服役中预制节段拼装用环氧胶粘剂剩余使用年限评估方法与流程

1.本发明涉及一种服役中预制节段拼装用环氧胶粘剂剩余使用年限评估方法，属于建筑工程用环氧胶粘剂技术领域。


背景技术：

2.预制节段拼装用环氧胶粘剂(以下简称拼接胶)是预制节段拼装工程中的关键粘接材料，具有高早期抗压强度、高压缩弹性模量、高压缩抗剪强度和良好的触变性等特性，主要起润滑、锚栓、防水和快速拼装的作用。预制节段拼装工程中接缝是整个预制构件的关键受力部位，也是最薄弱的环节，作为接缝材料的拼接胶的性能直接影响着构件的使用寿命。在实际服役过程中，拼接胶受湿气、温度、光照等环境因素的综合影响后，力学性能不断劣化。根据拼接胶实际工况中的受力要求，压缩强度和弯曲强度的可作为该材料整体力学性能的主要评价指标。然而，如何找到一种科学合理的技术手段来评价实际服役过程中拼接胶剩余年限的问题仍亟待解决。
3.通过材料的某一关键性能与劣化因子之间的数学拟合关系推测出使用寿命是现有高分子材料寿命评估方法的通用手段，如cn 110501212 a公开的一种高分子材料寿命评估方法。但现有研究均局限于考察材料受单一环境作用后某一特定性能的劣化情况。而实际使用过程中，拼接胶所处的施工工况较为复杂，将同时遭受多种不利因素的综合作用，仅依靠某一种环境作用下的劣化情况去推测其使用寿命与工程应用实际情况差异较大。同时，在材料的工程应用过程中，人们往往关注的是该材料关键力学性能劣化后是否依旧满足设计要求，若满足使用要求，则其剩余使用年限还有多长。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种服役中预制节段拼装用环氧胶粘剂剩余使用年限评估方法，其通过实验室模拟现场环境作用的方式，综合考察了拼接胶受多因素共同作用后的性能劣化情况，通过相同老化时长下，多因素耦合后的相对强度随老化时间的关系拟合得到衰减函数模型，更为准确、全面地反映出拼接胶在实际工程应用中的耐久性。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.服役中预制节段拼装用环氧胶粘剂剩余使用年限评估方法，其参照现行相关标准和规范中的老化试验方法，在实验室采用湿热、冻融循环、紫外光、酸溶液、碱溶液和盐溶液6种老化处理方式，对2种型号的预制节段拼装用环氧胶粘剂，即拼接胶的样品压缩试件进行人工加速老化；通过对6种老化条件下处理后的样品的物理力学性能进行分析比较，得到不同老化条件下拼接胶的物理力学性能随老化时间的关系曲线及影响的规律；通过对比研究，得到多因素耦合作用下相对抗压强度随老化时间的拟合曲线和数学公式，从而建立拼接胶力学性能剩余年限的评估方法，推定拼接胶在典型服役环境下性能劣化的机理。
7.进一步地，所述评估方法具体包括如下步骤：
8.步骤一：选取拼接胶样品，制作压缩试件，并在老化试验后进行抗压测试，采集得到2种不同拼接胶在实验室中分别受6种不同因素加速老化作用后的抗压强度随劣化时间的变化情况，分别得到2个品种的拼接胶在6种老化条件下抗压强度随时间的变化趋势曲线；
9.步骤二：将步骤一得到的6种老化条件下抗压强度随时间的变化趋势曲线进行综合分析，得到同一时间下，多因素耦合作用时拼接胶的相对强度随老化时间的劣化拟合曲线及其数学表达式，具体步骤如下：
10.2.1)分别将2个品种的拼接胶在同一老化时间下6条变化趋势曲线中的抗压强度值取平均值，得到抗压强度随多因素耦合作用的劣化曲线；
11.2.2)分别将抗压强度随多因素耦合作用的劣化曲线中的每个时间点对应的纵坐标的抗压强度值除以初始值，即将纵坐标换算成相对强度，标态0点对应的值为1，从而得到相对抗压强度值在多因素耦合作用下随时间的劣化曲线，并按一阶指数衰减函数进行拟合；
12.2.3)根据一阶指数衰减函数y＝a1*exp(-x/t1) y0，对2.3)的劣化曲线进行拟合，得到相关系数如下：
13.y0：0.74555
±
0.00462；
14.a1：0.25066
±
0.00694；
15.t1：1416.23185
±
92.80969；
16.r平方：0.99542；
17.最后得到拼接胶相对强度劣化曲线的数学表达式，如式1所示：
