摘要: 以相似比為1∶4 的雙跨8 層混凝土框架模型為試驗對象，按照8 度多遇( 0. 084g) 、8 度基本( 0. 24g) 、8 度罕遇( 0. 48g) 以及8 度半罕遇( 0. 612g) 的順序，分四個階段對模型結構進行模擬地震試驗，框架模型損壞后，對框架損傷區域的裂縫進行環氧樹脂注膠修復，然后對框架模型輸入與初次振動臺試驗相同的工況進行再次振動臺試驗，并比較混凝土框架模型在初次振動臺試驗、再次振動臺試驗中動力特性指標的變化特點，注膠修復前、后的不同水準地震作用下混凝土構件開裂、壓碎等破壞形態以及模型結構層間剛度; 將試驗結果推算至原型，比較原型層間位移角等指標，以此評價注膠修復技術修復混凝土框架結構的有效性。試驗結果表明，采用的環氧樹脂注膠修復技術可以有效地修復震損后的混凝土框架結構。
關鍵詞: 混凝土框架模型; 振動臺試驗; 注膠修復技術; 抗震性能
引言
歷次大地震中，鋼筋混凝土框架房屋，除了少數坍塌或破壞嚴重外，大部分都為輕度或中度損傷，屬“可修”的范疇[1-2]。對于因為地震造成的混凝土開裂或壓碎，研究者多采用高強聚合物材料進行灌縫或填補，然后再進行加大截面或高性能增強材料的加固[3-5]。從研究的角度來看，“高強聚合物的灌縫和填補”與“增強材料或加大截面”兩者的貢獻卻往往難以明確區分。僅采用“高強聚合物的灌縫和填補”進行結構的損傷修補，結構的力學性能能夠達到何等水平，是否能夠恢復，這一問題在國內鮮有人進行研究。
從國外的研究成果[6-10]來看，采用“高強聚合物的灌縫和填補”進行結構震損修復的試驗多為構件層面的靜力試驗，且表明了“環氧樹脂注膠修復技術”用于修復小震至中震損傷的有效性。然而，注膠修復技術對于大震后的混凝土結構的損傷是否有效沒有得到試驗的驗證。此外，上述研究均為構件層面的擬靜力試驗。從現有的資料來看，國外也缺少模擬真實地震作用下整體的震損結構修復效果的研究。
本文擬通過震損-修復-再震損的試驗來對比研究混凝土框架結構的修復方法。擬對一個整體框架模型先進行初次振動臺試驗，然后采用環氧樹脂注膠進行裂縫修復，修復后再進行振動臺試驗，試驗內容如下:
( 1) 觀察兩次試驗中框架模型結構的開裂、壓碎等損傷發展過程。
( 2) 對比混凝土框架模型在初次振動臺試驗、再次振動臺試驗中自振頻率和阻尼比等結構整體動力特性指標，研究其在不同水準地震作用下的變化特點。
( 3) 比較框架模型的位移、層間剛度值，并據此評價注膠修復的可行性。
1 混凝土框架振動臺試驗過程
1. 1 混凝土框架模型的設計
本文的試驗模型為相似比1∶ 4 的雙跨8 層鋼筋混凝土框架，模型平面尺寸為3. 4m × 3. 4m，層高0. 75m，總高度為6m，如圖1 所示。模型的框架柱的尺寸統一為150mm × 150mm，框架梁尺寸統一為125mm ×50mm，樓板厚度為30mm。模型主要物理量的相似關系式和相似系數見表1。模型混凝土粗骨料為再生骨料，而細骨料為新砂，配合比為: 水∶ 水泥∶ 砂: 石子=0. 76∶ 1∶ 4. 58 ∶ 1. 69 ( 配合比為粗細骨料均為干燥狀態) 。混凝土框架模型總質量為23. 56t，其中模型質量10. 11t，附加質量9. 32t，底座質量4. 13t。
1. 2 試驗測試方案和加載方案
框架模型養護完成后，在同濟大學土木工程防災國家重點實驗室的振動臺試驗室進行振動臺試驗。
本試驗選定四條地震波作為模擬地震振動臺臺面輸入波，即: ①El-Centro 波( 簡稱E) ; ②Kobe 波( 簡稱K) ; ③Wenchuan 波( 臥龍臺記錄，簡稱W) ; ④MYG013 波( 仙臺記錄，簡稱M) 。根據抗震設防要求，輸入地震波的加速度幅值從小到大依次增加，以模擬從多遇到罕遇等不同水準地震對結構的作用。本試驗加載工況按照8 度多遇( 0. 084g ) 、8 度基本( 0. 24g) 、8 度罕遇( 0. 48g) 以及8 度半罕遇( 0. 612g)的順序( 已考慮加速度相似關系Sa = 1. 2) ，分四個階段對模型結構進行模擬地震試驗。在進行每個試驗階段的地震試驗時，由臺面依次輸入Wenchuan 波、MYG013 波、El-Centro 波和Kobe 波。在每個階段下，先輸入X、Y 的雙向地震激勵，然后輸入X、Y、Z 三向地震激勵。各水準地震作用下，臺面輸入加速度峰值均按有關規范的規定及模型試驗的相似要求進行調整，以模擬不同水準地震作用。初次振動臺試驗與再次振動臺試驗輸入工況相同( 均31 個) ，試驗工況見表1。在不同水準地震波輸入前后，對模型進行白噪聲掃頻，以測試模型結構自振頻率、振型和阻尼比等動力特性參數。
