環氧樹脂基碳纖維布粘接膠在水利工程中的應用

王衛軍

摘要：環氧樹脂基碳纖維布粘接膠具有良好的粘接強度、穩定的機械性能、較好的耐介質性能等等，所以在各行各業中具有廣泛的使用。水利工程運用環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。文章主要探索環氧樹脂基碳纖維布粘接膠在水利工程中應用，通過數學建模的方式，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。

關鍵詞：環氧樹脂;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、質量輕、耐腐蝕、抗疲勞、施工簡便等特點，在結構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，水利工程的質量直接關乎著人名群眾的生命財產安全，事關國計民生。將碳纖維布運用到水利工程中進行加固作用，能讓水利工程的質量有所提高，然而將碳纖維布運用于水利工程的混凝土結構中需要用到粘接膠，只有使用粘接膠，才能發揮碳纖維布的作用，才能提高水利工程混凝土結構的力學性能，提高水利工程的質量。本文選擇環氧樹脂基碳纖維布粘接膠，環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，對其質量要求比一般的工程較高，需要強大的受力能力，即它的結構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構具有很好的增強作用，能夠對鋼筋混凝土的極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構能力需要使用粘接膠才能得以實現。

本文選擇的環氧樹脂基碳纖維布粘接膠運用到水利工程鋼筋混凝土構件中，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對碳纖維布加固水利工程的混凝土結構設計起到很好的參考作用，所以本文首先對環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，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律，最后就可以計算出環氧樹脂基碳纖維布粘接膠的粘接性能。

1.2實驗假設及符號說明

在進行實驗之前，需要對該實驗做幾點假設，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。最后就是假設碳纖維本構關系服從胡克定律。

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;

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：

通過對剪應力模型的建立，在對水利工程中運用環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。混凝土的設計標號為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系著實驗結果，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，不能出現粘接膠厚度不均勻的現象。

3）環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氣泡現象，否則影響粘接強度。制作完成后需要養護一周，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，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進行連接，應變測量系統如圖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實驗結果

通過上述實驗可得出在不同荷載時，不同位置的應變數據如表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了破壞的現象。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，也可以證明此事的粘接面開始出現破壞。

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，其應變都是呈現上升的狀態，不同點就是荷載不同，其上升的程度是不一樣的。

上述得到的數據不利于通過剪應力模型計算粘接膠的粘接強度，于是根據王樹森等人的研究，用MATLAB軟件進行函數精度擬合。根據不同的荷載，擬合后的函數關系如下所示：

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，其應力都是呈現出上升的狀態，荷載不同，上升的程度也會不一樣。

通過對應力的計算，可以分析出環氧樹脂基碳纖維布粘接膠的破壞荷載為15kN，應變為957，通過剪應力模型可得出粘接膠的剪切應力為2.39MPa。

3結語

綜上所示，環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。通過數學建模的方式和實驗研究的方式，分析環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，實驗結果表明，粘接膠的破壞荷載為15kN，應變為957，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構中。所以，該種粘接膠運用于水利工程能夠提高混凝土構件的力學性能，從而提高水利工程的質量安全。