環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠在水利工程中的應(yīng)用

王衛(wèi)軍

摘要：環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠具有良好的粘接強度、穩(wěn)定的機械性能、較好的耐介質(zhì)性能等等，所以在各行各業(yè)中具有廣泛的使用。水利工程運用環(huán)氧樹脂粘接膠粘接碳纖維布，能夠很大程度的提高混凝土的力學(xué)性能。文章主要探索環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠在水利工程中應(yīng)用，通過數(shù)學(xué)建模的方式，然后對粘接碳纖維布的混凝土進(jìn)行軸向拉伸實驗，計算粘接膠的粘接性能。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂;粘接膠;碳纖維布;水利工程

中圖分類號：TQ327.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）11-0016-04

碳纖維布由于其強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕、抗疲勞、施工簡便等特點，在結(jié)構(gòu)修復(fù)補強加固中得到了廣泛的應(yīng)用。水利工程是國家比較重要的工程項目，水利工程的質(zhì)量直接關(guān)乎著人名群眾的生命財產(chǎn)安全，事關(guān)國計民生。將碳纖維布運用到水利工程中進(jìn)行加固作用，能讓水利工程的質(zhì)量有所提高，然而將碳纖維布運用于水利工程的混凝土結(jié)構(gòu)中需要用到粘接膠，只有使用粘接膠，才能發(fā)揮碳纖維布的作用，才能提高水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，提高水利工程的質(zhì)量。本文選擇環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠，環(huán)氧粘接膠是使用較為普遍的一種粘接膠。

1粘接膠應(yīng)用于水利工程的粘接強度剪應(yīng)力模型的建立

1.1問題描述

水利工程屬于國家重點的項目，對其質(zhì)量要求比一般的工程較高，需要強大的受力能力，即它的結(jié)構(gòu)組成部分需要具有較強的抵抗能力。碳纖維布對加固水利工程的結(jié)構(gòu)具有很好的增強作用，能夠?qū)︿摻罨炷恋臉O限承載能力起到很好的提高作用。然而將碳纖維布運用于加強混凝土結(jié)構(gòu)能力需要使用粘接膠才能得以實現(xiàn)。

本文選擇的環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠運用到水利工程鋼筋混凝土構(gòu)件中，通過使用粘接膠，將碳纖維布與混凝土可以共同去承受外在的力量，然而對膠層的粘接強度就非常重要了。知道粘接膠的粘接強度和破壞過程能夠?qū)μ祭w維布加固水利工程的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計起到很好的參考作用，所以本文首先對環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠進(jìn)行實驗研究，測量它的力學(xué)性能，為了更好的運用于水利工程中。

本文的測量方式是以力的平衡原理為根據(jù)，通過使用軸向拉伸試驗，從而可以知道碳纖維布的應(yīng)變分布規(guī)律，最后就可以計算出環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠的粘接性能。

1.2實驗假設(shè)及符號說明

在進(jìn)行實驗之前，需要對該實驗做幾點假設(shè)，首先實驗的試樣只存在軸力。然后如圖1所示，試樣的粘接剪切應(yīng)力是均勻分布的，圖中，T₁、T₂和T的應(yīng)力合力都是通過中心對稱的。最后就是假設(shè)碳纖維本構(gòu)關(guān)系服從胡克定律。

T₁、T₂為正應(yīng)力合力;

T為剪應(yīng)力合力;

ε₁、ε₂為兩個測點處的應(yīng)變;

b為碳纖維布的寬度;

t_f為碳纖維布的厚度;

E_f為碳纖維布的彈性模量;

d_x為微段的距離。

1.3模型建立

由圖1可知：T₁-T₂=F

其中：

通過對剪應(yīng)力模型的建立，在對水利工程中運用環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠的粘接性能測試就可以利用到上述公式。接下來近進(jìn)行拉伸試驗，測量粘接膠的粘接性能。

2粘接膠應(yīng)用于水利工程的粘接強度試驗研究

2.1試樣的制作過程

將環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠運用于水利工程的混凝土柱上，用來加固混凝土柱，首先澆筑成型混凝土試樣，然后在其兩側(cè)將碳纖維布粘接在上面，在混凝土柱的端部多留一些碳纖維布，如圖2所示，其目的在于夾具對其固定時能夠更加的方便，能夠起到拉伸的作用。實驗中所使用的碳纖維布的各種性能如下表1所示?；炷恋脑O(shè)計標(biāo)號為C40，其混凝土柱試樣的尺寸為10×10×30cm³。