1. 3 注膠修復過程
經過初次振動臺試驗后，采用壓力注膠技術對震損框架模型進行裂縫修復。修復結構所采用的材料為由Araldite 公司生產的XH160A/B 環氧樹脂膠裂縫修補膠及XH111 Normal A/B 封閉膠。XH160A/B 環氧樹脂膠裂縫修補膠為雙組份冷固化無溶劑環氧樹脂灌注劑，其應用為混凝土結構的填縫注劑、多孔地臺和墻壁的滲透劑、格構式及封閉式濕法外包鋼填注膠。XH111Normal A/B 為雙組份室溫固化觸變性環氧膠，具有對多數材料粘合力良好、力學強度高、防水和抗化學腐蝕能力強的特點。
框架修復的順序為: 先自下而上逐層修復梁、柱及梁柱節點。具體的注膠施工過程見圖2。梁、柱及節點注膠完畢后，再進行樓板灌膠修復; 因樓板的裂縫較寬，采用注射器低壓注膠的方式，使膠水慢慢擴展并滲透到混凝土中。完成每層樓板的注膠后，均進行動力特性的數據采集。如圖1 所示，框架梁、柱上可以看見注膠修復的痕跡。
摘要 環氧樹脂澆注成型工藝及模具設計是一門綜合性的技術。澆注工藝、模具設計制造技術等都能給澆注件的質量產生很大的影響，因此必須進行系統的研究以得到符合要求的制件。提出了相關工藝方法、模具設計關鍵技術。
關鍵詞 環氧樹脂;成型工藝;模具設計
0 前言
環氧樹脂作為一種電器材料，具有介電性能、力學性能、黏接性能、耐蝕性能優異，固化收縮率和線膨脹系數小，尺寸穩定性好，工藝性好，綜合性能佳等優點，加 之環氧材料配方設計的靈活性和多樣性，使它在電子電器領域得到廣泛的應用。電力互感器、配電變壓器、SF 6氣體絕緣電器、戶內外絕緣子等都采用環氧樹脂 澆注絕緣。以2010年世界主要消費環氧樹脂的國家及地區統計分析，用于電子電器領域的環氧樹脂占各國或地區環氧樹脂總消費量的比例來看，我國占15%， 而近年來該比例正在不斷地增長。
目前隨著我國支柱產業之一———電力工業的飛速發展，發電行業的設備不斷更新，一方面向大電流、高電壓產品發展;另一方面對輸變壓設備也要求超高壓、大容 量、小型化和免維修;因此，對絕緣要求更高。這使得環氧樹脂絕緣結構和密封工藝在絕緣子、絕緣電器、變壓器中得到廣泛的應用。
1 環氧樹脂澆注原理與真空澆注工藝
1.1 環氧樹脂澆注原理
環氧樹脂澆注是將環氧樹脂、固化劑和其他配合料澆注到設定的模具內，由熱固性流體交聯固化成熱固性制品的過程。由于環氧樹脂澆注產品集優良的電性能和力學性能于一體，因此，環氧樹脂澆注在電器工業中得到了廣泛的應用。
1.2 真空澆注工藝
高壓開關用環氧樹脂澆注絕緣制品要求外觀完美，尺寸穩定，機、電、熱性能滿足產品要求。目前普遍采用真空澆注成型技術。其要點就是去除澆注制品內部和表面 的氣隙和氣泡，減少內部應力，防止產生裂紋等。為了達到這一目的，必須選用合適的澆注材料，使用適宜的真空澆注設備，嚴格控制原材料的預處理、混料、澆注和固化條件。
環氧樹脂真空澆注成型工藝流程，如圖1所示。
2 真空澆注成型工藝關鍵技術
(1)原材料的預處理
原材料預處理是在一定溫度下加熱至一定時間，并經過真空處理以脫除原材料中吸附的水分、氣體及低分子揮發物，達到脫氣脫水的效果。
(2)混料
混料的目的是使環氧樹脂、填料、固化劑等混合均勻，便于進行化學反應。混料分一次和二次混料。樹脂和填料混合稱一次混料，在一次混料中加入固化劑成為二次 混料。一次混料是使填料被樹脂充分浸潤。因為環氧樹脂與酸酐固化劑的反應是放熱反應，填料是導熱性好的材料，它能將反應釋放的熱量向外傳導而不積集，使澆 注物內應力均勻分布而不產生縮痕。二次混料時間要確保固化劑混合均勻，其溫度、真空度的參數也很重要。溫度過高，將使混合料黏度迅速增加，影響脫氣澆注工 序;真空度用以保證混合料的脫氣、脫水，但不能導致固化劑的氣化，所以真空度要恰當。
