關(guān)于鋼筋應力應變測試復合材料力電性能的試驗研究

[摘要]鋼筋混凝土結構中鋼筋應力,在使用階段很難檢測。普通的應變片應用范圍有限,極容易在施工中損壞,探求一種新型的傳感元件是改革鋼筋應力測試的基礎。
[關(guān)鍵詞]復合樹(shù)脂 傳感元件 壓阻效應
　　
　　一、材料特性及制做工藝
　　環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑是由廣州市東方化工實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的E-44環(huán)氧樹(shù)脂和EP-型固化劑。納米碳黑為山東淄博華光化工廠(chǎng)生產(chǎn)的HG-IP(黑色粉末),粒徑為33nm,氮吸附比表面積為1056m?2/g,比電阻為0.22o.cm復合樹(shù)脂的制作過(guò)程:第一步,將長(cháng)為200mm的Ф14的光圓鋼筋表面打磨光滑,用無(wú)水乙醇進(jìn)行表面清理,干燥后,將其表面涂上一薄層環(huán)氧樹(shù)脂(加入50%固化劑攪拌均勻的樹(shù)脂)約0.2-0.5mm,確保鋼筋與復合樹(shù)脂絕緣。并在鋼筋表面貼上箔式應變片,型號為:BX120-3AA,浙江黃巖測試儀器廠(chǎng),等固化一天。第二步,稱(chēng)取一定配比的環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑,攪拌均勻,加入稀釋劑和增粘劑,攪拌幾分鐘,再一點(diǎn)點(diǎn)兒的加入納米碳黑,由于納米碳黑質(zhì)輕,易團聚,不易攪拌,加入時(shí)要分若干次加,每次確定已充分攪拌后,再加料。第三步,在鋼筋中段長(cháng)2.5cm的范圍內涂上攪拌充分的復合樹(shù)脂,厚度適當,取約1mm為宜。讓后纏繞銅絲導線(xiàn),四根,內側兩個(gè)相距1cm,外側兩個(gè)相距2cm,最后在復合樹(shù)脂外層纏繞塑料薄膜,待其固化。
　　二、試驗方法及過(guò)程
　　復合樹(shù)脂材料固化3天后測電阻極化曲線(xiàn),固化7天時(shí)測壓阻效應。試驗中所采用的電阻測試方法為四電極法,電阻測量?jì)x器為Agilent Co.Ltd生產(chǎn)的HP34401A數字萬(wàn)用表。加載設備為SANS公司生產(chǎn)的CMT5105型微機控制電子萬(wàn)能試驗機。在測試加拉力之前,先把試件的四個(gè)電極與萬(wàn)用表相接,并用數據線(xiàn)把萬(wàn)用表與計算機聯(lián)通,然后測量零載時(shí)的電組。當顯示的測量電阻達到穩定時(shí)再進(jìn)行壓阻性試驗。加拉力時(shí)以0.5mm/min的速度對試件進(jìn)行軸向拉伸,并通過(guò)計算機實(shí)時(shí)采集電阻,拉力與應變。
　　三、試驗結果與分析
　　作為機敏材料涂層,厚度是個(gè)不可忽視的因素,相同導電材料摻量攪拌均勻的復合樹(shù)脂,不同的厚度電阻差別將很大,本文取B1組進(jìn)行了研究,分三個(gè)厚度:0.5mm,1mm,1.5mm,每個(gè)厚度三個(gè)試件,復合樹(shù)脂涂層的導電性能在相同的配合比時(shí),隨著(zhù)厚度的不同也有較大的差異,涂層比較薄時(shí),電阻較大,隨著(zhù)涂層厚度的增加,電阻逐漸減小,這是由于涂層內部導電路徑隨著(zhù)厚度的變化而發(fā)生改變引起的,環(huán)氧樹(shù)脂是一種熱固性材料,本身是不導電的,在固化劑的作用下,形成空間聚合物結構,納米碳黑的加入,由于納米材料的導電性,使聚合物的電導能力增大,同樣配合比的復合樹(shù)脂,內部的導電通道隨著(zhù)厚度的增加而增多,減少而減少,這是電阻隨厚度的減小而遞增的原因�？紤]使用過(guò)程中的問(wèn)題,如果樹(shù)脂涂層太厚,不容易涂抹均勻,用到結構中后引起的缺陷較大,應力集中嚴重。取約1mm的厚度為宜。