在對混凝土的表面粘貼碳纖維布時，該過程的好壞直接關(guān)系著實驗結(jié)果，所以在進(jìn)行該粘貼步驟時要非常的細(xì)心，要注意一下幾點。

1）粘接面要進(jìn)行清洗，還要待完全的干燥。

2）環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠與固化劑的比例和用量要準(zhǔn)確，并要將其進(jìn)行充分的融合，在涂抹粘接膠時要均勻涂抹，不能出現(xiàn)粘接膠厚度不均勻的現(xiàn)象。

3）環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠有使用時間限制，必須要在該限制時間內(nèi)將其用完，不然會影響到粘接性能。

4）將碳纖維布粘貼在混凝土上時，要用滾筒進(jìn)行壓平，碳纖維布下面不能出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象，否則影響粘接強度。制作完成后需要養(yǎng)護(hù)一周，不能立馬用于實驗。其中粘接應(yīng)變片的布置如圖3所示。

2.2實驗過程

實驗所使用到的儀器就是電子萬能實驗機和應(yīng)力測量系統(tǒng)，將試樣放人試驗機夾具上，如圖4所示，然后還要將應(yīng)變片與記錄系統(tǒng)進(jìn)行連接，應(yīng)變測量系統(tǒng)如圖5所示。然后萬能試驗機對試樣加載，并且記錄每個點的應(yīng)變。從而可以通過剪應(yīng)力公式計算出粘接強度。

2.3實驗結(jié)果

通過上述實驗可得出在不同荷載時，不同位置的應(yīng)變數(shù)據(jù)如表2所示。萬能試驗機對試樣加載時通過勻速的方式。在實驗過程中，當(dāng)加載到15kN之前，所使用的環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠的地方并沒有什么不妥之處，然而當(dāng)荷載加到15kN時，碳纖維布與混凝土粘接面開始出現(xiàn)了破壞的現(xiàn)象。從萬能試驗機的顯示屏也可以看出荷載開始沒有勻速增加，而是處于一種浮動狀態(tài)，也可以證明此事的粘接面開始出現(xiàn)破壞。

圖6是通過表2所制作的折線圖，從圖中可以看出，與其他位置相比，試樣端部的應(yīng)變比較大;試樣在不同的荷載下，其應(yīng)變都是呈現(xiàn)上升的狀態(tài)，不同點就是荷載不同，其上升的程度是不一樣的。

上述得到的數(shù)據(jù)不利于通過剪應(yīng)力模型計算粘接膠的粘接強度，于是根據(jù)王樹森等人的研究，用MATLAB軟件進(jìn)行函數(shù)精度擬合。根據(jù)不同的荷載，擬合后的函數(shù)關(guān)系如下所示：

于是可以將上述公式帶人剪應(yīng)力模型中，從而得出不同點的剪切應(yīng)力。表3就是不同荷載不同位置的應(yīng)力結(jié)果。

圖7為表3的直線圖，從圖7中可以看出，與圖6一樣，在試樣的端部其應(yīng)力比其他地方的都大，每個不同的荷載情況，其應(yīng)力都是呈現(xiàn)出上升的狀態(tài)，荷載不同，上升的程度也會不一樣。

通過對應(yīng)力的計算，可以分析出環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠的破壞荷載為15kN，應(yīng)變?yōu)?57，通過剪應(yīng)力模型可得出粘接膠的剪切應(yīng)力為2.39MPa。

3結(jié)語

綜上所示，環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠在運用于水利工程需要注意的事項比較多，不能隨便的進(jìn)行粘接。通過數(shù)學(xué)建模的方式和實驗研究的方式，分析環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠運用于水利工程的混凝土柱的粘接性能，實驗結(jié)果表明，粘接膠的破壞荷載為15kN，應(yīng)變?yōu)?57，剪切應(yīng)力為2.39MPa，其粘接膠的性能比較好。文章研究的是混凝土柱用環(huán)氧樹脂粘接膠粘接碳纖維布，其還可以用于水利工程其他的混凝土結(jié)構(gòu)中。所以，該種粘接膠運用于水利工程能夠提高混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能，從而提高水利工程的質(zhì)量安全。