的環(huán)境會(huì)對(duì)FRP拉擠型材的力學(xué)性能有不同的影響。因此，建議根據(jù)FRP材料實(shí)際使用環(huán)境來(lái)選擇并進(jìn)行加速老化試驗(yàn)。
四、現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)
在過(guò)去的十年中，F(xiàn)RP拉擠型材的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)正在全球不同的國(guó)家和/或地區(qū)建立，例如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠型材》GB/T 31539中，考慮了四種耐久性能。
標(biāo)準(zhǔn)截圖
但各國(guó)現(xiàn)有的工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚未能涵蓋所有可能影響FRP材料性能的環(huán)境因素。因此，本文建議改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步考慮所有類(lèi)型的環(huán)境作用對(duì)FRP拉擠型材的影響。
五、建議與展望
FRP拉擠型材耐久性能優(yōu)越，亟待開(kāi)展廣泛深入的研究。當(dāng)前的理論預(yù)測(cè)模型，受限于有限的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并不能廣泛地應(yīng)用于FRP耐久性的預(yù)測(cè)；而且，過(guò)去幾十年雖然進(jìn)行了眾多耐久性的試驗(yàn)，但結(jié)果往往不能進(jìn)行相互比較、從而得出統(tǒng)一的結(jié)論。基于對(duì)過(guò)去20年相關(guān)研究數(shù)據(jù)的總結(jié)和分析，本文建議：
1.對(duì)于所有類(lèi)型的加速老化試驗(yàn)，建議更長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間。
2.建議加強(qiáng)對(duì)拉擠型材橫向性能和抗壓性能的老化分析。
3.在評(píng)估和預(yù)測(cè)老化行為時(shí)，建議考慮纖維和基體類(lèi)型、纖維含量和試樣厚度的影響。
4.建議在老化試驗(yàn)中單獨(dú)考慮每種環(huán)境作用（在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，不建議進(jìn)行復(fù)合環(huán)境作用的老化試驗(yàn)），以便真正摸清材料的老化機(jī)理、指導(dǎo)FRP結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用。
5.建議改進(jìn)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，并在未來(lái)開(kāi)發(fā)更準(zhǔn)確的耐久性預(yù)測(cè)模型。
FRP耐久性的研究好比是一張拼圖，國(guó)內(nèi)外每一位學(xué)者的試驗(yàn)，都是為其添上重要的一塊。我們相信，隨著學(xué)術(shù)界的共同努力，和社會(huì)各界的鼎力支持，F(xiàn)RP耐久性的研究終將合成一副美麗的畫(huà)卷，大力推動(dòng)FRP材料在未來(lái)的廣泛應(yīng)用。
回顧歷史：我國(guó)的科技工作者早在44年前就對(duì)FRP耐久性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，僅以本文向老一輩科技工作者致敬。
《玻璃鋼老化和防老化》封面及目錄
文章來(lái)源：FengSLab