　　環(huán)氧樹(shù)脂的性質(zhì)很大程度上與固化劑有關(guān),固化劑的摻量的多少,對復合樹(shù)脂的電阻值有很大的影響,同時(shí)也會(huì )影響到復合樹(shù)脂的滲流曲線(xiàn),固化劑占環(huán)氧樹(shù)脂的百分比分別為:25%,50%,75%。隨著(zhù)固化劑的含量的減少,電阻整體下降明顯,特別是納米摻量比較低時(shí),電阻值顯數量級低減,隨著(zhù)納米碳黑摻量的增加,這種差異性越來(lái)越小,因為隨著(zhù)納米材料的增多,內部導電通導的密度增大,固化劑的增多或減少只改變內部電路的相對數量,對導電通路的影響減小。

　　復合樹(shù)脂涂層的壓阻效應試驗中取固化劑含量分別為25%和50%的兩組來(lái)進(jìn)行。納米含量為15%的復合樹(shù)脂的壓阻效應很差,取20%,22.5%,25%,27.5%來(lái)研究其機敏性。采用循環(huán)加載,最大加載值分別取30KN、40KN。每個(gè)等級加載五個(gè)循環(huán)。鋼筋為HPB235鋼筋,直徑為14mm,可以計算得其屈服強度f(wàn)?y=32.31KN。加載跨彈性、塑性?xún)蓚�(gè)階段。R0為初始相對穩定電阻值,試驗得到兩組復合樹(shù)脂七天時(shí)的壓阻曲線(xiàn)圖。
　　第一組,固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂之比為0.25:1,從四個(gè)不同納米百分比的復合樹(shù)脂涂層的機敏特性曲線(xiàn)圖中,我們可以看到,在等幅荷載的循環(huán)作用下,復合樹(shù)脂的壓阻曲線(xiàn)和應力應變曲線(xiàn)之間存在良好的映射關(guān)系,隨著(zhù)鋼筋應力的增大,電阻變化率近似線(xiàn)性變化,在四個(gè)不同百分比納米摻量的復合樹(shù)脂中,納米微粒含量為20%和22.5%的兩組曲線(xiàn)比25%和27.5%的兩組曲線(xiàn)線(xiàn)性變化更明顯些。隨著(zhù)納米碳黑含量的增加,電阻變化率的線(xiàn)性變化稍差。
　　第二組,固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂之比為0.5:1,從四個(gè)不同納米百分比構件的壓阻性測試結果曲線(xiàn)圖中,我們可以看出,本組中納米微粒含量為20%的復合樹(shù)脂機敏性變得不穩定,在循環(huán)加載的過(guò)程中,電阻變化率曲線(xiàn)開(kāi)始出現有較大的非線(xiàn)性,22.5%組仍然表現出良好的線(xiàn)性映射關(guān)系,25%、27.5%組隨著(zhù)循環(huán)加卸載電阻率曲線(xiàn)表現也不太穩定,線(xiàn)性映射關(guān)系變差。
　　四、結論
　　1.隨著(zhù)環(huán)氧與固化劑比例的調整,電阻顯規律性的變化,固化劑的含量越大,相同納米碳黑摻量的復合樹(shù)脂電阻就越大,復合樹(shù)脂的電阻隨固化劑的減少而減小,當環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑的比例固定時(shí),電阻的變化隨納米碳黑的摻量的增加而減小,由于制作工藝的限制及材料性質(zhì)的特征知即使同一個(gè)配比的復合樹(shù)脂,電阻值也存在一定的離散性。
　　2.機敏性的表現也隨固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂的百分比及納米碳黑的摻量顯規律性的變化,在兩個(gè)應力水平的等幅循環(huán)荷載作用下,復合樹(shù)脂表現出了力與電阻變化率的良好的映射關(guān)系,當鋼筋由彈性階段進(jìn)入塑性階段的轉變過(guò)程中,應力曲線(xiàn)和電阻變化率曲線(xiàn)及應變曲線(xiàn)表現出良好的對應關(guān)系。隨著(zhù)循環(huán)荷載的作用時(shí)間的增加,當鋼筋出現殘余應變時(shí),電阻變化率也隨之發(fā)生不可逆的變化。
　　3.納米碳黑復合環(huán)氧樹(shù)脂涂層作為鋼筋應力應變的傳感材料是可能的。
　　
　　參考文獻:
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