关于钢筋应力应变测试复合材料力电性能试验研究.docVIP

关于钢筋应力应变测试复合材料力电性能试验研究 　　 [摘要]钢筋混凝土结构中钢筋应力,在使用阶段很难检测。普通的应变片应用范围有限,极容易在施工中损坏,探求一种新型的传感元件是改革钢筋应力测试的基础。 　　[关键词]复合树脂 传感元件 压阻效应 　　 　　一、材料特性及制做工艺 　　环氧树脂和固化剂是由广州市东方化工实业有限公司生产的E-44环氧树脂和EP-型固化剂。纳米碳黑为山东淄博华光化工厂生产的HG-IP(黑色粉末),粒径为33nm,氮吸附比表面积为1056m?2/g,比电阻为0.22o.cm复合树脂的制作过程:第一步,将长为200mm的Ф14的光圆钢筋表面打磨光滑,用无水乙醇进行表面清理,干燥后,将其表面涂上一薄层环氧树脂(加入50%固化剂搅拌均匀的树脂)约0.2-0.5mm,确保钢筋与复合树脂绝缘。并在钢筋表面贴上箔式应变片,型号为:BX120-3AA,浙江黄岩测试仪器厂,等固化一天。第二步,称取一定配比的环氧树脂和固化剂,搅拌均匀,加入稀释剂和增粘剂,搅拌几分钟,再一点点儿的加入纳米碳黑,由于纳米碳黑质轻,易团聚,不易搅拌,加入时要分若干次加,每次确定已充分搅拌后,再加料。第三步,在钢筋中段长2.5cm的范围内涂上搅拌充分的复合树脂,厚度适当,取约1mm为宜。让后缠绕铜丝导线,四根,内侧两个相距1cm,外侧两个相距2cm,最后在复合树脂外层缠绕塑料薄膜,待其固化。 　　二、试验方法及过程 　　复合树脂材料固化3天后测电阻极化曲线,固化7天时测压阻效应。试验中所采用的电阻测试方法为四电极法,电阻测量仪器为Agilent Co.Ltd生产的HP34401A数字万用表。加载设备为SANS公司生产的CMT5105型微机控制电子万能试验机。在测试加拉力之前,先把试件的四个电极与万用表相接,并用数据线把万用表与计算机联通,然后测量零载时的电组。当显示的测量电阻达到稳定时再进行压阻性试验。加拉力时以0.5mm/min的速度对试件进行轴向拉伸,并通过计算机实时采集电阻,拉力与应变。 　　三、试验结果与分析 　　作为机敏材料涂层,厚度是个不可忽视的因素,相同导电材料掺量搅拌均匀的复合树脂,不同的厚度电阻差别将很大,本文取B1组进行了研究,分三个厚度:0.5mm,1mm,1.5mm,每个厚度三个试件,复合树脂涂层的导电性能在相同的配合比时,随着厚度的不同也有较大的差异,涂层比较薄时,电阻较大,随着涂层厚度的增加,电阻逐渐减小,这是由于涂层内部导电路径随着厚度的变化而发生改变引起的,环氧树脂是一种热固性材料,本身是不导电的,在固化剂的作用下,形成空间聚合物结构,纳米碳黑的加入,由于纳米材料的导电性,使聚合物的电导能力增大,同样配合比的复合树脂,内部的导电通道随着厚度的增加而增多,减少而减少,这是电阻随厚度的减小而递增的原因。考虑使用过程中的问题,如果树脂涂层太厚,不容易涂抹均匀,用到结构中后引起的缺陷较大,应力集中严重。取约1mm的厚度为宜。 　　环氧树脂的性质很大程度上与固化剂有关,固化剂的掺量的多少,对复合树脂的电阻值有很大的影响,同时也会影响到复合树脂的渗流曲线,固化剂占环氧树脂的百分比分别为:25%,50%,75%。随着固化剂的含量的减少,电阻整体下降明显,特别是纳米掺量比较低时,电阻值显数量级低减,随着纳米碳黑掺量的增加,这种差异性越来越小,因为随着纳米材料的增多,内部导电通导的密度增大,固化剂的增多或减少只改变内部电路的相对数量,对导电通路的影响减小。 　　复合树脂涂层的压阻效应试验中取固化剂含量分别为25%和50%的两组来进行。纳米含量为15%的复合树脂的压阻效应很差,取20%,22.5%,25%,27.5%来研究其机敏性。采用循环加载,最大加载值分别取30KN、40KN。每个等级加载五个循环。钢筋为HPB235钢筋,直径为14mm,可以计算得其屈服强度f?y=32.31KN。加载跨弹性、塑性两个阶段。R0为初始相对稳定电阻值,试验得到两组复合树脂七天时的压阻曲线图。 　　第一组,固化剂与环氧树脂之比为0.25:1,从四个不同纳米百分比的复合树脂涂层的机敏特性曲线图中,我们可以看到,在等幅荷载的循环作用下,复合树脂的压阻曲线和应力应变曲线之间存在良好的映射关系,随着钢筋应力的增大,电阻变化率近似线性变化,在四个不同百分比纳米掺量的复合树脂中,纳米微粒含量为20%和22.5%的两组曲线比25%和27.5%的两组曲线线性变化更明显些。随着纳米碳黑含量的增加,电阻变化率的线性变化稍差。 　　第二组,固化剂与环氧树脂之比为0.5:1,从四个不同纳米百分比构件的压阻性测试结果曲线图中,我们可以看出,本组中纳米微粒含量为20%的复合树脂机敏性变得不稳定,在循环加载的过程中,电阻变化率曲线开始出现有较大的非线