環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在水利工程中的應(yīng)用

1、環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在水利工程中的應(yīng)用摘要：環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑具有非常強(qiáng)的粘接力，耐腐蝕性及介電性能也很好。將其運(yùn)用于水利工程的混凝土中能夠起到加固混凝土構(gòu)件的作用。所以文章將環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑用于水利工程的混凝土中研究其表現(xiàn)性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究的方法，研究?jī)?nèi)嵌式碳纖維混凝土使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑后的壓縮強(qiáng)度、分裂拉伸強(qiáng)度和彈性模量。結(jié)果說(shuō)明，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑與水泥基膠粘劑相比具有更好的性能;當(dāng)溫度到達(dá)一定范圍后，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的性能將會(huì)降低;當(dāng)暴露于高溫的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)后，混凝土的壓縮強(qiáng)度、彈性模量和開(kāi)裂拉伸強(qiáng)度下降更多。關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑;水利工程;混凝土;內(nèi)嵌式碳纖維中圖分類(lèi)號(hào)：TQ437文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章

2、編號(hào)：1001-5922202108-0015-05近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越重視所有類(lèi)型的水利工程建筑物的修復(fù)和翻新，而不是撤除和重建，混凝土結(jié)構(gòu)也不例外。水利工程中有些建筑面臨的一個(gè)問(wèn)題是暴露在高溫下，它們應(yīng)具有足夠的結(jié)構(gòu)耐火性以承受這種情況，以免建筑發(fā)生危險(xiǎn)造成重大事故【1】。最近，很多學(xué)者對(duì)內(nèi)嵌式碳纖維的使用進(jìn)行了大量研究，并且已經(jīng)對(duì)粘合性能、剪切和彎曲強(qiáng)化進(jìn)行了研究【2】。使用內(nèi)嵌式碳纖維加固混凝土的研究也有很多，會(huì)對(duì)這種混凝土進(jìn)行性能試驗(yàn)，得出混凝土的力學(xué)強(qiáng)度【3】。內(nèi)嵌式碳纖維加固混凝土在水利工程中運(yùn)用也較多【4】。但是內(nèi)嵌式碳纖維加固鋼筋混凝土?xí)r需要用到膠粘劑，當(dāng)受損的混凝土使用環(huán)氧樹(shù)

3、脂膠粘劑進(jìn)行粘接時(shí)其受溫度的影響的研究較少。作者將會(huì)研究環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在水利工程中應(yīng)用，通過(guò)拉拔試驗(yàn)來(lái)研究其使用過(guò)程中受溫度影響的粘接性能，并且還會(huì)與水泥基膠粘劑進(jìn)行比較，得出環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在水利工程中的應(yīng)用效果。1實(shí)驗(yàn)局部1.1主要材料規(guī)定了混凝土35MPa的目標(biāo)壓縮強(qiáng)度，采用尺寸為lOOmmx200mm的圓筒，其混凝土平均劈裂拉伸強(qiáng)度為3.56MPa，28d的平均彈性模量是27.8GPa。使用研磨機(jī)對(duì)混凝土圓筒的頂部和底部外表進(jìn)行平整，以在混凝土外表上提供均勻的應(yīng)力分布。按重量計(jì)采用以下比例：1水泥、1.67細(xì)集料、2.73粗集料。水/水泥比為0.57，坍落度為約80mm。固化28天后，將

4、混凝土棱柱在環(huán)境溫度約19-22。C和相對(duì)濕度約63%下放置在實(shí)驗(yàn)室中90d，直到它們準(zhǔn)備好加熱、修復(fù)，然后測(cè)試。拉拔試驗(yàn)時(shí)混凝土的平均抗壓強(qiáng)度、彈性模量和劈裂拉伸強(qiáng)度分別為41.43Mpa，29.5GPa和4.3MPa。本研究采用具有剝離層的單向碳纖維層合板，去除保護(hù)層后外表紋理粗糙。碳纖維層合板的尺寸為20mmxl.4mm，有效粘接長(zhǎng)度為175mm，碳纖維壓層板的性能如表1所示。該表中將實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的數(shù)據(jù)與制造商的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比照，發(fā)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)一致。環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑用于碳纖維層壓系統(tǒng)，以使用內(nèi)嵌式方法將碳纖維條帶粘合到混凝土基材上。環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的性能如表2所示。1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑

5、研究?jī)?nèi)嵌式碳纖維帶與暴露于高溫下的混凝土之間的粘合行為，以及在暴露于200qC、400qC和600。C的溫度下使用單搭接剪切測(cè)試的高溫對(duì)直接拉伸強(qiáng)度值的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案【5】。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，加熱對(duì)粘接強(qiáng)度行為的影響是基于實(shí)驗(yàn)室鑄造的12個(gè)受損混凝土棱柱，并與未暴露于熱量的參考物進(jìn)行比較。所有棱柱的長(zhǎng)度均為250mm，正方形橫截面為75mmx75mm.設(shè)計(jì)混凝土棱柱以接近單搭接剪切試驗(yàn)的設(shè)置。棱柱用鉻合金-KK熱電偶測(cè)量。在暴露于加熱期間，僅有一個(gè)附著在混凝土棱柱的外表上以測(cè)量混凝土外表上的溫度。為此，發(fā)現(xiàn)ATENA-GiD取決于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量的溫度，如圖1所示。在固化90d后，混凝土棱柱暴露在

