摘 要：通过单侧拉伸下的剪切实验，研究玻璃钢与浇筑混凝土之间通过树脂及石英石复合形成界面层的力学性能。分析玻璃钢和混凝土之间界面层中石英石不同颗粒粒径大小和不同颗粒分布密度对剪切强度的影响，实验结果表明界面层中的石英石对玻璃钢与浇筑混凝土之间的粘接起着重要的作用。
　　关键词：玻璃钢 混凝土 界面层 剪切实验
　　1 引言
　　玻璃钢与混凝土是使用广泛的建筑材料，玻璃钢由于其比强度大、防腐性好、可设计性强，常被应用于管道、压力容器等行业。混凝土因为其就地取材容易、节约钢材、整体性好、可模性好、耐久性好、耐火性好被作为结构材料广泛的应用于实际工程中。在一些管道应用中，地下混凝土管道的不耐腐尤为明显，因此需要采取一些防腐措施。在利用玻璃钢材料的耐腐蚀性制作玻璃钢混凝土复合管道时，往往容易出现玻璃钢内衬与现浇混凝土管之间脱粘的现象。本文针对这一问题，尝试在二者之间建立树脂石英石界面层，并通过单侧拉伸下的剪切实验来研究其界面力学性能，以期获得理想的粘接强度。
　　2 试验研究
　　2.1 原材料
　　邻苯型不饱和聚酯树脂，促进剂，固化剂，玻璃纤维单向布，石英石2mm～20mm，普通硅酸盐水泥，河沙，碎石5mm～20mm，减水剂。
　　2.2 试样制备
　　采用树脂与固化剂、促进剂的比例为1：1.2%：1.2%，玻璃纤维单向布正交铺层手糊成型工艺在实验室条件下制备玻璃钢试样，厚度1.8mm。在玻璃钢固化前取其上170mm��mm的区域，均匀撒上预先经过清洗并烘干处理的石英石，并在石英石上施加一定量的重量，在常温条件下固化。待玻璃钢固化后，将其切割成尺寸为24mm��0mm的小样。在浇筑混凝土的模具上固定，然后在模具中灌入混凝土浆，混凝土浆的砂率为41.97%，水灰比为1：0.37，减水剂参量为1.21%，并将其置于振动台上振动1-2分钟，混凝土达到脱模强度后脱模，在常温下养护7天。
　　2.3 剪切试验
　　实验参照《胶粘剂拉伸剪切强度测定方法》（GB-T7124-2008）进行。将试样按照界面层中石英石粒径的大小和石英石在玻璃钢片上的平铺密度进行分组，分别按大颗粒径10mm～20mm、中等粒径5mm～10mm、小粒径2mm～5mm进行分组；对不同的粒径分别按照平铺密度分组，平铺密度为石英石质量与玻璃钢与混凝土之间粘接面积的比值，每组6个试样，在万能材料试验机INSTRON5882上进行剪切试验，如图1、图2所示。试验直到玻璃钢与混凝土分离，记录破坏载荷。
　　图1 剪切试验
　　图2 试验示意图
　　3 试验结果与分析
　　3.1 试验现象
　　加载初期，在靠近加载端的部分，玻璃钢与混凝土粘接的部分很容易形成裂纹，到后玻璃钢与混凝土块突然分离。其中小粒径试样多为石英石与玻璃钢之间界面破坏或者石英石与混凝土脱粘，中等颗粒为石英石与玻璃钢发生界面破坏或者与混凝土脱粘，大颗粒表现为加载端的混凝土开裂脱落，石英石与树脂间界面破坏。
　　3.2 试验结果
　　试验结果见表1所示，其中剪切强度按Q=N/A计算，N为试样破坏时的大拉力，A为玻璃钢与混凝土的初始粘接面积。
　　表1 不同平铺密度下三种粒径的剪切强度
　　3.3 结果分析
　　对上述剪切试验结果数据分析，可得到试样在界面层石英石不同颗粒粒径下和不同平铺密度下的剪切强度变化趋势图，如图3所示。
　　图3 剪切强度随石英石粒径和平铺密度的变化图
　　由图3可见，粒径对试样剪切强度的影响并不明显。从试验现象看，粒径的大小发生变化，试样的破坏形式会发生变化，主要区别是小粒径试样破坏多为石英石与混凝土之间界面破坏，中等粒径试样和大粒径试样的破坏多为石英石与玻璃钢界面破坏。
　　在石英石给定的研究变化区间内：大粒径试样和小粒径试样的剪切强度随着平铺密度的增加而增加，而中等粒径在平铺密度为2.87395kg/mm2之后强度发生下滑。
　　关于影响界面强度的因素，主要有下列几种：（1）胶粘剂的性能，这个因素主要，它是决定粘接强度的内在因素；（2）粘接工艺的影响，它包括胶粘剂的选择，粘接长度、粘接尺寸、表面处理、粘接环境等一系列在不同工艺制作环节中会对粘接造成影响的因素；（3）粘接操作质量的影响；（4）被粘接物的性能，粘接强度也取决于被粘接物表面物理、化学与胶粘剂的相容、相亲性能。
　　影响复合材料界面破坏的因素很多，但是复合材料界面破坏的类型主要有以下三种：（1）界面层的粘接破坏：当两相的粘接强度低于界面层的内聚强度时就会发生粘结破坏；（2）界面层的内聚破坏：当增强相与基体的粘结强度大于界面层内聚强度时发生界面层的内聚破坏；（3）界面层的混合破坏：同时发生内聚破坏和粘结破坏时的破坏称为混合破坏。
　　图4 玻璃钢与混凝土界面层连接
　　本文所研制试样界面层（如图4所示）涉及到三种界面：（1）玻璃钢与混凝土之间的界面。这种界面的粘接强度很小，其原因是：混凝土与玻璃钢之间主要表现为一种吸附作用，在本文的工艺下制作的试样，在混凝土水化反应的过程中，玻璃钢与水泥之间会形成水膜或者水环，从而产生水膜粘滞阻力和水环应力，它能导致混凝土对玻璃钢表面产生依附作用，由于玻璃钢为表面自由能低、亲水性差的材料。从而导致玻璃钢与混凝土之间的粘结强度很低；（2）玻璃钢树脂与石英石之间的界面。玻璃钢树脂与石英石之间的界面是由树脂固化反应而形成的，两者会形成很强的粘接界面，其粘接强度一般有30MPa-80MPa；（3）石英石与混凝土之间的界面。石英石与混凝土之间主要存在着范德华力，机械力和摩擦力。
　　试样的荷载主要靠石英石与混凝土之间形成的界面或石英石与玻璃钢形成的界面来承担，这与石英石的颗粒大小、形状和石英石的表面处理有很大关系。
　　4 结论
　　石英石颗粒粒径的大小（2-20mm）对剪切强度的结果并没有显著的影响，石英石颗粒的用量对剪切强度影响和大。固化后的玻璃钢作为一种亲水性差的材料，与浇筑混凝土的粘接性能很差，而加入像石英石或类似的颗粒或者过渡材料可起到提高这两种材料间粘接性能的作用。