(3)澆注
澆注是將組裝好并預熱到一定溫度的模具放入真空澆注罐中或在真空澆注罐內預熱，模具溫度略高于混合料的溫度，澆注罐抽真空度到1 330Pa以下，維持一 定溫度[1]，最后將混合均勻的物料澆入模具內;澆注完成后要繼續抽真空一段時間，以去除澆注件內所形成的氣泡，即可關閉真空，打開澆注罐，將模具送入固 化爐進行固化。澆注過程中應注意澆注速率和模具放置的位置，應有利于排氣和使物料充滿模具。
(4)固化
選擇合適的溫度和固化時間。環氧樹脂澆注件的性能與交聯密度密切相關。一般來說，澆注件的力學性能隨交聯密度的提高而上升，但到某一程度隨交聯密度的提 高，其機械強度反而下降。這個轉折點的標志就是玻璃化轉變溫度Tg。所以固化溫度太高，常使固化物性能下降，因此，必須選擇合適的固化溫度。
固化采用兩階段進行：一階段是初固化成型;二階段是在一次固化溫度稍高的情況下進行后固化，保證完全固化，達到最佳性能狀態。有時為了減少縮痕，可以在加壓下凝膠來消除。
(5)脫模
脫模過程主要控制脫模溫度和澆注件的冷卻速率，減少澆注件的內應力，一般控制低于80℃。真空澆注工藝是目前環氧樹脂澆注中應用最為廣泛、工藝條件最為成熟的工藝。
3 真空澆注模具設計關鍵技術
3.1 模具總體設計原則
澆注模型腔表面應力求光滑，不得有砂眼。在設計澆注模時應澆注方便，避免產生氣泡。為減少內應力和容易脫模，型腔各處都應圓滑過渡，在所有拐角及轉彎處都應使氣體逸出方便。
3.2 收縮率
根據填料的不同，澆注材料的收縮率也不同。對于SiO2+環氧樹脂，取收縮率為0.4%;而Al2O3+環氧樹脂的收縮率為0.4%～0.5%(以上均為實驗數據)。在設計中一般取收縮率0.4%[2]。
3.3 支撐結構
從澆注工藝方面入手。因真空澆注的技術要點就是盡可能減少澆注制品中的氣隙和氣泡，提高零件質量，所以為利用澆口補縮的方式消除澆注成型缺陷，在模具下模板上增加了支腳，以確保澆口始終處于高點位置(傾斜約15～20°)，達到更好的補縮效果。
3.4 冷卻裝置
零件澆注時的冷卻主要采用水冷卻方式。因為零件在固化過程中的第一階段為熱固化，冷卻裝置中的水可使澆口處與模腔有約20℃的溫差，這樣可以延遲澆口處的固化，起到補縮的效果，避免了澆不滿缺陷。水箱的設置分內外兩種，根據模具特點可選用不同的形式。
3.5 密封元件
由于環氧樹脂液態時流動性良好，對密封的要求高，故應加密封元件。根據零件特點，設計中采用大小密封圈同時密封的形式。在嵌件頸部位置采用環形小密封圈，在型腔周圍采用大密封圈。
3.6 模具選材及表面處理
因為環氧樹脂與鋁合金的熱膨脹系數基本一致，又由于該類模具主要用于真空澆注過程中，更多采用手工操作，所以選擇鋁合金材料，以便于搬運。但因材料硬度 低，故對材料進行表面硬質陽極氧化處理，氧化層深度達50μm，表面維氏硬度提高到400～500，這樣提高了模具的耐磨性和抗腐蝕性能。而對于在開、合 模時經常拆卸的零件采用了鋼件或銅件，模具在裝卸過程中損傷程度低，模具使用壽命長。
4 真空澆注模具設計實例
互感器澆注模具是互感器制造必需的工裝設備。澆注成型模具必須保證互感器的繞組、鐵心、出線端子及其它零件的位置正確，使澆注體的尺寸和性能符合要求;注 意澆注體外形美觀，并考慮裝模、拆模方便及封模要求和澆注時空氣容易排出，同時盡可能減輕模具的質量。本文主要介紹鋼制模的設計及加工。圖3為互感器澆注 模具裝配圖。
模具使用注意事項：
(1)模具裝配完成后，先在澆注罐內均勻加熱6～8h后，使模具溫度達到80～85℃，再抽真空，進行澆注。如果模具內部溫度達不到，會出現固化后缺料現象。
(2)環氧樹脂澆注時，若真空度達不到，沒有把澆注體內的空氣全部抽出，則會造成固化后澆注體內有氣泡。有氣泡的澆注體的絕緣強度將大大降低[3]。
參考文獻：
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[2] 吳海軍.環氧樹脂真空澆注工藝過程及注意事項[J].變壓器，2000(5)：33-36.
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