6、溫度為200、400和600qC中，在大型爐中進(jìn)行兩次暴露th和2h。所有混凝土棱柱在iS0-834標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間溫度曲線(xiàn)下加熱。圖1顯示目標(biāo)溫度合理地遵循IS0-834火焰曲線(xiàn)。另外，將9個(gè)尺寸為lOOmmx200mm的混凝土圓筒加熱至每個(gè)水平，以獲得加熱后混凝土的壓縮強(qiáng)度，彈性模量和劈裂強(qiáng)度，并預(yù)測(cè)高溫對(duì)機(jī)械性能的影響。記錄兩個(gè)系列的剩余直接拉伸強(qiáng)度值，一個(gè)用于參考，一個(gè)用于使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑用內(nèi)嵌式碳纖維修復(fù)的受損混凝土棱柱。表3中描述了這些組。樣品標(biāo)識(shí)“R的第一個(gè)字母表示尺寸為1.4mmx20mm的粗糙碳纖維帶;第二個(gè)字母“E表示環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑;數(shù)字“25表示沒(méi)有加熱的樣品;數(shù)字“200、“

7、400和“600表示以攝氏度為單位的溫度;1h和2h表示小時(shí)數(shù);“A和“B指的是第一和第二標(biāo)本。在將樣品暴露于加熱之后，通過(guò)將平均最大拉出力除以膠粘劑材料和碳纖維帶之間的接觸面積2mmx20mmx175mm來(lái)計(jì)算最大粘合強(qiáng)度。其中“2是碳纖維帶的兩個(gè)面，包括粘合材料和碳纖維帶之間的接觸面積;“20是條帶寬度，“175是碳纖維條帶和混凝土基材之間的粘合長(zhǎng)度。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論為了更好地了解環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在水利工程混凝土中的應(yīng)用性能，考慮應(yīng)用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的內(nèi)嵌式碳纖維混凝土在受到熱損傷后的性能，首先要研究受高溫的混凝土的力學(xué)性能。在本研究中，研究了高溫對(duì)加熱后混凝土的壓縮強(qiáng)度、彈性模量和劈裂強(qiáng)度的

8、影響。圖2顯示了暴露時(shí)間為2h的剩余壓縮和拉伸強(qiáng)度的結(jié)果。但是，圖3顯示了2h后的剩余彈性模量的結(jié)果。從結(jié)果可以清楚地看出，當(dāng)加熱暴露時(shí)間增加時(shí)，壓縮強(qiáng)度、彈性模量和分裂拉伸強(qiáng)度下降更多，彈性模量和劈裂拉伸強(qiáng)度對(duì)加熱比壓縮強(qiáng)度更敏感。2.1暴露于200后樣品的粘合強(qiáng)度在第一階段lh中，碳纖維層壓材料與環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的剩余粘合強(qiáng)度的百分比為94%。在第二階段2h中，使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的碳纖維層壓板的剩余粘合強(qiáng)度的百分比為86%。表3中描述了這些組。結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)試樣暴露于200時(shí)，剩余強(qiáng)度略有下降。這說(shuō)明當(dāng)試樣暴露于200時(shí)，混凝土的剛度幾乎不受影響。很明顯，在100和200之間的較低溫度下，與在

9、環(huán)境溫度25下的初始值相比，彈性模量略微降低。盡管環(huán)氧膠和水泥基膠粘劑的粘接強(qiáng)度降低有相似之處，但用環(huán)氧膠粘劑修復(fù)碳纖維帶的效果按平均順序排列為最高。由于環(huán)氧膠粘劑的優(yōu)異性能以及碳纖維帶、環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑與混凝土外表之間的吸引力，使粘接強(qiáng)度到達(dá)最大值。此外，碳纖維帶的外表狀況對(duì)環(huán)氧膠粘劑的摩擦力的影響大于水泥基膠粘劑。2.2暴露于400后樣品的粘合強(qiáng)度當(dāng)溫度升至400時(shí)，使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的碳纖維層壓板修復(fù)的剩余粘合強(qiáng)度值在1h后為79%。2h后，使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的碳纖維層壓板修復(fù)的剩余粘合強(qiáng)度值為75%。表3中描述了這些組樣。從結(jié)果可以明顯看出，與200暴露相比，暴露于400的溫度后，環(huán)氧樹(shù)

