粘結(jié)纖維復(fù)合材加固用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能研究

粘結(jié)纖維復(fù)合材加固用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能研究

0建筑物的普遍存在,是造成嚴(yán)重的自隨著使用年限的延長，建筑物表面出現(xiàn)裂縫和裂縫，導(dǎo)致建筑物的力學(xué)能力和壽命短效。此外，它還存在隨機(jī)噪聲的風(fēng)險(xiǎn)。我國20世紀(jì)七八十年代修建的建筑物大多面臨這一嚴(yán)峻問題。如果全部推倒重建,太耗費(fèi)人力物力財(cái)力。為解決這一難題,衍生出一種新型技術(shù)———建筑加固技術(shù)建筑加固是利用粘貼纖維布復(fù)合材、粘貼鋼材、高壓灌漿、錨固植筋等方法對(duì)建筑裂縫進(jìn)行加固改造,最常見的建筑結(jié)構(gòu)膠是環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠1測試1.1稀釋劑、增韌劑、固化劑環(huán)氧樹脂(EP1):CYD-128,工業(yè)級(jí);環(huán)氧樹脂(EP2):6101,工業(yè)級(jí);稀釋劑:丁基縮水甘油醚(BGE),501,工業(yè)級(jí),岳陽巴陵華興石化有限公司;硅烷偶聯(lián)劑:KH-560,工業(yè)級(jí),浙江沸點(diǎn)化工有限公司;增韌劑:端環(huán)氧醚,工業(yè)級(jí);固化劑:改性酚醛胺,工業(yè)級(jí);填料:400目硅微粉,工業(yè)級(jí);消泡劑:市售。1.2試驗(yàn)設(shè)備UTM6503電子萬能試驗(yàn)機(jī),深圳三思縱橫科技股份有限公司;WDW-100E微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī),濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司。1.3試驗(yàn)準(zhǔn)備1.3.1活性稀釋劑的篩選由于影響結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能的因素較多,為全面有效考查各因素的影響,本研究采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),分別對(duì)活性稀釋劑501、端環(huán)氧醚增韌劑、改性酚醛胺固化劑、填料硅微粉用量(質(zhì)量份)4個(gè)因素進(jìn)行考查,其中每個(gè)因素選擇3個(gè)水平,具體因素和水平見表1。采用正交表L1.3.2拉伸剪切強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠的制備工藝流程見圖1。試驗(yàn)?zāi)＞咧苽?模具形狀和尺寸按GB/T2567—2008《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》和GB/T7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測定(剛性材料對(duì)剛性材料)》規(guī)定,采用451.4抗拉、抗壓、力剪裂試驗(yàn)(1)抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度按GB/T2567—2008采用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測定,抗拉、抗壓、抗彎試驗(yàn)速度為2mm/min。(2)鋼對(duì)鋼拉伸抗剪強(qiáng)度:按GB/T7124—2008標(biāo)準(zhǔn),采用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試,拉伸抗剪試驗(yàn)速率為8mm/min。2結(jié)果與討論2.1拉伸斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和測試結(jié)果見表2。結(jié)合表2可知,在本試驗(yàn)研究因素范圍內(nèi),抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和拉伸剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)優(yōu)于Ⅰ類A級(jí)結(jié)構(gòu)膠的要求,只有斷裂伸長率不能全部達(dá)標(biāo)。2.2各因素對(duì)結(jié)構(gòu)膠拉伸性能的影響正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析見表3。