18.y＝0.25066*exp(-t/1416.23185) 0.74555
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
19.其中y——相对压缩强度；t——老化时间；
20.步骤三：结合步骤二中的上述公示(1)，对实际工况下拼接胶胶体性能的耐久性进行评估，评估方法如下：
21.3.1)从实际工程应用的典型部位取得拼接胶的芯样，在试验室加工成型为压缩试件；
22.3.2)将压缩试件按gb/t 2567-2008的要求，测试试件的压缩性能，得到抗压强度p
t1
，代表在实际工程中使用了t1时间后的抗压强度；
23.3.3)查验工程复检报告，得到拼接胶标态时的抗压强度p
t0
；
24.3.4)通过p
t0
与p
t1
的比值得到y
t1
，代表实际工程中使用了t1时间后的相对抗压强度；
25.3.5)将y＝y
t1
代入公示(1)，解方程得到t＝t1，t1代表实际工程中应用了t1时间后的相对抗压强度对应于人工加速老化环境下的时间；
26.3.6)根据设计要求计算出y
t2
，y
t2
代表该拼接胶的相对抗压强度的设计限定值；
27.3.7)将y＝y
t2
再次代入式1，解方程得到t＝t2；t2代表相对抗压强度设计限定值所对应于劣化曲线上的人工加速老化时间；
28.3.8)设自然老化到限定值的时间为t2，t2＝t2
×
(t1/t1)；
29.3.9)得到实际工程下该拼接胶达到限定值的剩余使用时间为t3，t3＝t2-t1。其中，所述步骤一具体包括如下步骤：
30.1.1)选取拼接胶样品
31.选择两个品种的拼接胶样品，分别标记为1#和2#；
32.1.2)制作压缩试件
33.样品的压缩试件为直径10mm，高度25mm的圆柱型压缩试件；标态养护7d，60℃热处理24h；
34.1.3)将在标态下养护好的胶粘剂压缩试件样品进行老化试验
35.冻融循环试验方法：将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，放置于冻融循环箱中，程序控制自动进行冻融循环，条件为20℃下4h，－20℃下4h，实际时间11h为1个周期，取样周期为50次、100次、200次、400次、600次；
36.湿热老化处理试验方法：温度为50℃，湿度为98％rh；将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，放置于湿热老化箱中，到期取出样品测试物理力学性能和结构性能，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
37.酸溶液处理试验方法：酸溶液为20％h2so4溶液，将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，完全浸入到酸溶液的容器中，密封，再放置于50℃的恒温水浴锅中，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
38.碱溶液处理试验方法：碱溶液为ca(oh)2的饱和溶液，ph值为(13.2
±
0.2)；将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，完全浸入到碱溶液的容器中，密封，再放置于50℃的恒温水浴锅中，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
39.盐介质处理试验方法：盐介质为nacl的饱和溶液，将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，完全浸入到盐溶液的容器中，密封，再放置于50℃的恒温水浴锅中，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
40.紫外光老化试验方法：参照astm g154测试标准，采用波长uva-340nm的直型灯管，辐照度为0.89w/m2，每12小时为一个实验循环周期，包括紫外线辐射8h，其中黑板温度60(
±
3)℃，然后接着黑板温度50(
±
