环氧树脂胶粘剂在水利工程中的应用

蒋金虎 胡光乾

摘要：环氧树脂胶粘剂具有非常强的粘接力，耐腐蚀性及介电性能也很好。将其运用于水利工程的混凝土中能够起到加固混凝土构件的作用。所以文章将环氧树脂胶粘剂用于水利工程的混凝土中研究其表现性能。通过实验研究的方法，研究内嵌式碳纤维混凝土使用环氧树脂胶粘剂后的压缩强度、分裂拉伸强度和弹性模量。结果表明，环氧树脂胶粘剂与水泥基胶粘剂相比具有更好的性能;当温度达到一定范围后，环氧树脂胶粘剂的性能将会降低;当暴露于高温的时间越来越长后，混凝土的压缩强度、弹性模量和开裂拉伸强度下降更多。

关键词：环氧树脂胶粘剂;水利工程;混凝土;内嵌式碳纤维

中图分类号：TQ437

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2019）08-0015-05

近年来，人们越来越重视所有类型的水利工程建筑物的修复和翻新，而不是拆除和重建，混凝土结构也不例外。水利工程中有些建筑面临的一个问题是暴露在高温下，它们应具有足够的结构耐火性以承受这种情况，以免建筑发生危险造成重大事故[1]。最近，很多学者对内嵌式碳纤维的使用进行了大量研究，并且已经对粘合性能、剪切和弯曲强化进行了研究[2]。使用内嵌式碳纤维加固混凝土的研究也有很多，会对这种混凝土进行性能试验，得出混凝土的力学强度[3]。内嵌式碳纤维加固混凝土在水利工程中运用也较多[4]。但是内嵌式碳纤维加固钢筋混凝土时需要用到胶粘剂，当受损的混凝土使用环氧树脂胶粘剂进行粘接时其受温度的影响的研究较少。作者将会研究环氧树脂胶粘剂在水利工程中应用，通过拉拔试验来研究其使用过程中受温度影响的粘接性能，并且还会与水泥基胶粘剂进行比较，得出环氧树脂胶粘剂在水利工程中的应用效果。

1 实验部分

1.1 主要材料

规定了混凝土35MPa的目标压缩强度，采用尺寸为lOOmmx200mm的圆筒，其混凝土平均劈裂拉伸强度为3.56MPa，28d的平均弹性模量是27.8GPa。使用研磨机对混凝土圆筒的顶部和底部表面进行平整，以在混凝土表面上提供均匀的应力分布。按重量计采用以下比例：1（水泥）、1.67（细集料）、2.73（粗集料）。水/水泥比为0.57，坍落度为约80mm。固化28天后，将混凝土棱柱在环境温度（约19-22。C）和相对湿度（约63%）下放置在实验室中90d，直到它们准备好加热、修复，然后测试。拉拔试验时混凝土的平均抗压强度、弹性模量和劈裂拉伸强度分别为41.43Mpa， 29.5GPa和4.3MPa。

本研究采用具有剥离层的单向碳纤维层合板，去除保护层后表面纹理粗糙。碳纤维层合板的尺寸为20mmx l.4mm，有效粘接长度为175mm，碳纤维压层板的性能如表1所示。该表中将实验室测量的数据与制造商的数据进行了对比，发现两种数据一致。环氧树脂胶粘剂用于碳纤维层压系统，以使用内嵌式方法将碳纤维条带粘合到混凝土基材上。环氧树脂胶粘剂的性能如表2所示。

1.2 实验过程

使用环氧树脂胶粘剂研究内嵌式碳纤维带与暴露于高温下的混凝土之间的粘合行为，以及在暴露于200qC、400qC和600。C的温度下使用单搭接剪切测试的高温对直接拉伸强度值的影响进行实验计划[5]。在实验过程中，加热对粘接强度行为的影响是基于实验室铸造的12个受损混凝土棱柱，并与未暴露于热量的参考物进行比较。所有棱柱的长度均为250mm，正方形横截面为75mmx75mm.设计混凝土棱柱以接近单搭接剪切试验的设置。棱柱用铬合金-KK热电偶测量。在暴露于加热期间，仅有一个附着在混凝土棱柱的表面上以测量混凝土表面上的温度。为此，发现ATENA-GiD取决于实验过程中测量的温度，如图1所示。在固化90d后，混凝土棱柱暴露在温度为200℃、400℃和600qC中，在大型爐中进行两次暴露th和2h。所有混凝土棱柱在iS0-834标准时间温度曲线下加热。图1显示目标温度合理地遵循IS0-834火焰曲线。另外，将9个尺寸为lOOmmx200mm的混凝土圆筒加热至每个水平，以获得加热后混凝土的压缩强度，弹性模量和劈裂强度，并预测高温对机械性能的影响。

