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1056m²/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。

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