3)℃下4h；将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，放置于荧光紫外箱中，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
41.1.4)压缩试件的测试
42.压缩试样的测试按《树脂浇铸体性能试验方法》gb/t 2567-2008中5.2规定的方法进行；以2mm/min的速度加载至试样破坏，每种型号每个拼接胶样品每种老化条件下的多个压缩试样为一组，每组测试5个压缩试样，取最大破坏载荷时抗压强度的平均值作为该组的抗压强度值。
43.本发明的有益效果在于：
44.本发明内容通过实验室模拟现场环境作用的方式，综合考察了拼接胶受多因素共同作用后的性能劣化情况，通过相同老化时长下，多因素耦合后的相对强度随老化时间的关系拟合得到衰减函数模型，更为准确、全面地反映出拼接胶在实际工程应用中的耐久性。结合老化衰减模型与实际工况要求的设计值进行比较，可高效得到服役状态下的拼接胶剩余使用年限。
45.本发明能够实现服役过程中拼接胶的剩余使用寿命预测，可直接用于指导预制节段胶拼工程的现场快速检测，大幅提升预制节段胶拼工程后续维护与修复效率的同时，可节省大量成本，有效保障了人民生命财产安全，并可进一步促进该技术在我国桥梁、风电等
领域的推广应用，具有很好的社会效益、经济效益。
附图说明
46.图1是拼接胶相对压缩强度劣化曲线拟合图；
47.图2是本发明的样品老化、数据处理以及剩余使用年限评估方法流程图。
具体实施方式
48.结合附图1-2对本发明实施例进行详细说明。
49.服役中预制节段拼装用环氧胶粘剂剩余使用年限评估方法，其参照现行相关标准和规范中的老化试验方法，在实验室采用湿热、冻融循环、紫外光、酸溶液、碱溶液和盐溶液6种老化处理方式，对2种型号的预制节段拼装用环氧胶粘剂，即拼接胶的样品压缩试件进行人工加速老化；通过对6种老化条件下处理后的样品的物理力学性能进行分析比较，得到不同老化条件下拼接胶的物理力学性能随老化时间的关系曲线及影响的规律；通过对比研究，得到多因素耦合作用下相对抗压强度随老化时间的拟合曲线和数学公式，从而建立拼接胶力学性能剩余年限的评估方法，推定拼接胶在典型服役环境下性能劣化的机理。
50.如图2所示，具体包括如下步骤：
51.步骤一：选取拼接胶样品，制作压缩试件，并在老化试验后进行抗压测试，采集得到2种不同拼接胶在实验室中分别受6种不同因素加速老化作用后的抗压强度随劣化时间的变化情况，分别得到2个品种的拼接胶在6种老化条件下抗压强度随时间的变化趋势曲线；具体包括如下步骤：
52.1.1)选取拼接胶样品
53.选择两个品种的拼接胶样品，分别标记为1#和2#；
54.1.2)制作压缩试件
55.样品的压缩试件为直径10mm，高度25mm的圆柱型压缩试件；标态养护7d，60℃热处理24h；
56.1.3)将在标态下养护好的胶粘剂压缩试件样品进行老化试验
57.冻融循环试验方法：将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，放置于冻融循环箱中，程序控制自动进行冻融循环，条件为20℃下4h，－20℃下4h，实际时间11h为1个周期，取样周期为50次、100次、200次、400次、600次；
58.湿热老化处理试验方法：温度为50℃，湿度为98％rh；将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，放置于湿热老化箱中，到期取出样品测试物理力学性能和结构性能，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
59.酸溶液处理试验方法：酸溶液为20％h2so4溶液，将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，完全浸入到酸溶液的容器中，密封，再放置于50℃的恒温水浴锅中，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
60.碱溶液处理试验方法：碱溶液为ca(oh)2的饱和溶液，ph值为(13.2
±
