在過去的三十年里，纖維增強聚合物（FRP）在土木工程中的應用越來越廣泛，因為與混凝土和鋼材等傳統建筑材料相比，FRP具有優越的性能。然而，由于越來越多的石油基材料的使用導致了二氧化碳過度的排放，環境問題日益嚴重，建筑業的一個新趨勢是減少碳排放。

在生物基復合材料的制造中，天然纖維可能會替代合成纖維。但是，耐火性差和高易燃性是FRP，尤其是生物基FRP的兩個主要問題，限制了其在結構中的應用。

與傳統建筑材料相比，FRP的性能隨著溫度的變化而劇烈波動，必須使用規定的測試程序進行適當測試。雖然目前對于在環境溫度下FRP性能的表征已經相當普遍，但對于描述在升高溫度下FRP性能的試驗方法子相對較少。

研究進展

在最近發表在開放獲取雜志《Polymer》上的一篇綜述文章中，研究人員討論了高溫下纖維增強聚合物基復合材料表征的測試過程。在該項研究中，研究人員討論了各種高溫下評估FRP材料性能的測試方法和過程，討論了最合適的試樣環境、試驗制度、試驗方法以及與高溫試驗相關的其他問題。

此外，在一項案例研究中，使用典型的FRP試樣證明了建議的試驗方法的適用性，還強調了用于測量生物基FRP復合材料高溫性能的特定試驗方法的適用性。

研究人員詳細分析了現行標準（包括國際標準化組織ISO標準和美國材料試驗協會ASTM）中定義的試驗方法和程序。該團隊描述了在20至600°C的溫度范圍內，FRP（包括生物基FRP）的高溫材料特性的最合適測試方法。

制造 FRP 試樣的固化系統， (a) 環氧樹脂填充物、(b) 鋼絲、(c) 鋼框架和 (d) 試樣

通過對多種測試方法進行審查，評估了FRP機械和熱性能。此外，還討論了在高溫下表征FRP重要材料特性的最合適試驗方法。

測試結果

在20至200°C的溫度范圍內，粘合強度侵蝕迅速，近表面安裝（NSM）FRP在200°C時僅保留其初始強度的20至30%。根據測試結果，環氧樹脂在大約400°C的溫度下開始燃燒，導致FRP混凝土粘結受損。

碳纖維增強塑料（CFRP）帶在400°C時，碳纖維增強塑料棒在300°C時，粘結強度最小。混凝土在90天后和28天后的抗壓強度分別為50 MPa和48 MPa。CFRP試樣的模量和強度在20至300°C之間逐漸降低，在室溫試驗中，NSM CFRP條的拉伸強度和彈性模量分別為1641 MPa和150.8 GPa，而CFRP桿的可比值分別為1577 MPa和130.9 GPa。

高溫下 FRP 復合材料強度試驗的試驗裝置

幾項研究報告稱，由于生物基復合材料具有類似的結構，因此可以使用樣本條件、錨固系統、加熱和加載速率以及其他因素的程序和指南對生物基FRP進行性能測試，以生成20至600°C溫度范圍內的合適材料性能數據。

試驗中的高溫性能數據可用于將相關性能關系輸入數值模型，以預測生物基FRP在各種火災暴露情況下的性能。

主要結論

該項研究討論了評估FRP在高溫下的機械和熱性能的試驗程序和方法。根據研究文獻，推薦了FRP高溫材料特性的最合適試驗程序。在當前的規范和標準中，未發現明確的測試方法或程序適用于在20至600°C的溫度范圍內表征生物基和FRP的高溫性能。

為了在20至600°C的溫度范圍內表征生物基和傳統FRP復合材料的材料性能，可以使用基于已發表文獻和現行標準中試驗方法審查的有效試驗程序。案例研究表明，評估FRP機械和熱性能的推薦試驗方法可用于準確評估其高溫性能，而傳統FRP的案例研究表明，推薦的測試方法能夠捕捉高溫下熱性能和機械性能的變化。

參考來源：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).