10、脂膠粘劑的粘合強(qiáng)度分別降低10%-15%，持續(xù)1h和2h。盡管粘合強(qiáng)度的降低趨于一致，但使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的碳纖維帶修復(fù)顯示出優(yōu)異的性能，并且根據(jù)平均最大粘合強(qiáng)度具有最高等級(jí)，而水泥基膠粘劑顯示出最差的性能，并且由于與水泥基膠粘劑相比，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑具有優(yōu)越的性能。此外，隨著壓縮和分裂強(qiáng)度的降低，混凝土的剛度降低。很明顯，彈性模量似乎隨著溫度大致線(xiàn)性降低，特別是當(dāng)T>300時(shí)，當(dāng)溫度升高到400時(shí)，混凝土的粘接強(qiáng)度和剛度降低更多。這意味著在此溫度下加熱混凝土受到的影響更大。2.3暴露于600后樣品的粘合強(qiáng)度當(dāng)溫度升至600時(shí)，1h后用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的碳纖維層壓板的試樣殘留粘合強(qiáng)度為49%

11、。但是，2h后試樣的殘留粘合強(qiáng)度為41%。表3中描述了這些組。可以看出，加熱到600的樣品的粘合強(qiáng)度分別在一小時(shí)和兩小時(shí)后降低了45%，比加熱到200的樣品的降低幅度大得多。另一方面，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在1h和2h后的粘合強(qiáng)度分別降低30%-36%.比加熱到400的樣品的粘合強(qiáng)度大大降低。從這些結(jié)果可以清楚地看出彈性模量的降低。在普通強(qiáng)度混凝土中，可歸因于混凝土微觀(guān)結(jié)構(gòu)中的過(guò)度熱應(yīng)力和物理化學(xué)變化，混凝土在600下的剛度降低明顯是由于混凝土的微觀(guān)結(jié)構(gòu)損壞隨溫度升高。2.4失效模型使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在常溫下觀(guān)察到的所有試樣的失效模式是沿著粘合長(zhǎng)度在碳纖維帶狀環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑和混凝土基板之間的界面區(qū)域剝

12、離。這種破壞模式與粘合劑外表上的開(kāi)裂和混凝土的一局部別離以及隨后在混凝土外表開(kāi)裂有關(guān)。當(dāng)試樣暴露于200時(shí)，失效模式與常溫下的試樣相似，只是由于暴露于加熱，混凝土外表上的裂縫數(shù)量增加。在此溫度下，由于周?chē)炷恋膬?nèi)嵌式技術(shù)有足夠的限制，因此使用了碳纖維帶的全部容量。400的失效模式是混凝土塊的開(kāi)裂和碳纖維帶、環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑和混凝土之間的界面區(qū)域的剝離。當(dāng)試樣暴露于600時(shí)，失效模式是混凝土塊的破裂，這導(dǎo)致試驗(yàn)終止而在粘合區(qū)中沒(méi)有觀(guān)察到任何失效。裂縫沿著混凝土棱柱外表廣泛分布，混凝土塊中的裂縫是由于試樣暴露于高溫和加熱后混凝土的機(jī)械性能下降?；诖?，當(dāng)溫度升高時(shí)，發(fā)現(xiàn)在混凝土塊中發(fā)生破壞模式而在

13、粘合區(qū)域沒(méi)有任何失效。3結(jié)語(yǔ)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑引起具有良好的性能，在水利工程中能發(fā)揮較好的作用。將環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑用于水利工程混凝土結(jié)構(gòu)中，因其粘接性能強(qiáng)大，能夠加強(qiáng)混凝土的穩(wěn)固性。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究的方法，分析了環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑用于內(nèi)嵌式碳纖維混凝土種受溫度影響的性能。分別放于常溫、200、400、600的溫度條件下觀(guān)察環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在水利工程混凝土中的性能，并且與水泥基膠粘劑進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑具有更加優(yōu)越的性能。而且當(dāng)加熱暴露時(shí)間增加時(shí)，壓縮強(qiáng)度、彈性模量和劈裂拉伸強(qiáng)度下降更多，彈性模量和分裂拉伸強(qiáng)度對(duì)加熱比壓縮強(qiáng)度更敏感。由于環(huán)氧膠粘劑的優(yōu)異性能以及碳纖維帶、環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑與混凝土外表之間的吸引力，使粘接強(qiáng)度到達(dá)最大值。此外，碳纖維帶的外表狀況對(duì)環(huán)氧膠粘劑的摩擦力的影響大于水泥基膠粘劑。當(dāng)溫度越來(lái)越高時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的粘接強(qiáng)度會(huì)下降得越快。參考文獻(xiàn)【1】張文淵.環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在混凝土工程加固中的應(yīng)用J.河南建材，2021，2：43-43.【2】尚守平，呂軍在，環(huán)氧樹(shù)脂膠泥在混凝土抗?jié)B試驗(yàn)中的應(yīng)用J.建筑結(jié)構(gòu)，2021，2：26-29.【3】余益斌.環(huán)氧樹(shù)脂建筑結(jié)構(gòu)膠的耐熱性研究D.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2021.【4】張濤，郭雙，新型NE環(huán)氧樹(shù)脂砂漿的研制及其在水利水電工程中的應(yīng)用J.新型建筑材料，2021，3811：