2.中国商用飞机有限责任公司上海飞机制造有限公司.上海200436

　　摘要以碳纤维增强环氧树脂基复合材料结构为研究对象。设计了含有预埋分层缺陷复合材料层合板的典型试件及压缩实验装置。采用试验与数值模拟相结合的方法。研究了分层缺陷位置、大小对结构压缩强度的影响。研究结果表明。分层缺陷的位置会改变层合板的分层形式。且小尺寸分层缺陷对于层合板的压缩强度几乎无影响。此结论可为复合材料结构应用于飞机结构的设计和制造提供依据。

　　引言

　　复合材料已成为航空航天领域广泛应用的材料之～.在B787和A350飞机上的用量比例均已超过50%。然而，复合材料结构与各向同性材料不同，复合材料结构具有层压成型层合结构的特征，其层间强度低。因此，复合材料结构在服役或制造过程中以及外界环境作用下，极易产生界面脱胶、层间分层等损伤，特别是在受到外来物的横向冲击时，很容易使内部产生分层⋯。由于内部分层等损伤具有不可见性和难修补性，因此研究出现分层损伤后复合材料结构的剩余强度具有重要的理论和实践意义口--4]。本文选取碳纤维增强环氧树脂基复合材料为研究对象，通过预埋分层缺陷实现对分层损伤大小及位置的控制.采用试验与数值模拟相结合的方法研究了分层损伤对结构压缩强度的影响，研究结果可为复合材料结构应用于飞机结构设计和制造提供依据。

　　1 有限元数值模拟研究

　　本文研究基于Hashin关于纤维增强复合材料的失效起始判据的理论口-71，该理论包括纤维拉伸断裂(式(1))、纤维压缩屈曲(式(2))、基体在横向拉伸和剪切下的断裂(式(3))、基体在横向压缩和剪切下的压溃(式(4))等失效模式分析。

　　摘要以一种传统的双酚A型环氧树脂制备方法为基础，合成了一种低黏度的双酚A型酚醛环氧树脂。在合成双酚A型环氧树脂的实验过程中，n(BPA)：n(ECH)一5：1，醚化时间5h，闭环时间5h，得到的双酚A型环氧树脂色泽最浅，黏度较低适用于合成双酚A酚醛环氧树脂。实验中以原料环氧氯丙烷为分散介质无外加溶剂，制备了具有低粘度，易于调配的双酚A型酚醛环氧树脂，此种树脂性能优异，更适用于做复合材料特别是碳纤维预浸料生产的基体树脂。

　　关键词环氧树脂，双酚A型酚醛环氧，低黏度，环氧氯丙烷

　　环氧树脂因其良好的粘接、耐腐蚀、电气绝缘、高强度等性能而被应用到多种金属与非金属的粘接、耐腐蚀涂料、电气绝缘材料、复合材料等的制造上，成为各工业领域中不可缺少的基础材料[1]。碳纤维增强环氧树脂材料作为一种重要的先进复合材料，在国防、航空航天等领域具有广泛的应用[2]。在复合材料成型过程中，树脂与纤维之间的浸润性是影响复合材料最终使用性能的重要因素。通过选择适当的稀释剂来降低体系的黏度，提高树脂的适用期[3‘5]。本研究合成了一种低黏度的双酚A型酚醛环氧树脂，实验中以原料环氧氯丙烷为分散介质无外加溶剂，制备了具有低粘度，易于调配的双酚A型环氧树脂，此种树脂性能优异，更适用于复合材料基体树脂预浸料的调配，尤其是针对碳纤维预浸料生产所用的基体树脂。

　　1 实验部分

　　1.1主要试剂

　　环氧氯丙烷(ECH)，AR：上海凌峰化学试剂有限公司;双酚A(BPA)，化学纯：上海科丰化学试剂有限公司;四甲基溴化铵((CHs)。NBr)，AR：阿拉丁化学试剂有限公司;间苯二胺，AR：上海化学试剂采购供应五联化工厂;乙酸，AR：中久科技(上海)有限公司;NaOH，AR：上海试四赫维化工有限公司;四乙基溴化铵((C2Hs)。NBr)，AR：上海润捷化学试剂有限公司;结晶紫，AR：上海强顺化学试剂有限公司;三氯甲烷(CHCh)、甲苯、乙酸酐、邻苯二甲酸氢钾(C8HsK04)、高氯酸，AR：国药集团化学试剂有限公司。

