环氧树脂基碳纤维布粘接胶在水利工程中的应用

王卫军

摘要：环氧树脂基碳纤维布粘接胶具有良好的粘接强度、稳定的机械性能、较好的耐介质性能等等，所以在各行各业中具有广泛的使用。水利工程运用环氧树脂粘接胶粘接碳纤维布，能够很大程度的提高混凝土的力学性能。文章主要探索环氧树脂基碳纤維布粘接胶在水利工程中应用，通过数学建模的方式，然后对粘接碳纤维布的混凝土进行轴向拉伸实验，计算粘接胶的粘接性能。

关键词：环氧树脂;粘接胶;碳纤维布;水利工程

中图分类号：TQ327.3文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）11-0016-04

碳纤维布由于其强度高、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、施工简便等特点，在结构修复补强加固中得到了广泛的应用。水利工程是国家比较重要的工程项目，水利工程的质量直接关乎着人名群众的生命财产安全，事关国计民生。将碳纤维布运用到水利工程中进行加固作用，能让水利工程的质量有所提高，然而将碳纤维布运用于水利工程的混凝土结构中需要用到粘接胶，只有使用粘接胶，才能发挥碳纤维布的作用，才能提高水利工程混凝土结构的力学性能，提高水利工程的质量。本文选择环氧树脂基碳纤维布粘接胶，环氧粘接胶是使用较为普遍的一种粘接胶。

1粘接胶应用于水利工程的粘接强度剪应力模型的建立

1.1问题描述

水利工程属于国家重点的项目，对其质量要求比一般的工程较高，需要强大的受力能力，即它的结构组成部分需要具有较强的抵抗能力。碳纤维布对加固水利工程的结构具有很好的增强作用，能够对钢筋混凝土的极限承载能力起到很好的提高作用。然而将碳纤维布运用于加强混凝土结构能力需要使用粘接胶才能得以实现。

本文选择的环氧树脂基碳纤维布粘接胶运用到水利工程钢筋混凝土构件中，通过使用粘接胶，将碳纤维布与混凝土可以共同去承受外在的力量，然而对胶层的粘接强度就非常重要了。知道粘接胶的粘接强度和破坏过程能够对碳纤维布加固水利工程的混凝土结构设计起到很好的参考作用，所以本文首先对环氧树脂基碳纤维布粘接胶进行实验研究，测量它的力学性能，为了更好的运用于水利工程中。

本文的测量方式是以力的平衡原理为根据，通过使用轴向拉伸试验，从而可以知道碳纤维布的应变分布规律，最后就可以计算出环氧树脂基碳纤维布粘接胶的粘接性能。

1.2实验假设及符号说明

在进行实验之前，需要对该实验做几点假设，首先实验的试样只存在轴力。然后如图1所示，试样的粘接剪切应力是均匀分布的，图中，T₁、T₂和T的应力合力都是通过中心对称的。最后就是假设碳纤维本构关系服从胡克定律。

T₁、T₂为正应力合力;

T为剪应力合力;

ε₁、ε₂为两个测点处的应变;

b为碳纤维布的宽度;

t_f为碳纤维布的厚度;

E_f为碳纤维布的弹性模量;

d_x为微段的距离。

1.3模型建立

由图1可知：T₁-T₂=F

其中：

通过对剪应力模型的建立，在对水利工程中运用环氧树脂基碳纤维布粘接胶的粘接性能测试就可以利用到上述公式。接下来近进行拉伸试验，测量粘接胶的粘接性能。

2粘接胶应用于水利工程的粘接强度试验研究

2.1试样的制作过程

将环氧树脂基碳纤维布粘接胶运用于水利工程的混凝土柱上，用来加固混凝土柱，首先浇筑成型混凝土试样，然后在其两侧将碳纤维布粘接在上面，在混凝土柱的端部多留一些碳纤维布，如图2所示，其目的在于夹具对其固定时能够更加的方便，能够起到拉伸的作用。实验中所使用的碳纤维布的各種性能如下表1所示。混凝土的设计标号为C40，其混凝土柱试样的尺寸为10×10×30cm³。

在对混凝土的表面粘贴碳纤维布时，该过程的好坏直接关系着实验结果，所以在进行该粘贴步骤时要非常的细心，要注意一下几点。

1）粘接面要进行清洗，还要待完全的干燥。

2）环氧树脂基碳纤维布粘接胶与固化剂的比例和用量要准确，并要将其进行充分的融合，在涂抹粘接胶时要均匀涂抹，不能出现粘接胶厚度不均匀的现象。

3）环氧树脂基碳纤维布粘接胶有使用时间限制，必须要在该限制时间内将其用完，不然会影响到粘接性能。

4）将碳纤维布粘贴在混凝土上时，要用滚筒进行压平，碳纤维布下面不能出现气泡现象，否则影响粘接强度。制作完成后需要养护一周，不能立马用于实验。其中粘接应变片的布置如图3所示。

2.2实验过程

实验所使用到的仪器就是电子万能实验机和应力测量系统，将试样放人试验机夹具上，如图4所示，然后还要将应变片与记录系统进行连接，应变测量系统如图5所示。然后万能试验机对试样加载，并且记录每个点的应变。从而可以通过剪应力公式计算出粘接强度。

2.3实验结果

通过上述实验可得出在不同荷载时，不同位置的应变数据如表2所示。万能试验机对试样加载时通过匀速的方式。在实验过程中，当加载到15kN之前，所使用的环氧树脂基碳纤维布粘接胶的地方并没有什么不妥之处，然而当荷载加到15kN时，碳纤维布与混凝土粘接面开始出现了破坏的现象。从万能试验机的显示屏也可以看出荷载开始没有匀速增加，而是处于一种浮动状态，也可以证明此事的粘接面开始出现破坏。

图6是通过表2所制作的折线图，从图中可以看出，与其他位置相比，试样端部的应变比较大;试样在不同的荷载下，其应变都是呈现上升的状态，不同点就是荷载不同，其上升的程度是不一样的。

上述得到的数据不利于通过剪应力模型计算粘接胶的粘接强度，于是根据王树森等人的研究，用MATLAB软件进行函数精度拟合。根据不同的荷载，拟合后的函数关系如下所示：

于是可以将上述公式带人剪应力模型中，从而得出不同点的剪切应力。表3就是不同荷载不同位置的应力结果。

图7为表3的直线图，从图7中可以看出，与图6一样，在试样的端部其应力比其他地方的都大，每个不同的荷载情况，其应力都是呈现出上升的状态，荷载不同，上升的程度也会不一样。

通过对应力的计算，可以分析出环氧树脂基碳纤维布粘接胶的破坏荷载为15kN，应变为957，通过剪应力模型可得出粘接胶的剪切应力为2.39MPa。

3结语

综上所示，环氧树脂基碳纤维布粘接胶在运用于水利工程需要注意的事项比较多，不能随便的进行粘接。通过数学建模的方式和实验研究的方式，分析环氧树脂基碳纤维布粘接胶运用于水利工程的混凝土柱的粘接性能，实验结果表明，粘接胶的破坏荷载为15kN，应变为957，剪切应力为2.39MPa，其粘接胶的性能比较好。文章研究的是混凝土柱用环氧树脂粘接胶粘接碳纤维布，其还可以用于水利工程其他的混凝土结构中。所以，该种粘接胶运用于水利工程能够提高混凝土构件的力学性能，从而提高水利工程的质量安全。