粘結纖維復合材加固用環(huán)氧結構膠力學性能研究

粘結纖維復合材加固用環(huán)氧結構膠力學性能研究

0建筑物的普遍存在,是造成嚴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，導致建筑物的力學能力和壽命短效。此外，它還存在隨機噪聲的風險。我國20世紀七八十年代修建的建筑物大多面臨這一嚴峻問題。如果全部推倒重建,太耗費人力物力財力。為解決這一難題,衍生出一種新型技術———建筑加固技術建筑加固是利用粘貼纖維布復合材、粘貼鋼材、高壓灌漿、錨固植筋等方法對建筑裂縫進行加固改造,最常見的建筑結構膠是環(huán)氧建筑結構膠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;環(huán)氧樹脂(EP2):6101,工業(yè)級;稀釋劑:丁基縮水甘油醚(BGE),501,工業(yè)級,岳陽巴陵華興石化有限公司;硅烷偶聯(lián)劑:KH-560,工業(yè)級,浙江沸點化工有限公司;增韌劑:端環(huán)氧醚,工業(yè)級;固化劑:改性酚醛胺,工業(yè)級;填料:400目硅微粉,工業(yè)級;消泡劑:市售。1.2試驗設備UTM6503電子萬能試驗機,深圳三思縱橫科技股份有限公司;WDW-100E微機控制電子式萬能試驗機,濟南試金集團有限公司。1.3試驗準備1.3.1活性稀釋劑的篩選由于影響結構膠力學性能的因素較多,為全面有效考查各因素的影響,本研究采用正交試驗設計,分別對活性稀釋劑501、端環(huán)氧醚增韌劑、改性酚醛胺固化劑、填料硅微粉用量(質量份)4個因素進行考查,其中每個因素選擇3個水平,具體因素和水平見表1。采用正交表L1.3.2拉伸剪切強度結構膠的制備工藝流程見圖1。試驗模具制備:模具形狀和尺寸按GB/T2567—2008《樹脂澆鑄體性能試驗方法》和GB/T7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定(剛性材料對剛性材料)》規(guī)定,采用451.4抗拉、抗壓、力剪裂試驗(1)抗拉強度、斷裂伸長率、抗壓強度、抗彎強度按GB/T2567—2008采用萬能試驗機進行測定,抗拉、抗壓、抗彎試驗速度為2mm/min。(2)鋼對鋼拉伸抗剪強度:按GB/T7124—2008標準,采用微機控制電子萬能試驗機進行測試,拉伸抗剪試驗速率為8mm/min。2結果與討論2.1拉伸斷裂強度試驗正交試驗設計和測試結果見表2。結合表2可知,在本試驗研究因素范圍內(nèi),抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度和拉伸剪切強度遠優(yōu)于Ⅰ類A級結構膠的要求,只有斷裂伸長率不能全部達標。2.2各因素對結構膠拉伸性能的影響正交試驗結果極差分析見表3。從表3可以看出:(1)各因素對抗拉強度的影響順序是:A>B>C>D,即活性稀釋劑BGE對抗拉強度影響最大,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BGE為15份、增韌劑為5份、固化劑為25份、硅微粉為140份時,結構膠的抗拉強度最優(yōu)。這是因為在非真空條件下制備黏稠的結構膠時,各組分混合攪拌會將空氣卷入膠體中,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),二者能有效降低結構膠的黏度,有利于氣泡在發(fā)生固化反應前逸散出來,使結構膠的抗拉強度提高。(2)各因素對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)各因素對抗壓強度、抗彎強度的影響順序分別為:C>B>D>A、C>B>A>D,即固化劑對抗壓、抗彎強度影響最大,增韌劑次之?？箟簭姸鹊淖顑?yōu)組合為C1B1D2A1,即當固化劑為25份、增韌劑為2.5份、硅微粉為140份、BGE為10份時,結構膠的抗壓強度最優(yōu);抗彎強度的最優(yōu)組合為C3B2A3D3,即當固化劑為35份、增韌劑為5份,BGE為15份,硅微粉為160份時,結構膠的抗彎強度最優(yōu)。(4)各因素對鋼對鋼拉伸抗剪強度的影響順序為:A>B≈D>C,即稀釋劑對拉伸抗剪強度影響最大,增韌劑、填料、固化劑作用依次減弱。最優(yōu)組合為A3B1D3C2,即當BGE為15份、增韌劑為2.5份、硅微粉為160份、固化劑為30份時,結構膠的拉伸剪切強度最優(yōu)。當BGE摻量較多時,能有效降低結構膠的黏度,有利于消除結構膠氣泡,使結構膠的結構更加完善,因此拉伸剪切強度高。圖2是結構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,長短鏈連接點代表化學硬質交聯(lián)點圖2(a)中短鏈和交聯(lián)點比較少,是當固化劑摻量較少時的模型,此時的網(wǎng)狀結構有較大的柔性,受拉或受壓時均能產(chǎn)生較大的變形。圖2(b)中短鏈和交聯(lián)點多,是固化劑摻量較多時的模型,此時交聯(lián)點密集,網(wǎng)狀結構牢固,需受較大的拉力或壓力才能產(chǎn)生一定的變形。抗壓強度是用受到的最大壓應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。當添加較少固化劑的結構膠受到壓力時,會產(chǎn)生較大的變形,即橫截面積會變大,要使構膠發(fā)生破壞,需施加比原始截面積破壞力更大的壓力,所以抗壓強度會較大。而抗彎強度的一側受到壓應力作用,另一側受到拉應力作用,當固化劑含量較多時,結構膠的網(wǎng)狀結構更加穩(wěn)定,需要較大的力才能發(fā)生破壞,因此抗彎強度較大。3影響最大的影響(1)在試驗選定體系下,活性稀釋劑BGE對結構膠抗拉強度、斷裂伸長率、拉伸抗剪強度影響最大,固化劑對結構膠的抗壓強度、抗彎強度影響最顯著。(2)在試驗研究因素范圍內(nèi),當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