冲击荷载下的混凝土断裂构件粘接材料与粘接效果研究

摘要：混凝土在经过环氧树脂的粘接后可以承受一定的物理压力，而粘接性能的差异决定了混凝土在使用中的断裂性能。本文研究了不同尺寸的混凝土颗粒的试件在断裂后进行E-44环氧树脂的粘接处理，所得的试样对在不同的外部物理压力和施压频率下抗断裂的能力。实验中发现：外部的物理压力过大时，即使施压的时间很短，混凝土试件仍然会发生断裂；外部压力的施加频率过大时，混凝土试件的断裂也会十分明显；组成混凝土的颗粒尺寸较大时，不利于粘接后的混凝土试样抵御外来的压力冲击。综合来看，经过粘接后的混凝土试样抗压能力受外部压力和混凝土本身材料等方面影响。

关键词：冲击荷载；E-44环氧树脂；粘接；断裂性；混凝土

中图分类号：TQ177.6+7；TU528文献标志码：A文章编号：1001-5922（2025）01-0032-03

Study on bonding material and bonding effect of concrete fracture members under impact load

LU Yarong

（Shaanxi Academy of Building Sciences Co.，Ltd.，Xi’an 710082，China）

Abstract：Concrete can withstand a certain physical pressure after being bonded with epoxy resin，and the differ-ence in bonding performance determines the fracture performance of concrete in use.In this paper，the resistance of the specimens with concrete particles of different sizes to E-44 epoxy resin after fracture was studied，and the result-ing specimens were resistant to fracture under different external physical pressures and frequencies.In the experi-ment，it was found that when the external physical pressure was too high，even if the pressure was applied for a short time，the concrete specimen would still fracture.When the frequency of external pressure application was too high，the fracture of concrete specimens was also very obvious.When the particle size of the concrete was large，it was not conducive to the bonded concrete sample resisting external pressure impact.Overall，the compressive strength of concrete specimens after bonding is influenced by external pressure and the material of the concrete itself.

Key words：impact load；E-44 epoxy resin；adhesion；fracture；concrete

混凝土作为一种颗粒固化后的产品，具有一定的脆性，在经过一段时间的使用后会受到外部压力的影响，并且如果混凝土在使用中受到的压力一直存在，其寿命会受到较大的减少[1-2]。在许多工程中会用到提前制备好的混凝土结构件，其在运输或者使用的过程中，不可避免的会有一定的破坏。混凝土结构件的使用情况复杂多变，在局部受到压力时，由于整体的受力不均会导致大面积断裂的情况发生，在建筑物的使用中会有巨大的安全隐患存在。混凝土出现断裂时，常用的处理方法是进行有效的粘接，延长其使用寿命，降低建筑物的建造成本[3]。环氧树脂作为混凝土结构件的常用粘接材料，具有粘接牢固、时间短、影响小的优点。经过粘接后的混凝土结构件抗断裂性能决定了强度的大小，因此需要对混凝土粘接物的抗断裂性能进行全面系统的深入研究。已有文献发现，现有的混凝土粘接效果研究基本围绕其受力能力展开，试验用测试仪器包含压力测试机、重压打击仪器、碰撞测试装置等，这些设备可操作性强，而且比较容易操作，可以得到系统性的数据用于分析粘接性能[4]。混凝土粘接后的结构件应变率相关测试则要借助于冲击荷载装置，冲击荷载实验下，混凝土结构件会产生较为明显的形变和破坏，能够得到一些精确的断裂性能测试数据，便于分析其粘接性能[5]。

