在过去的三十年里，纤维增强聚合物（FRP）在土木工程中的应用越来越广泛，因为与混凝土和钢材等传统建筑材料相比，FRP具有优越的性能。然而，由于越来越多的石油基材料的使用导致了二氧化碳过度的排放，环境问题日益严重，建筑业的一个新趋势是减少碳排放。

在生物基复合材料的制造中，天然纤维可能会替代合成纤维。但是，耐火性差和高易燃性是FRP，尤其是生物基FRP的两个主要问题，限制了其在结构中的应用。

与传统建筑材料相比，FRP的性能随着温度的变化而剧烈波动，必须使用规定的测试程序进行适当测试。虽然目前对于在环境温度下FRP性能的表征已经相当普遍，但对于描述在升高温度下FRP性能的试验方法子相对较少。

研究进展

在最近发表在开放获取杂志《Polymer》上的一篇综述文章中，研究人员讨论了高温下纤维增强聚合物基复合材料表征的测试过程。在该项研究中，研究人员讨论了各种高温下评估FRP材料性能的测试方法和过程，讨论了最合适的试样环境、试验制度、试验方法以及与高温试验相关的其他问题。

此外，在一项案例研究中，使用典型的FRP试样证明了建议的试验方法的适用性，还强调了用于测量生物基FRP复合材料高温性能的特定试验方法的适用性。

研究人员详细分析了现行标准（包括国际标准化组织ISO标准和美国材料试验协会ASTM）中定义的试验方法和程序。该团队描述了在20至600°C的温度范围内，FRP（包括生物基FRP）的高温材料特性的最合适测试方法。

制造 FRP 试样的固化系统， (a) 环氧树脂填充物、(b) 钢丝、(c) 钢框架和 (d) 试样

通过对多种测试方法进行审查，评估了FRP机械和热性能。此外，还讨论了在高温下表征FRP重要材料特性的最合适试验方法。

测试结果

在20至200°C的温度范围内，粘合强度侵蚀迅速，近表面安装（NSM）FRP在200°C时仅保留其初始强度的20至30%。根据测试结果，环氧树脂在大约400°C的温度下开始燃烧，导致FRP混凝土粘结受损。

碳纤维增强塑料（CFRP）带在400°C时，碳纤维增强塑料棒在300°C时，粘结强度最小。混凝土在90天后和28天后的抗压强度分别为50 MPa和48 MPa。CFRP试样的模量和强度在20至300°C之间逐渐降低，在室温试验中，NSM CFRP条的拉伸强度和弹性模量分别为1641 MPa和150.8 GPa，而CFRP杆的可比值分别为1577 MPa和130.9 GPa。

高温下 FRP 复合材料强度试验的试验装置

几项研究报告称，由于生物基复合材料具有类似的结构，因此可以使用样本条件、锚固系统、加热和加载速率以及其他因素的程序和指南对生物基FRP进行性能测试，以生成20至600°C温度范围内的合适材料性能数据。

试验中的高温性能数据可用于将相关性能关系输入数值模型，以预测生物基FRP在各种火灾暴露情况下的性能。

主要结论

该项研究讨论了评估FRP在高温下的机械和热性能的试验程序和方法。根据研究文献，推荐了FRP高温材料特性的最合适试验程序。在当前的规范和标准中，未发现明确的测试方法或程序适用于在20至600°C的温度范围内表征生物基和FRP的高温性能。

为了在20至600°C的温度范围内表征生物基和传统FRP复合材料的材料性能，可以使用基于已发表文献和现行标准中试验方法审查的有效试验程序。案例研究表明，评估FRP机械和热性能的推荐试验方法可用于准确评估其高温性能，而传统FRP的案例研究表明，推荐的测试方法能够捕捉高温下热性能和机械性能的变化。

参考来源：Kodur, V., Venkatachari, S., Matsagar, V. A., et al. Test Methods for Characterizing the Properties of Fiber-Reinforced Polymer Composites at Elevated Temperatures. Polymers 14(9) 1734 (2022).