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環(huán)氧樹脂基碳纖維布粘接膠在水利工程中的應用

2019-01-03 09:20王衛(wèi)軍
粘接 2019年11期
關(guān)鍵詞:環(huán)氧樹脂水利工程

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用,通過數(shù)學建模的方式,然后對粘接碳纖維布的混凝土進行軸向拉伸實驗,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文獻標識碼: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)修復補強加固中得到了廣泛的應用。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粘接膠應用于水利工程的粘接強度剪應力模型的建立

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行實驗研究,測量它的力學性能,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,試樣的粘接剪切應力是均勻分布的,圖中,T1、T2和T的應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為正應力合力;

T為剪應力合力;

ε1、ε2為兩個測點處的應變;

b為碳纖維布的寬度;

tf為碳纖維布的厚度;

Ef為碳纖維布的彈性模量;

dx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。接下來近進行拉伸試驗,測量粘接膠的粘接性能。

2粘接膠應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,所以在進行該粘貼步驟時要非常的細心,要注意一下幾點。

1)粘接面要進行清洗,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確,并要將其進行充分的融合,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)護一周,不能立馬用于實驗。其中粘接應變片的布置如圖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,然后還要將應變片與記錄系統(tǒng)進行連接,應變測量系統(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變。從而可以通過剪應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,試樣端部的應變比較大;試樣在不同的荷載下,其應變都是呈現(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力模型中,從而得出不同點的剪切應力。表3就是不同荷載不同位置的應力結(jié)果。

圖7為表3的直線圖,從圖7中可以看出,與圖6一樣,在試樣的端部其應力比其他地方的都大,每個不同的荷載情況,其應力都是呈現(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,應變?yōu)?57,通過剪應力模型可得出粘接膠的剪切應力為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,不能隨便的進行粘接。通過數(shù)學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,應變?yōu)?57,剪切應力為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)件的力學性能,從而提高水利工程的質(zhì)量安全。

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