摘要: 以相似比为1∶4 的双跨8 层混凝土框架模型为试验对象，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) 的顺序，分四个阶段对模型结构进行模拟地震试验，框架模型损坏后，对框架损伤区域的裂缝进行环氧树脂注胶修复，然后对框架模型输入与初次振动台试验相同的工况进行再次振动台试验，并比较混凝土框架模型在初次振动台试验、再次振动台试验中动力特性指标的变化特点，注胶修复前、后的不同水准地震作用下混凝土构件开裂、压碎等破坏形态以及模型结构层间刚度; 将试验结果推算至原型，比较原型层间位移角等指标，以此评价注胶修复技术修复混凝土框架结构的有效性。试验结果表明，采用的环氧树脂注胶修复技术可以有效地修复震损后的混凝土框架结构。

　　关键词: 混凝土框架模型; 振动台试验; 注胶修复技术; 抗震性能

　　引言

　　历次大地震中，钢筋混凝土框架房屋，除了少数坍塌或破坏严重外，大部分都为轻度或中度损伤，属“可修”的范畴[1-2]。对于因为地震造成的混凝土开裂或压碎，研究者多采用高强聚合物材料进行灌缝或填补，然后再进行加大截面或高性能增强材料的加固[3-5]。从研究的角度来看，“高强聚合物的灌缝和填补”与“增强材料或加大截面”两者的贡献却往往难以明确区分。仅采用“高强聚合物的灌缝和填补”进行结构的损伤修补，结构的力学性能能够达到何等水平，是否能够恢复，这一问题在国内鲜有人进行研究。

　　从国外的研究成果[6-10]来看，采用“高强聚合物的灌缝和填补”进行结构震损修复的试验多为构件层面的静力试验，且表明了“环氧树脂注胶修复技术”用于修复小震至中震损伤的有效性。然而，注胶修复技术对于大震后的混凝土结构的损伤是否有效没有得到试验的验证。此外，上述研究均为构件层面的拟静力试验。从现有的资料来看，国外也缺少模拟真实地震作用下整体的震损结构修复效果的研究。

　　本文拟通过震损-修复-再震损的试验来对比研究混凝土框架结构的修复方法。拟对一个整体框架模型先进行初次振动台试验，然后采用环氧树脂注胶进行裂缝修复，修复后再进行振动台试验，试验内容如下:

　　( 1) 观察两次试验中框架模型结构的开裂、压碎等损伤发展过程。

　　( 2) 对比混凝土框架模型在初次振动台试验、再次振动台试验中自振频率和阻尼比等结构整体动力特性指标，研究其在不同水准地震作用下的变化特点。

　　( 3) 比较框架模型的位移、层间刚度值，并据此评价注胶修复的可行性。

　　1 混凝土框架振动台试验过程

　　1. 1 混凝土框架模型的设计

　　本文的试验模型为相似比1∶ 4 的双跨8 层钢筋混凝土框架，模型平面尺寸为3. 4m × 3. 4m，层高0. 75m，总高度为6m，如图1 所示。模型的框架柱的尺寸统一为150mm × 150mm，框架梁尺寸统一为125mm ×50mm，楼板厚度为30mm。模型主要物理量的相似关系式和相似系数见表1。模型混凝土粗骨料为再生骨料，而细骨料为新砂，配合比为: 水∶ 水泥∶ 砂: 石子=0. 76∶ 1∶ 4. 58 ∶ 1. 69 ( 配合比为粗细骨料均为干燥状态) 。混凝土框架模型总质量为23. 56t，其中模型质量10. 11t，附加质量9. 32t，底座质量4. 13t。

　　1. 2 试验测试方案和加载方案

　　框架模型养护完成后，在同济大学土木工程防灾国家重点实验室的振动台试验室进行振动台试验。

　　本试验选定四条地震波作为模拟地震振动台台面输入波，即: ①El-Centro 波( 简称E) ; ②Kobe 波( 简称K) ; ③Wenchuan 波( 卧龙台记录，简称W) ; ④MYG013 波( 仙台记录，简称M) 。根据抗震设防要求，输入地震波的加速度幅值从小到大依次增加，以模拟从多遇到罕遇等不同水准地震对结构的作用。本试验加载工况按照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)的顺序( 已考虑加速度相似关系Sa = 1. 2) ，分四个阶段对模型结构进行模拟地震试验。在进行每个试验阶段的地震试验时，由台面依次输入Wenchuan 波、MYG013 波、El-Centro 波和Kobe 波。在每个阶段下，先输入X、Y 的双向地震激励，然后输入X、Y、Z 三向地震激励。各水准地震作用下，台面输入加速度峰值均按有关规范的规定及模型试验的相似要求进行调整，以模拟不同水准地震作用。初次振动台试验与再次振动台试验输入工况相同( 均31 个) ，试验工况见表1。在不同水准地震波输入前后，对模型进行白噪声扫频，以测试模型结构自振频率、振型和阻尼比等动力特性参数。