1测试材料和装置

1.1材料及装置

试验中所用的材料为商家采购后直接使用，测试装置均在调试稳定情况下使用。

材料：硅酸盐混凝土（长春建筑材料公司）；粗骨料（河北矿物材料公司）；煤灰粉（河南中跃粉料有限公司）。

装置：机械搅拌器（四川立原机械设备公司）；震动器（广州科密仪器有限公司）；可拆卸压感器（山东毅腾外贸有限公司）；动态应变仪（日本日立仪器）。

1.2混凝土结构件的制备

试验中使用的混凝土试件为砖块形，长40 cm左右，宽20 cm左右[6]。混凝土的制备材料为购买的硅酸盐水泥直接使用制备，其细度约为4.2%，密度约为1 324 kg/m3，骨料分为2种，粒径较细的骨料主要为河砂，粒径较大的骨料则选用石灰岩的粉碎物。为了探究粒径的影响，试验中选用了5～10 cm、5～15 cm和5～20 cm这3种规格的骨料，并分别编为测试件A、B、C。将混凝土的各个原料（煤灰分、减水剂等）根据适当的配比并加水充分搅拌，水和胶的比例约为0.35∶1。通过搅拌器搅拌混合好的物料需要在震动台上进行空气的排出使其获得良好的形态，在经过1d的放置后再进行模具的脱除，之后在仓库静置30 d左右完成混凝土试件的制备[7]。将制备完成的混凝土试件进行机械的断裂操作，且基本选择断裂截面相似的试件作为试验对象，之后需要再次进行30 d左右的静置，使断裂面处于稳定的状态。通过环氧树脂对混凝土进行粘接。具体操作为：先通过烘箱将E-44环氧树脂进行热熔操作，在70℃时需要加入添加剂进行改性，在冷却至室温后加入表面活性剂和胺试剂混合均匀，完成粘接材料的合成[8]。在混凝土试件的断裂处加入环氧树脂，放置7d。环氧树脂的制备中各个材料的比例需要严格按照表1要求。环氧树脂的粘接厚度需要保持在2 cm左右，而且需要防止在混凝土裂缝处注入环氧树脂时空气的带入，在粘结剂注入后，需要进行挤压，加速粘接过程，使粘接效果更好。通过压杆对混凝土试件进行冲击荷载，电脑记录压杆在试样中的波形变化，同时要对比空白实验（即无混凝土试件下）压杆的监测到的波形。试验中，需要调试仪器直至检测到的波形没有明显变化，才能保证得到的数据具有准确性。通过压杆连接到气路装置，将气体的压力传送到混凝土试件的表面，测试不同压力下的混凝土试件变形情况[9]。

1.3 混凝土粘接结构件抗断裂性能

影响环氧树脂粘接后混凝土结构件抗断裂能力的因素主要有2方面，一是混凝土自身的组成，二是外部压力的情况（如图1所示）。

1.3.1 冲击压力的影响

混凝土粘接试件的形变试验选择骨料粒径较小的测试件A，收集不同外部物理压力下测试数据，试验条件主要有3种：（1）加压时间1.01 ms，冲击荷载的压力约为61 MPa；（2）加压时间2.06 ms，冲击荷载的压力约为61 MPa；（3）加压时间4.01 ms，冲击荷载的压力约为15 MPa[10] 。

1.3.2 冲击速度的影响

冲击速度对粘接试件的抗压能力的影响试验依然选取测试件A，速度大小分别为1 m/s、4 m/s、8 m/s，通过仪器检测试件表面的应力变化分析在不同冲击速度下混凝土粘接试件的抗断裂性能[11] 。

1.3.3 骨料粒径的影响

测试不同粒径尺寸的骨料试件，测试件A、B、C 在测试条件下粘接材料的抗断裂的表现，测试的冲击速度选取11 m/s[12] 。

2 试验数据分析与讨论

2.1 不同冲撞力度下破损效果

试验后总结试验数据以及试验结果[13] 。了解到在不同力度冲撞下的E-44环氧树脂混凝土粘接样品的最终结果，在不同进度下混凝土材料产生了不同的位置移动，将这2组试验数据结合分析：在接受了不一样的冲撞力度之后，样品件之间的衔接部分都出现了不同程度的损伤裂断状况，数据显示物体所承受的爆炸压力冲击效果与冲击波在爆炸时的压力值成正相关，压力越大造成的损伤也越严重，即使损伤时间短，但是对样品的伤害也是剧烈的，在试验中有一种剪应力是破坏E-44环氧树脂混凝土样件比较严重的一个因素，在试验过程中仅仅3 ms就能使E-44环氧树脂混凝土样件出现大程度的位移，这意味着，在这个瞬间就能使E-44环氧树脂混凝土材料出现损坏破裂，试验总结出剪应力也是破坏E-44环氧树脂混凝土材料的重要因素之一。试验过程中还有一些影响较小的因素，例如当E-44环氧树脂混凝土的2个端口部位出现拉应力情况的冲击压力下将会产生破损断开，这种影响因素产生破坏损伤小，不会对样品材料产生位移改变[14]。混凝土样品的平衡性质点在承受冲击波的压力下会出现振动反射，在这种持续振动情况下，E-44环氧树脂混凝土样件将会出现弯曲状况，但是这种不良作用影响时间比较长，所以使弯曲振动频率周期时间也拉长，这是对比剩余的两类情况下，对E-44环氧树脂混凝土材料产生的破坏性最小的影响因素[15]。