　　1.2测试仪器

　　NDJ一8S数显黏度计，上海方瑞仪器有限公司;460型傅里叶变换红外光谱仪，美国Nicolet公司;515型凝胶渗透色谱仪(THF体系)，美国Waters公司。

　　1.3双酚A型环氧树脂的合成

　　将一定量的双酚A加入到带有电动搅拌、温度计和回流冷凝管的四口烧瓶中，加入适量环氧氯丙烷，搅拌，加热至40℃使双酚A完全溶解，加入适量的四甲基溴化铵在80℃下醚化5h;然后降温至50℃，滴加0.3tool的30%NaOH溶液，反应5h。反应结束后减压回收过量的环氧氯丙烷，将反应液倒入洁净的四口烧瓶，再加入适量的甲苯，升温至65℃，搅拌使其充分溶解，再加入0.2mol的30%NaOH溶液，反应5h。

　　结束后，将烧瓶内液体用65℃去离子水洗涤调至中性，分出有机层，将其过滤至250ral具塞磨口瓶，往滤液中加适量无水硫酸钠，加盖静置12h。滤除无水硫酸钠，于92.5KPa，20～100"(2下进行减压蒸馏，即可得到透明无杂质的双酚A型环氧树脂，反应式见图1。

　　将上述的双酚A型产物加入到带有电动搅拌、温度计和回流冷凝管的四口烧瓶中，加入适量环氧氯丙烷，搅拌，加热至双酚A型产物完全溶解，加人适量草酸，于70℃下滴加甲醛(每lOs加1滴)，于2h内完成;然后升温，75～80℃，反应4h。反应结束后加入一定量的四甲基溴化铵，于80℃醚化3h。然后降温至45℃滴加碱液，维持反应3h。反应结束后，将烧瓶内液体用65℃去离子水振荡洗涤调至中性，分出有机层，将其过滤至250mL具塞磨口瓶，往滤液中加适量无水硫酸钠，1h后滤除无水硫酸钠，进行减压蒸馏，即可得到透明无杂质的双酚A型线性酚醛环氧树脂，反应历程见图2。摘要】水泥基渗透结晶型防水材料与传统的卷材和涂料防水的作用基理和施工工艺相比，有较大的差异，在施工技术方面有明显的优势在防水工程中应用越来越广泛，本文结合工程实例，介绍水泥基渗透结晶型防水材料的优点及适用范围、从表面处理、节点处理、材料配制、养护等方面论述了其施工要点，阐明了其适合于防水行业的发展，并具有绿色环保的性质。

　　【关键词】：水泥基渗透结晶新型防水材料 研究 应用

　　鞍山市兴盛家园DN6小区包括6}≠楼、7#楼两栋建筑物，6#楼地下一层、地上15层、建筑面积5800平方米。7}}楼地下一层、地上21层、建筑面积9800平方米。其中地下室防水工程面积1900平方米，为优质高速地建好本工程，保证计划工期的实现，确保工程质量，达到以科技刨效益的目的，在地下室防水层施工中，经设计同意，水泥基渗透结晶型防水材料。

　　1 水泥基渗透结晶型防水材料

　　1 1材料简介

　　水泥基渗透结晶型防水材料(简称CCCW )主要以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、石英砂为基料，掺入活性化学物质制成的刚性防水材料。

　　1.2防水机理

　　水泥基渗透结晶型防水材料的防水机理主要是利用砼结构的多孔性，在水的作用下，防水涂料中含有的活性化学物质以水为载体，被带入砼结构内部孔缝中，随着水对砼结构毛孔的渗透与混凝土中的游离子交互反应生成不溶干水的结晶物，结晶物在砼结构孔缝中吸水膨胀，由疏至密，使混凝土结构表层向纵深处逐渐形成一个至密的抗渗区域，大大提高了结构整体的抗渗能力。

　　1 3适用范围

　　主要应用于混凝土结构表面的防水施工，地下工程、水工工程的刚性防水，如建筑物地下室，隧道，游泳池，水坝等。既可用于迎水面，也可用于背水面。结构开裂、渗水点、孔洞的堵漏施工。

