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纳米SiO₂改性碳/玄武岩混杂纤维增强复合材料筋干湿及碱性环境下力学性能与分子模拟研究

Study on mechanical properties and molecular simulation of nano‐<scp>SiO<sub>2</sub></scp>‐modified hybrid fiber reinforced polymer bar under the dry and alkaline environment

Zhongzhi Guan, Yongli Xu, Guangzhu Zhang, Jize Mao, Hongguang Wang · Harbin Engineering University
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期刊 / 来源Polymer Composites
卷/期/页45 / 13 / 12434-12452
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关键词:纳米SiO₂改性碳/玄武岩混杂纤维增强复合材料拉挤-缠绕工艺碱性环境降解分子动力学模拟界面性能力学性能

摘要整理

纤维增强复合材料(FRP)筋在结构工程中得到广泛推广应用。然而,单一材料的固有局限性导致FRP筋混凝土结构在复杂自然环境和各类荷载作用下易出现脆性破坏和能量耗散不足等问题。本研究采用拉挤-缠绕工艺结合超声处理制备了纳米SiO₂改性碳/玄武岩混杂FRP筋,系统研究了纤维体积比和纳米SiO₂质量分数对干湿及碱性环境下FRP筋力学性能的影响规律。通过分子动力学(MD)模拟构建纤维与环氧树脂界面模型,阐明了纳米SiO₂的增韧机制及碱性环境下的降解机制。研究结果表明:提高碳纤维掺入比例并加入纳米SiO₂改性能够改善玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋的脆性断裂特征,增强混杂FRP筋的屈服后性能和层间剪切性能,同时有效缓解碱溶液对力学性能的降解。MD模拟结果表明,纳米SiO₂的加入提高了玄武岩纤维与环氧树脂间的氢键结合率,使得BF/环氧树脂界面能高于CF/环氧树脂界面能,且纳米SiO₂能有效减弱碱溶液对界面氢键形成的影响。本研究为FRP筋混凝土结构的设计和应用提供了重要参考。

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