0.2)；将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，完全浸入到碱溶液的容器中，密封，再放置于50℃的恒温水浴锅中，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
61.盐介质处理试验方法：盐介质为nacl的饱和溶液，将在标准条件下养护好的胶粘
剂样品取出，作好标记后，完全浸入到盐溶液的容器中，密封，再放置于50℃的恒温水浴锅中，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
62.紫外光老化试验方法：参照astm g154测试标准，采用波长uva-340nm的直型灯管，辐照度为0.89w/m2，每12小时为一个实验循环周期，包括紫外线辐射8h，其中黑板温度60(
±
3)℃，然后接着黑板温度50(
±
3)℃下4h；将在标准条件下养护好的胶粘剂样品取出，作好标记后，放置于荧光紫外箱中，取样周期为500h、1000h、1500h、3000h、4000h；
63.1.4)压缩试件的测试
64.压缩试样的测试按《树脂浇铸体性能试验方法》gb/t 2567-2008中5.2规定的方法进行，测试试样的抗压强度；以2mm/min的速度加载至试样破坏，每种型号每个拼接胶样品每种老化条件下的多个压缩试样为一组，每组测试5个压缩试样，取最大破坏载荷时抗压强度的平均值作为该组的抗压强度值。
65.步骤二：将步骤一得到的6种老化条件下抗压强度随时间的变化趋势曲线进行综合分析，得到同一时间下，多因素耦合作用时拼接胶的相对强度随老化时间的劣化拟合曲线及其数学表达式，具体步骤如下：
66.2.1)分别将2个品种的拼接胶在同一老化时间下6条变化趋势曲线中的抗压强度值取平均值，得到抗压强度随多因素耦合作用的劣化曲线；
67.2.2)分别将抗压强度随多因素耦合作用的劣化曲线中的每个时间点对应的纵坐标的抗压强度值除以初始值，即将纵坐标换算成相对强度，标态0点对应的值为1，从而得到相对抗压强度值在多因素耦合作用下随时间的劣化曲线，并按一阶指数衰减函数进行拟合；
68.2.3)根据一阶指数衰减函数y＝a1*exp(-x/t1) y0，对2.3)的劣化曲线进行拟合，如图1所示，得到相关系数如下：
69.y0：0.74555
±
0.00462；
70.a1：0.25066
±
0.00694；
71.t1：1416.23185
±
92.80969；
72.r平方：0.99542；
73.最后得到拼接胶相对强度劣化曲线的数学表达式，如式1所示：
74.y＝0.25066*exp(-t/1416.23185) 0.74555
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
75.其中y——相对压缩强度；t——老化时间；
76.步骤三：结合步骤二中的上述公示(1)，对实际工况下拼接胶胶体性能的耐久性进行评估，评估方法如下：
77.3.1)从实际工程应用的典型部位取得拼接胶的芯样，在试验室加工成型为压缩试件；
78.3.2)将压缩试件按gb/t 2567-2008的要求，测试试件的压缩性能，得到抗压强度p
t1
，代表在实际工程中使用了t1时间后的抗压强度；
79.3.3)查验工程复检报告，得到拼接胶标态时的抗压强度p
t0
；
80.3.4)通过p
t0
与p
t1
的比值得到y
t1
，代表实际工程中使用了t1时间后的相对抗压强度；
81.3.5)将y＝y
t1
代入公示(1)，解方程得到t＝t1，t1代表实际工程中应用了t1时间后
的相对抗压强度对应于人工加速老化环境下的时间；
82.3.6)根据设计要求计算出y
t2
，y
t2
代表该拼接胶的相对抗压强度的设计限定值；
83.3.7)将y＝y
t2
再次代入式1，解方程得到t＝t2；t2代表相对抗压强度设计限定值所对应于劣化曲线上的人工加速老化时间；
84.3.8)设自然老化到限定值的时间为t2，t2＝t2
×
(t1/t1)；
85.3.9)得到实际工程下该拼接胶达到限定值的剩余使用时间为t3，t3＝t2-t1。
86.综上，尽管已经对本发明的实施例进行描述，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。