從表3可以看出:(1)各因素對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響順序是:A>B>C>D,即活性稀釋劑BGE對(duì)抗拉強(qiáng)度影響最大,其次是增韌劑和固化劑,填料硅微粉作用不顯著。最優(yōu)組合為A3B2C1D2,即當(dāng)BGE為15份、增韌劑為5份、固化劑為25份、硅微粉為140份時(shí),結(jié)構(gòu)膠的抗拉強(qiáng)度最優(yōu)。這是因?yàn)樵诜钦婵諚l件下制備黏稠的結(jié)構(gòu)膠時(shí),各組分混合攪拌會(huì)將空氣卷入膠體中,產(chǎn)生氣泡,形成缺陷。而活性稀釋劑BGE和增韌劑的黏度很小,特別是BGE的黏度小于5mPa·s(接近水的黏度),二者能有效降低結(jié)構(gòu)膠的黏度,有利于氣泡在發(fā)生固化反應(yīng)前逸散出來,使結(jié)構(gòu)膠的抗拉強(qiáng)度提高。(2)各因素對(duì)斷裂伸長率的影響順序是:A≈D>B>C,即活性稀釋劑和填料對(duì)斷裂伸長率影響最大,其次是增韌劑,固化劑作用不顯著。最優(yōu)組合為A3D1B3C2,即當(dāng)BGE為15份、硅微粉為120份、增韌劑為7.5份、固化劑為30份(9(3)各因素對(duì)抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度的影響順序分別為:C>B>D>A、C>B>A>D,即固化劑對(duì)抗壓、抗彎強(qiáng)度影響最大,增韌劑次之?？箟簭?qiáng)度的最優(yōu)組合為C1B1D2A1,即當(dāng)固化劑為25份、增韌劑為2.5份、硅微粉為140份、BGE為10份時(shí),結(jié)構(gòu)膠的抗壓強(qiáng)度最優(yōu);抗彎強(qiáng)度的最優(yōu)組合為C3B2A3D3,即當(dāng)固化劑為35份、增韌劑為5份,BGE為15份,硅微粉為160份時(shí),結(jié)構(gòu)膠的抗彎強(qiáng)度最優(yōu)。(4)各因素對(duì)鋼對(duì)鋼拉伸抗剪強(qiáng)度的影響順序?yàn)?A>B≈D>C,即稀釋劑對(duì)拉伸抗剪強(qiáng)度影響最大,增韌劑、填料、固化劑作用依次減弱。最優(yōu)組合為A3B1D3C2,即當(dāng)BGE為15份、增韌劑為2.5份、硅微粉為160份、固化劑為30份時(shí),結(jié)構(gòu)膠的拉伸剪切強(qiáng)度最優(yōu)。當(dāng)BGE摻量較多時(shí),能有效降低結(jié)構(gòu)膠的黏度,有利于消除結(jié)構(gòu)膠氣泡,使結(jié)構(gòu)膠的結(jié)構(gòu)更加完善,因此拉伸剪切強(qiáng)度高。圖2是結(jié)構(gòu)膠固化物的簡易模型,其中長鏈代表的是環(huán)氧樹脂,短鏈表示固化劑,長短鏈連接點(diǎn)代表化學(xué)硬質(zhì)交聯(lián)點(diǎn)圖2(a)中短鏈和交聯(lián)點(diǎn)比較少,是當(dāng)固化劑摻量較少時(shí)的模型,此時(shí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有較大的柔性,受拉或受壓時(shí)均能產(chǎn)生較大的變形。圖2(b)中短鏈和交聯(lián)點(diǎn)多,是固化劑摻量較多時(shí)的模型,此時(shí)交聯(lián)點(diǎn)密集,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)牢固,需受較大的拉力或壓力才能產(chǎn)生一定的變形?？箟簭?qiáng)度是用受到的最大壓應(yīng)力和截面積的比值來表示的,此截面積是受力之前的截面積。當(dāng)添加較少固化劑的結(jié)構(gòu)膠受到壓力時(shí),會(huì)產(chǎn)生較大的變形,即橫截面積會(huì)變大,要使構(gòu)膠發(fā)生破壞,需施加比原始截面積破壞力更大的壓力,所以抗壓強(qiáng)度會(huì)較大。而抗彎強(qiáng)度的一側(cè)受到壓應(yīng)力作用,另一側(cè)受到拉應(yīng)力作用,當(dāng)固化劑含量較多時(shí),結(jié)構(gòu)膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,需要較大的力才能發(fā)生破壞,因此抗彎強(qiáng)度較大。3影響最大的影響(1)在試驗(yàn)選定體系下,活性稀釋劑BGE對(duì)結(jié)構(gòu)膠抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率、拉伸抗剪強(qiáng)度影響最大,固化劑對(duì)結(jié)構(gòu)膠的抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度影響最顯著。(2)在試驗(yàn)研究因素范圍內(nèi),當(dāng)EP1為70份、EP2為30份、BGE為15份、硅微粉為120份、端環(huán)氧醚增韌劑為7.5份、改性酚醛胺