水堿浸泡條件下環(huán)氧樹脂的性能演化與分子動力學(xué)模擬.pdf

1、纖維增強聚合物（FRP）復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕、易加工性等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)的加固、修復(fù)與改造。由于土木工程結(jié)構(gòu)服役環(huán)境復(fù)雜（如水或強堿溶液浸泡），F(xiàn)RP在服役過程中會吸收水分，引起性能發(fā)生退化，并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的長期服役安全性問題。FRP主要由纖維與樹脂基體組成，同纖維（如碳纖維）相比，樹脂基體更易受環(huán)境的侵蝕。因此，研究樹脂基體在水或強堿溶液浸泡條件下的性能退化規(guī)律與機理，對明確FRP的耐久性能及其性能改進，從而推動F

2、RP的安全應(yīng)用具有重要意義。
　　本文采用試驗測試與分子動力學(xué)模擬方法，研究了環(huán)氧樹脂基體在水或強堿溶液浸泡條件下的水吸收與性能的退化，研究內(nèi)容主要包括：1）環(huán)氧樹脂在20℃、40℃與60℃蒸餾水或強堿溶液（pH=12.5，模擬混凝土滲出液）浸泡過程中的水吸收與擴散規(guī)律，以及水吸收引起的樹脂基體熱力學(xué)性能、自由體積分數(shù)及化學(xué)組成的變化；2）基于光纖光柵監(jiān)測技術(shù)，測試水吸收導(dǎo)致的環(huán)氧樹脂基體的溶脹；3）最后，利用分子動力學(xué)軟件，模擬

3、分析了水分子在樹脂基體內(nèi)的吸收與擴散過程及其塑化作用。
　　實驗結(jié)果表明，浸泡過程中，環(huán)氧樹脂基體的吸水過程符合經(jīng)典的Fick模型；樹脂基體的平衡吸水率和擴散系數(shù)隨著浸泡溫度的升高而增大；吸水對樹脂產(chǎn)生明顯的塑化作用。紅外分析結(jié)果表明，長期水或強堿溶液浸泡對環(huán)氧樹脂內(nèi)部的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響較小，并沒有產(chǎn)生明顯的水解反應(yīng)。光纖光柵監(jiān)測結(jié)果表明，浸水后一個月內(nèi)，樹脂膨脹應(yīng)變（溶脹作用）增長較快，而隨后趨于平衡。通過分子動力學(xué)建立了環(huán)氧樹脂的