一、材料特性及制做工藝

　　環(huán)氧樹脂和固化劑是由廣州市東方化工實業(yè)有限公司生產(chǎn)的E-44環(huán)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(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(huán)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(huán)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(zhì)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(nèi)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(nèi)側(cè)兩個相距1cm，外側(cè)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(chǎn)的HP34401A數(shù)字萬用表。加載設備為SANS公司生產(chǎn)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(shù)據(jù)線把萬用表與計算機聯(lián)通，然后測量零載時的電組。當顯示的測量電阻達到穩(wěn)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(jié)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(nèi)部導電路徑隨著厚度的變化而發(fā)生改變引起的，環(huán)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(jié)構(gòu)，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(nèi)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。考慮使用過程中的問題，如果樹脂涂層太厚，不容易涂抹均勻，用到結(jié)構(gòu)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)氧樹脂的性質(zhì)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(huán)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(shù)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(nèi)部導電通導的密度增大，固化劑的增多或減少只改變內(nèi)部電路的相對數(shù)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(huán)加載，最大加載值分別取30KN、40KN。每個等級加載五個循環(huán)。鋼筋為HPB235鋼筋，直徑為14mm，可以計算得其屈服強度fy=32.31KN。加載跨彈性、塑性兩個階段。R0為初始相對穩(wěn)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(huán)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(huán)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。

　　第二組，固化劑與環(huán)氧樹脂之比為0.5：1，從四個不同納米百分比構(gòu)件的壓阻性測試結(jié)果曲線圖中，我們可以看出，本組中納米微粒含量為20%的復合樹脂機敏性變得不穩(wěn)定，在循環(huán)加載的過程中，電阻變化率曲線開始出現(xiàn)有較大的非線性，22.5%組仍然表現(xiàn)出良好的線性映射關系，25%、27.5%組隨著循環(huán)加卸載電阻率曲線表現(xiàn)也不太穩(wěn)定，線性映射關系變差。

　　四、結(jié)論

　　1.隨著環(huán)氧與固化劑比例的調(diào)整，電阻顯規(guī)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脂電阻就越大，復合樹脂的電阻隨固化劑的減少而減小，當環(huán)氧樹脂與固化劑的比例固定時，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配比的復合樹脂，電阻值也存在一定的離散性。

　　2.機敏性的表現(xiàn)也隨固化劑與環(huán)氧樹脂的百分比及納米碳黑的摻量顯規(guī)律性的變化，在兩個應力水平的等幅循環(huán)荷載作用下，復合樹脂表現(xiàn)出了力與電阻變化率的良好的映射關系，當鋼筋由彈性階段進入塑性階段的轉(zhuǎn)變過程中，應力曲線和電阻變化率曲線及應變曲線表現(xiàn)出良好的對應關系。隨著循環(huán)荷載的作用時間的增加，當鋼筋出現(xiàn)殘余應變時，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)氧樹脂涂層作為鋼筋應力應變的傳感材料是可能的。

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