　　2工程实例

　　2.1工程简介

　　市兴盛家园DN6小区包括6#楼、7#楼两栋建筑物，在地下室防水层施工中，采用水泥基渗透结晶型防水材料。

　　2 2施工工艺流程

　　施工准备一混凝土基面处理一充分湿润基面一配料搅拌一涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料一检验一养护一验收

　　2.3施工准备

　　2 3 1技术;隹备：施工前组织施工人员充分熟悉施工图纸，做好技术交底，重点部分交底严格按图有序施工。

　　2 3.2 人员准备：根据施工面积和工期需要，;佳备充分的施工人员，并培训合格后方可上岗。

　　2 3 3材料准备根据施工面积提出工程材料计划，组织好材料采购及进场，做到材料供应及时，并按规定进行合理堆放、保管，保证工程的连续性。

　　2 3 4施工机具;隹备：施工所需的机具主要有手用钢丝刷、高压水枪、喷雾器具、凿子、锤子、专用尼龙刷、半硬棕刷、计量水和料的器具、拌料器具、抹布、胶皮手套等。

　　2 3 5现场准备在涂刷之前，必须将基面上的漆、jEli、污秽、灰尘、水泥碴等附着物和松脱物去除干净，并使施工面湿润，但不能有积水现象。

　　2 4 4检验

　　2 4.4.1涂层施工完毕后，须检查涂层是否均匀，如有不均匀处，须进行修补。

　　2 4.4.2涂层施工完毕后，须检查涂层是否有暴皮现象，如有，暴皮部位需要清除，并进行基面再处理后，再次涂刷。

　　2 4.4.3涂层的返工处理.返工部位的基面，均需潮湿，如发现有干燥现象，则需喷洒水后再进行涂层的施工，但不能够有明水出现。

　　2 4 5养护

　　2 4.5.1待表面涂层初凝达到足够硬后，立即进行喷水养护，并保证涂层处于湿润状态，但不得用水浸泡养护。

　　2.4 5.2养护开始的1—2天内，每天向涂层喷水5—6次，并用湿草包覆盖。在夏季，遇到炎热气候时，应增加喷水次数;在冬季，养护时应加盖草帘防冻。

　　2.4.5.3涂层养护开始的两昼夜内，应避免受到暴风、曝晒、雨淋以及负温受冻。五天内避免行车，七天内不得长期浸水。

　　2 4 5.4对于回填土工程，应在涂层施工至少48，J~8,1-后进行，且回填材料应湿润。

　　2 4 6验收

　　2.4 6.1用观察法检查一涂层要涂刷均匀，不许有漏涂和漏底。

　　2 4 6 2按规定做好养护，保证养护时间、次数及使用雾水，同时养护期间不得有磕碰。

　　2 4 6.3涂层不得有起皮、剥落、裂纹等现象。

　　2 5质量保证措施

　　2 5 1建立健全质量保证体系，配置专职质量检查人员，进行跟班质量检查和隐蔽工程的检查验收，对特殊部位要认真检查，防止漏做而留有渗漏隐患：施工过程中，不得踩塌损坏涂层。

　　2.5l2严格按照施工图和建筑工程施工质量验收规范进行施工。

　　2.5.3工程所用材料实行“双控”。即必须有出厂合格证和复验报告，严把质量关，不合格的材料禁止使用。

　　2 5 4严格计量管理制度，严格按照配合比进行准确计量，垮工时 拜I均匀仔细 不可铸工减树。

　　2 5l5施工前对施工人员进行培训l，合格后方可上岗。

　　2 5 6 施工中责任到人，层层把关，上道工序不合格不得进入下道工序，以工序质量保证工程质量。

　　2.5 7做好成品保护工作，加强对水泥基渗透结晶型防水涂层的养护工作，保证工程质量。

　　2 6环境、职业健康安全保证措施

　　2 6 1施工现场应经常采取多种形式进行环保宣传教育活动，提高职工的环保意识和法制观念。

　　2 6 2施工中应加强对固体废弃物的集中管理，避免对环境造成危害。

　　2 6 3 由于水泥基渗透结晶型防水涂料中的水泥成分具有高度的碱性，使用时不可直接接触皮肤或眼睛，配料、拌和及施工时应配戴适当的手套和保护眼镜。

　　2 6.4如果皮肤上粘有涂料浆液应：立即用清水冲洗即可。

　　2 6 5如果涂料浆液溅到眼睛里应先用净水冲洗后，及时到医院治疗。

　　3.施工注意事项

　　3.1使用水泥基渗透结晶型防水材料的基面应干净无浮层、旧涂膜、尘土污垢及其它杂物，以提供充分开放的毛细管系统，有利于水泥基渗透结晶型防水材料的渗透和结晶体的形成。

