HFRP增強(qiáng)木梁的抗彎及其防潮防白蟻性能和方法.pdf

1、近幾十年來，混凝土和鋼材作為我國主要的建筑結(jié)構(gòu)材料功不可沒，但同時也給我國帶來嚴(yán)峻的資源、能源和環(huán)境壓力。為可持續(xù)發(fā)展，注意到木材是五大建材中唯一可再生的建筑材料，木結(jié)構(gòu)的加工與建造能耗和污染最低，2010年3月，中國住建部與加拿大自然資源部簽署了《關(guān)于采用現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)應(yīng)對氣候變化合作諒解備忘錄》，擬借鑒加拿大的先進(jìn)技術(shù)和豐富的木材資源，利用我國豐富的速生林資源，在中國推廣現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)。
　　木材亦有如下缺點，強(qiáng)度和彈

2、性模量不高，木節(jié)、斜紋等缺陷較多，易受潮腐朽，易遭蟲蛀（特別是白蟻）等。因此，新老木構(gòu)件的“增強(qiáng)”與“防護(hù)（防潮和防白蟻）”是兩個焦點問題。為提高木構(gòu)件結(jié)構(gòu)增強(qiáng)與防護(hù)的效率，本文提出以混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Hybrid Fiber Reinforced Polymer,HFRP）增強(qiáng)木梁，并以粘貼纖維用環(huán)氧樹脂作為木材防護(hù)劑的思路。
　　本文的研究內(nèi)容主要包括以下三個方面：
　?。?）HFRP增強(qiáng)木梁的性能及其影響因素

3、>　　選用碳纖維（CF）、玻璃纖維（GF）和高強(qiáng)玻璃纖維（SGF）為增強(qiáng)材料，制作CF、SGF、CF/GF和CF/SGF層間組合的HFRP增強(qiáng)木梁，進(jìn)行12根增強(qiáng)梁和3根對比梁的受彎性能實驗研究。分析增強(qiáng)梁的破壞形態(tài)和破壞機(jī)理，討論增強(qiáng)梁的荷載-位移特征、極限承載力和延性。結(jié)果表明，與單一CF增強(qiáng)相比，CF/SGF混雜增強(qiáng)梁的最大撓度比CF增強(qiáng)梁高90％，且有明顯的延性和破壞預(yù)警功能，纖維材料成本降低50%左右。根據(jù)試驗研究成果，建立H

4、FRP增強(qiáng)木梁的簡化力學(xué)模型，提出HFRP增強(qiáng)梁的極限承載力計算方法及其延性的評估方法。
　　（2）環(huán)氧樹脂涂覆木材的防水性能及其影響因素
　　選擇鐵刀木、杉木和軟木制作153個小試件，分別涂覆1～2層E-44環(huán)氧樹脂（E-44Epoxy）膠粘劑（分別搭配EP-1固化劑和SM-203高硬度固化劑）、5種進(jìn)口環(huán)保涂料和國產(chǎn)醇酸清漆，進(jìn)行防水性能對比實驗，探討試件的吸水動力學(xué)特性。結(jié)果表明，Epoxy膠粘劑兼具良好的防水功能。對

5、鐵刀木和杉木而言，涂覆單層Epoxy試件的防水性能明顯優(yōu)于涂覆雙層其他涂料試件（除醇酸清漆外），涂覆雙層Epoxy試件的防水效果達(dá)醇酸清漆試件的2.3倍。這是因為Epoxy固化后形成高強(qiáng)耐久的三維體型結(jié)構(gòu)，長期浸泡不溶、不吸水。
　?。?）環(huán)氧樹脂涂覆木材的防白蟻性能及其影響因素
　　選取馬尾松木材制作60個試件。選用毒死蜱，聯(lián)苯菊酯和銳勁特三種防白蟻制劑，每種制劑取4種質(zhì)量比例分別與E-44Epoxy（固化劑為EP-1）混

6、配，涂覆馬尾松試件2層，制成第一批試件。另選擇EP-1固化劑和SM-203高硬度固化劑與E-44Epoxy搭配（無防白蟻制劑），分別涂覆馬尾松試件2層、3層和4層，制成第二批試件。在室內(nèi)分別測試上述兩批試件對家白蟻的抗蛀能力。試驗結(jié)果表明，涂覆Epoxy和防白蟻制劑試件的質(zhì)量損失率僅為對照組的約7%。涂覆Epoxy3層和4層的試件的質(zhì)量損失率不超過對照組的9%；其中，采用SM-203固化劑的試件的質(zhì)量損失率比采用EP-1固化劑的試件低2