Journal Name:

ACI Materials Journal


Authors:

Hamid Saadatmanesh, Mohammadreza Tavakkolizadeh, and Davood Mostofinejad


Keywords:

environmental effects; fabric; fiber-reinforced polymer; longterm durability; wet lay-up technique


Environmental Effects on Mechanical Properties of Wet Lay-Up Fiber-Reinforced Polymer

Abstract

تقاضا برای FRPها در بهسازی زیرساخت‌ها افزایش یافته است. در تکنیک‌های جدید، از الیاف و ورقه‌های FRP با وزن کم، مقاومت بالا و قابلیت شکل‌پذیری در تکمیل پروژه‌های مختلف بتنی استفاده می‌شود. این مقاله نتایج مطالعات در مورد رفتار طولانی‌مدت انواع مختلف ورقه‌های FRP تولید شده با استفاده از روش نصب تر را ارائه می‌دهد. این تکنیک بیشتر در زمینه استفاده از FRPها در سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. محدوده مطالعه این مقاله تنها بر روی یک مود از گسیختگی است: گسیختگی کامپوزیت. قابل ذکر است که فرم دیگری از گسیختگی، اتصال در سطح تماس است. در حال حاضر این مود از گسیختگی در دانشگاه آریزونا (Arizona) تحت بررسی است. در مجموع 525 نمونه با استفاده از یک نوع اپوکسی و هفت نوع مختلف الیاف تهیه شد. در این مطالعه از الیاف تک جهتِ و دو جهتِ ساخته شده از شیشه، کربن و آرامید استفاده شده است. نمونه‌ها در 9 محیط مختلف قرار داده شدند. این محیط‌ها با استفاده از 4 ماده شیمیایی مختلف با PHهای 12.5، 10، 7 و 2.5 درصد و جایگزین آب دریا شبیه‌سازی شدند. نمونه‌های FRP اضافی در معرض تابش اشعه ماورای بنفش، دماهای 50 و 60 درجه سانتی‌گراد (140 و220 درجه فارنهایت) با 95% رطوبت نسبی (RH) و خاک حاوی 25% رطوبت و میکروارگانیسم‌های فعال در اتاق‌های ساخته شده ویژه‌ای قرار داده شدند. آزمایش‌های کشش تک محوره بعد از 6000، 12000 و 20000 ساعت بر نمونه‌های تحت کنترل اجرا شدند و ویژگی‌های تنش هر نمونه اندازه‌گیری شد. نتایج، کاهش شدیدی در مقاومت و کرنش نهایی برای FRP های شیشه‌ای به خصوص در محیط‌های با مقدار PH  بالا را نشان داد در حالی که ورقه‌های کربنی و ورقه‌های کربن شیشه‌ای هیبریدی کاهش کمی را در مشخصات مکانیکی نشان می‌دادند.

The demand for fiber-reinforced polymers (FRPs) in rehabilitation of infrastructure is increasing. New techniques use the light weight, high strength, and formability of FRP fabrics and laminates in various concrete retrofitting projects. This paper presents the results of studies on the long-term behavior of different types of FRP laminates produced using the wet lay-up technique. This technique is the most used in field application of FRPs on concrete structures. The scope of the paper is limited to only one mode of failure: laminate failure. It is noted that another form of failure is the bond at the interface. This mode of failure is currently under investigation at the University of Arizona. A total of 525 specimens were prepared using one type of epoxy and seven different types of fabrics. Unidirectional and bidirectional fabrics made from glass, carbon, and aramid were used in this study. The samples were exposed to nine different environments. These environments were simulated using four different chemical solutions with a pH of 12.5, 10, 7, and 2.5 and substitute seawater. Additional FRP samples were exposed to ultraviolet (UV) radiation, temperatures of 60 and 50°C (140 and 122°F) with 95% relative humidity (RH), and soil with 25% moisture content and active microorganisms in specially constructed chambers. Uniaxial tension tests were performed on the samples after 6000, 12,000, and 20,000 hours of exposure as well as on control samples; and tensile properties were measured for each specimen. The results showed a significant loss of strength and ultimate strain for glass FRP (GFRP), especially in environments with high pH values, while carbon and hybrid glass carbon laminates showed very little loss of mechanical properties.