记录两个系列的剩余直接拉伸强度值，一个用于参考，一个用于使用环氧树脂胶粘剂用内嵌式碳纤维修复的受损混凝土棱柱。表3中描述了这些组。样品标识“R”的第一个字母表示尺寸为1.4mmx20mm的粗糙碳纤维带;第二个字母“E”表示环氧树脂胶粘剂;数字“25”表示没有加热的样品;数字“200”、“400”和“600”表示以摄氏度为单位的温度;1h和2h表示小时数;“A”和“B”指的是第一和第二标本。在将样品暴露于加热之后，通过将平均最大拉出力除以胶粘剂材料和碳纤维带之间的接触面积2mmx20mmx175mm来计算最大粘合强度。其中“2”是碳纤维带的两个面，包括粘合材料和碳纤维带之间的接触面积;“20”是条带宽度，“175”是碳纤维条带和混凝土基材之间的粘合长度。

2 实验结果和讨论

为了更好地了解环氧树脂胶粘剂在水利工程混凝土中的应用性能，考虑应用环氧树脂胶粘剂的内嵌式碳纤维混凝土在受到热损伤后的性能，首先要研究受高温的混凝土的力学性能。在本研究中，研究了高温对加热后混凝土的压缩强度、弹性模量和劈裂强度的影响。图2显示了暴露时间为2h的残余压缩和拉伸强度的结果。但是，图3显示了2h后的残余弹性模量的结果。从结果可以清楚地看出，当加热暴露时间增加时，压缩强度、弹性模量和分裂拉伸强度下降更多，弹性模量和劈裂拉伸强度对加热比压缩强度更敏感。

2.1 暴露于200℃后样品的粘合强度

在第一阶段（lh）中，碳纤维层压材料与环氧树脂胶粘剂的残余粘合强度的百分比为94%。在第二阶段（2h）中，使用环氧树脂胶粘剂的碳纤维层压板的残余粘合强度的百分比为86%。表3中描述了这些组。结果表明，当试样暴露于200℃时，残余强度略有下降。这表明当试样暴露于200℃时，混凝土的刚度几乎不受影响。很明显，在100和200℃之间的较低温度下，与在环境温度（25℃）下的初始值相比，弹性模量略微降低。尽管环氧胶和水泥基胶粘剂的粘接强度降低有相似之处，但用环氧胶粘剂修复碳纤维带的效果按平均顺序排列为最高。由于环氧胶粘剂的优异性能以及碳纤维带、环氧树脂胶粘剂与混凝土表面之间的吸引力，使粘接强度达到最大值。此外，碳纤维带的表面状况对环氧胶粘剂的摩擦力的影响大于水泥基胶粘剂。

2.2 暴露于400℃后样品的粘合强度

当温度升至400℃时，使用环氧树脂胶粘剂的碳纤维层压板修复的残余粘合强度值在1h后为79%。2h后，使用环氧树脂胶粘剂的碳纤维层压板修复的残余粘合强度值为75%。表3中描述了这些组样。从结果可以明显看出，与200℃暴露相比，暴露于400℃的温度后，环氧树脂胶粘剂的粘合强度分别降低10% -15%，持续1h和2h。尽管粘合强度的降低趋于一致，但使用环氧树脂胶粘剂的碳纤维带修复显示出优异的性能，并且根据平均最大粘合强度具有最高等级，而水泥基胶粘剂显示出最差的性能，并且由于与水泥基胶粘剂相比，环氧树脂胶粘剂具有优越的性能。此外，随着压缩和分裂强度的降低，混凝土的刚度降低。很明显，弹性模量似乎随着温度大致线性降低，特别是当T>300℃时，当温度升高到400℃时，混凝土的粘接强度和刚度降低更多。这意味着在此温度下加热混凝土受到的影响更大。

