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關于鋼筋應力應變測試復合材料力電性能的試驗研究

日期:2013-08-08 18:27:39 來源:www.078045.live 作者:優質論文網

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。
  [關鍵詞]復合樹脂 傳感元件 壓阻效應
  
  一、材料特性及制做工藝
  環氧樹脂和固化劑是由廣州市東方化工實業有限公司生產的E-44環氧樹脂和EP-型固化劑。納米碳黑為山東淄博華光化工廠生產的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復合樹脂的制作過程:第一步,將長為200mm的Ф14的光圓鋼筋表面打磨光滑,用無水乙醇進行表面清理,干燥后,將其表面涂上一薄層環氧樹脂(加入50%固化劑攪拌均勻的樹脂)約0.2-0.5mm,確保鋼筋與復合樹脂絕緣。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,等固化一天。第二步,稱取一定配比的環氧樹脂和固化劑,攪拌均勻,加入稀釋劑和增粘劑,攪拌幾分鐘,再一點點兒的加入納米碳黑,由于納米碳黑質輕,易團聚,不易攪拌,加入時要分若干次加,每次確定已充分攪拌后,再加料。第三步,在鋼筋中段長2.5cm的范圍內涂上攪拌充分的復合樹脂,厚度適當,取約1mm為宜。讓后纏繞銅絲導線,四根,內側兩個相距1cm,外側兩個相距2cm,最后在復合樹脂外層纏繞塑料薄膜,待其固化。
  二、試驗方法及過程
  復合樹脂材料固化3天后測電阻極化曲線,固化7天時測壓阻效應。試驗中所采用的電阻測試方法為四電極法,電阻測量儀器為Agilent Co.Ltd生產的HP34401A數字萬用表。加載設備為SANS公司生產的CMT5105型微機控制電子萬能試驗機。在測試加拉力之前,先把試件的四個電極與萬用表相接,并用數據線把萬用表與計算機聯通,然后測量零載時的電組。當顯示的測量電阻達到穩定時再進行壓阻性試驗。加拉力時以0.5mm/min的速度對試件進行軸向拉伸,并通過計算機實時采集電阻,拉力與應變。
  三、試驗結果與分析
  作為機敏材料涂層,厚度是個不可忽視的因素,相同導電材料摻量攪拌均勻的復合樹脂,不同的厚度電阻差別將很大,本文取B1組進行了研究,分三個厚度:0.5mm,1mm,1.5mm,每個厚度三個試件,復合樹脂涂層的導電性能在相同的配合比時,隨著厚度的不同也有較大的差異,涂層比較薄時,電阻較大,隨著涂層厚度的增加,電阻逐漸減小,這是由于涂層內部導電路徑隨著厚度的變化而發生改變引起的,環氧樹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脂,內部的導電通道隨著厚度的增加而增多,減少而減少,這是電阻隨厚度的減小而遞增的原因??紤]使用過程中的問題,如果樹脂涂層太厚,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。
  環氧樹脂的性質很大程度上與固化劑有關,固化劑的摻量的多少,對復合樹脂的電阻值有很大的影響,同時也會影響到復合樹脂的滲流曲線,固化劑占環氧樹脂的百分比分別為:25%,50%,75%。隨著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,電阻值顯數量級低減,隨著納米碳黑摻量的增加,這種差異性越來越小,因為隨著納米材料的增多,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%的兩組來進行。納米含量為15%的復合樹脂的壓阻效應很差,取20%,22.5%,25%,27.5%來研究其機敏性。采用循環加載,最大加載值分別取30KN、40KN。每個等級加載五個循環。鋼筋為HPB235鋼筋,直徑為14mm,可以計算得其屈服強度fy=32.31KN。加載跨彈性、塑性兩個階段。R0為初始相對穩定電阻值,試驗得到兩組復合樹脂七天時的壓阻曲線圖。
  第一組,固化劑與環氧樹脂之比為0.25:1,從四個不同納米百分比的復合樹脂涂層的機敏特性曲線圖中,我們可以看到,在等幅荷載的循環作用下,復合樹脂的壓阻曲線和應力應變曲線之間存在良好的映射關系,隨著鋼筋應力的增大,電阻變化率近似線性變化,在四個不同百分比納米摻量的復合樹脂中,納米微粒含量為20%和22.5%的兩組曲線比25%和27.5%的兩組曲線線性變化更明顯些。隨著納米碳黑含量的增加,電阻變化率的線性變化稍差。
 


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