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1056m2/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fy=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性，22.5%组仍然表现出良好

[1] [2] 下一页