2.2不同冲击速度下的损坏结果

当在不同冲击速度之下，不同时间点E-44环氧树脂混凝土样件材料都会随着当时的应力云图产生改变[16]。在试验过程中，当冲击速度达到4m/s的情况下，哪怕时间拉长到500 ms[17]。E-44环氧树脂混凝土材料依旧没有产生较为明显的损坏断裂，当速度提升到8和12 m/s时，E-44环氧树脂混凝土样件才会出现明显的损伤痕迹，从试验结果样品图中总结分析出一个结果，E-44环氧树脂混凝土粘接材料的破碎胶体数值以及大小都将随着冲击速度的增加而减小，呈现反比趋势[18]。例如，当速度达到8 m/s时，粘接样品将会在90 ms时出现断裂，当冲击速度达到12m/s时，混凝土样品在第35 ms时就产生不良损坏。由此得知，当冲击速度越来越大时，E-44环氧树脂混凝土材料的损坏情况也会越来越严重。

2.3不同粒径样品的应力与冲击速度的关系

E-44环氧树脂混凝土材料中存在不同大小的孔洞，这些都是由于混凝土粗骨料的粒径大小不一所导致，这一特性也造成了粘接材料在承受不同程度的冲击力后，产生了不同的损坏。试验得知，冲击力度不同，混凝土样品粒径不同的情况下粘接材料样品的应力改变情况。当冲击速度逐步提升时，粘接样品的应力最高值也随之提升[19]。通过研究数据总结出，当冲击速度值较小的情况下，冲击力制造的能量也比较小，在这个状况下，粘接样品只出现了部分位移状况，而不会出现很大程度的断损，在这些裂痕之间也不存在相互之间的作用关系，在这种程度速度里，E-44环氧树脂混凝土应力最高值也很低。如果提高冲击速度，E-44环氧树脂混凝土承受的冲击力能量也会增大，在这样的冲击力下混凝土材料扩展时间将被大大压缩，几乎是同时所有的材料缝隙出现相互力，在这时的E-44环氧树脂混凝土材料最高应力值随之产生，在这样高速度高力度的冲击力影响下混凝土材料也将出现深程度的损坏断裂。试验结果分析显示，当粗骨料粒径越小E-44环氧树脂混凝土材料应力最高值就越低，导致这种状况的原因是由于大粒径的混凝土缝隙不能承载大压力，所以当粘接材料的粒径越小的情况下，E-44环氧树脂混凝土材料产生的损坏断裂的概率就越小[20]。

3结语

在不同冲击速度和不同冲击力前提下制备的环氧树脂混凝土材料，按照不同条件测试E-44环氧树脂混凝土粘接材料断裂性能。结果显示：当冲击压力巨大且冲击力作用时间短的情况下，E-44环氧树脂混凝土粘接材料会快速断裂，且程度严重，混凝土能在1 ms时产生最大程度的位置移动；当冲击压力以及时间都合适的状况里，混凝土的2端会产生损坏破裂，当冲击力小时混凝土粘接材料不会出现大程度破损；E-44环氧树脂混凝土粘接材料承受的冲击力较小时混凝土粘接材料不会出现明显破损，但当冲击速度提升后，混凝土粘接材料会相应出现明显的破损，实验结果显示：混凝土受损程度与冲击力以及冲击速度都呈现正相关。

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（责任编辑：张玉平）