　　3 2对所有要涂刷水泥基渗透结晶型防水材料的混凝土，须仔细检查是否有结构上的缺陷，如模板拉杆孔洞、裂缝、蜂窝麻面状的劣质表面、坑洞、施工缝接口处的凹凸不平等，均应修凿、清理，进行堵缝、补强、找平处理，再进行大面积涂刷。

　　3.3施工前必须用清水彻底湿润工作面，形成内部饱和，以利于水泥基渗透结晶型防水材料借助水分向混凝土结构内部渗透。

　　3 4施工必须在混凝土结构或牢固的水泥砂浆基面上进行，不要直接用于粉灰层表面。

　　3 6要确保涂层厚度与施工推荐用量，尤其是采用涂刷方法施工时，浆料太稀或搅拌不匀，就容易起粉或起壳。

　　3 1 O避免直接与皮肤接触，若需用手掺拌干粉或湿料时需戴胶皮J O

　　4结束语

　　在兴盛家园地下室防水施工中，通过对每道工序、特别是每个防水薄弱部位的精心施工，确保了地下室防水质量。地下室防水工程施工至今，未发现一处渗漏水，防水效果良好。

　　3试验结果与分析

　　图3为缺陷位于上层、中层、下层以及不含缺陷试样的位移一载荷曲线，每组试样有4件分别为含不同缺陷尺寸的复合材料层合板。从图中可以看出，在压缩载荷作用下含不同尺寸缺陷的层合板路径基本一致，载荷峰值差别较大，除不含缺陷试样外，预埋缺陷位于中层的试样载荷峰值最高，其次为上层，缺陷位于下层的试样载荷峰值最低。从位移一载荷曲线图可看出.分层缺陷会降低试样的压缩强度。

　　不同尺寸的分层缺陷对压缩强度的影响不同，其载荷路径有重合之处。图4给出了不同尺寸不同位置的压缩强度。

　　可以看出，对于含表层分层缺陷层合板，压缩强度随着缺陷尺寸的增大有减小的趋势，较大分层缺陷尺寸(缺陷直径大于9mm)对层合板的压缩强度影响较明显，而缺陷尺寸小于一定值时(缺陷直径小于3mm)对层合板的压缩强度影响不是很明显，这时强度趋于无损强度;对于含中间分层缺陷层合板，压缩强度受缺陷尺寸的影响不大。另外，从图中还可以看出，同一缺陷大小同一位置的不同试样，压缩强度并不相同，离散性在11%～25%之间，这与试验中存在不利于压缩强。度测量的客观因素有关，例如试样的对中、夹具的变形、试样的加工几何精度、夹持力等。

　　图5给出了含分层缺陷复合材料层合板压缩损伤模式及局部放大图，并对断口进行电子显微镜观察(图6)。由图可看出，分层缺陷会改变层合板的破坏模式，压缩过程中，当压力达到一定程度时.缺陷上表面材料铺层“鼓起”，而相应的反面由于压缩力矩的不平衡产生顺势弯曲失稳.致使层合板的破坏方向为向缺陷下表面微弯。

　　无预埋缺陷分层试样的失效模式为层板整体欠稳引发层合板破坏，如罔7、冈8所示，上层预埋分层缺陷的试件在压缩过程中表现为局部屈曲模态，局部屈曲强度只有其破坏强度的30%～60%，分层直径增加.局部屈曲强度降低。局部屈ffn发生后，层合板尚可进一步承载，直至层合板失稳破坏。中间分层缺陷层合板压缩损伤不m现局部分层屈曲，直接产生较大的响声后发生整体压缩破坏。