2.3 暴露于600℃后样品的粘合强度

当温度升至600℃时，1h后用环氧树脂胶粘剂的碳纤维层压板的试样残留粘合强度为49%。但是，2h后试样的残留粘合强度为41%。表3中描述了这些组。可以看出，加热到600℃的样品的粘合强度分别在一小时和两小时后降低了45%，比加热到200℃的样品的降低幅度大得多。另一方面，环氧树脂胶粘剂在1h和2h后的粘合强度分别降低30% -36%.比加热到400℃的样品的粘合强度大大降低。从这些结果可以清楚地看出弹性模量的降低。在普通强度混凝土中，可归因于混凝土微观结构中的过度热应力和物理化学变化，混凝土在600℃下的刚度降低明显是由于混凝土的微观结构损坏随温度升高。

2.4 失效模型

使用环氧树脂胶粘剂在常温下观察到的所有试样的失效模式是沿着粘合长度在碳纤维带状环氧树脂胶粘剂和混凝土基板之间的界面区域剥离。这种破坏模式与粘合剂表面上的开裂和混凝土的一部分分离以及随后在混凝土表面开裂有关。当试样暴露于200℃时，失效模式与常温下的试样相似，只是由于暴露于加热，混凝土表面上的裂缝数量增加。在此温度下，由于周围混凝土的内嵌式技术有足够的限制，因此使用了碳纤维带的全部容量。400℃的失效模式是混凝土块的开裂和碳纤维带、环氧树脂胶粘剂和混凝土之间的界面区域的剥离。当试样暴露于600℃时，失效模式是混凝土块的破裂，这导致试验终止而在粘合区中没有观察到任何失效。裂缝沿着混凝土棱柱表面广泛分布，混凝土块中的裂缝是由于试样暴露于高温和加热后混凝土的机械性能下降。基于此，当温度升高时，发现在混凝土块中发生破坏模式而在粘合区域没有任何失效。

3 结语

环氧树脂胶粘剂引起具有良好的性能，在水利工程中能发挥较好的作用。将环氧树脂胶粘剂用于水利工程混凝土结构中，因其粘接性能強大，能够加强混凝土的稳固性。本文通过实验研究的方法，分析了环氧树脂胶粘剂用于内嵌式碳纤维混凝土种受温度影响的性能。分别放于常温、200℃、400℃、600℃的温度条件下观察环氧树脂胶粘剂在水利工程混凝土中的性能，并且与水泥基胶粘剂进行了比较，发现环氧树脂胶粘剂具有更加优越的性能。而且当加热暴露时间增加时，压缩强度、弹性模量和劈裂拉伸强度下降更多，弹性模量和分裂拉伸强度对加热比压缩强度更敏感。由于环氧胶粘剂的优异性能以及碳纤维带、环氧树脂胶粘剂与混凝土表面之间的吸引力，使粘接强度达到最大值。此外，碳纤维带的表面状况对环氧胶粘剂的摩擦力的影响大于水泥基胶粘剂。当温度越来越高时，环氧树脂胶粘剂的粘接强度会下降得越快。

参考文献

[1]张文渊.环氧树脂胶粘剂在混凝土工程加固中的应用[J].河南建材，2001，（2）：43-43.

[2]尚守平，吕军在，环氧树脂胶泥在混凝土抗渗试验中的应用[J].建筑结构，2016，（2）：26-29.

[3]余益斌.环氧树脂建筑结构胶的耐热性研究[D].长沙：湖南大学，2012.

[4]张涛，郭双，新型NE环氧树脂砂浆的研制及其在水利水电工程中的应用[J].新型建筑材料，2011，38（11）：94-97。

[5] Al-Saadi N T K，Al-Mahaidi， Riadh， Abdouka， Kami-ran. Bond behaviour between NSM CFRP strips and con-crete substrate using single-lap shear testing with ce-ment-based adhesives[J].ustralian Journal of StructuralEngineering， 2015， 17（ 1）：28-38.