　　1. 3 注胶修复过程

　　经过初次振动台试验后，采用压力注胶技术对震损框架模型进行裂缝修复。修复结构所采用的材料为由Araldite 公司生产的XH160A/B 环氧树脂胶裂缝修补胶及XH111 Normal A/B 封闭胶。XH160A/B 环氧树脂胶裂缝修补胶为双组份冷固化无溶剂环氧树脂灌注剂，其应用为混凝土结构的填缝注剂、多孔地台和墙壁的渗透剂、格构式及封闭式湿法外包钢填注胶。XH111Normal A/B 为双组份室温固化触变性环氧胶，具有对多数材料粘合力良好、力学强度高、防水和抗化学腐蚀能力强的特点。

　　框架修复的顺序为: 先自下而上逐层修复梁、柱及梁柱节点。具体的注胶施工过程见图2。梁、柱及节点注胶完毕后，再进行楼板灌胶修复; 因楼板的裂缝较宽，采用注射器低压注胶的方式，使胶水慢慢扩展并渗透到混凝土中。完成每层楼板的注胶后，均进行动力特性的数据采集。如图1 所示，框架梁、柱上可以看见注胶修复的痕迹。

　　摘要　环氧树脂浇注成型工艺及模具设计是一门综合性的技术。浇注工艺、模具设计制造技术等都能给浇注件的质量产生很大的影响，因此必须进行系统的研究以得到符合要求的制件。提出了相关工艺方法、模具设计关键技术。

　　关键词　环氧树脂;成型工艺;模具设计

　　0　前言

　　环氧树脂作为一种电器材料，具有介电性能、力学性能、黏接性能、耐蚀性能优异，固化收缩率和线膨胀系数小，尺寸稳定性好，工艺性好，综合性能佳等优点，加 之环氧材料配方设计的灵活性和多样性，使它在电子电器领域得到广泛的应用。电力互感器、配电变压器、SF　6气体绝缘电器、户内外绝缘子等都采用环氧树脂 浇注绝缘。以2010年世界主要消费环氧树脂的国家及地区统计分析，用于电子电器领域的环氧树脂占各国或地区环氧树脂总消费量的比例来看，我国占15%， 而近年来该比例正在不断地增长。

　　目前随着我国支柱产业之一———电力工业的飞速发展，发电行业的设备不断更新，一方面向大电流、高电压产品发展;另一方面对输变压设备也要求超高压、大容 量、小型化和免维修;因此，对绝缘要求更高。这使得环氧树脂绝缘结构和密封工艺在绝缘子、绝缘电器、变压器中得到广泛的应用。

　　1　环氧树脂浇注原理与真空浇注工艺

　　1.1　环氧树脂浇注原理

　　环氧树脂浇注是将环氧树脂、固化剂和其他配合料浇注到设定的模具内，由热固性流体交联固化成热固性制品的过程。由于环氧树脂浇注产品集优良的电性能和力学性能于一体，因此，环氧树脂浇注在电器工业中得到了广泛的应用。

　　1.2　真空浇注工艺

　　高压开关用环氧树脂浇注绝缘制品要求外观完美，尺寸稳定，机、电、热性能满足产品要求。目前普遍采用真空浇注成型技术。其要点就是去除浇注制品内部和表面 的气隙和气泡，减少内部应力，防止产生裂纹等。为了达到这一目的，必须选用合适的浇注材料，使用适宜的真空浇注设备，严格控制原材料的预处理、混料、浇注和固化条件。

　　环氧树脂真空浇注成型工艺流程，如图1所示。

　　2　真空浇注成型工艺关键技术

　　(1)原材料的预处理

　　原材料预处理是在一定温度下加热至一定时间，并经过真空处理以脱除原材料中吸附的水分、气体及低分子挥发物，达到脱气脱水的效果。

　　(2)混料

　　混料的目的是使环氧树脂、填料、固化剂等混合均匀，便于进行化学反应。混料分一次和二次混料。树脂和填料混合称一次混料，在一次混料中加入固化剂成为二次 混料。一次混料是使填料被树脂充分浸润。因为环氧树脂与酸酐固化剂的反应是放热反应，填料是导热性好的材料，它能将反应释放的热量向外传导而不积集，使浇 注物内应力均匀分布而不产生缩痕。二次混料时间要确保固化剂混合均匀，其温度、真空度的参数也很重要。温度过高，将使混合料黏度迅速增加，影响脱气浇注工 序;真空度用以保证混合料的脱气、脱水，但不能导致固化剂的气化，所以真空度要恰当。

　　(3)浇注

　　浇注是将组装好并预热到一定温度的模具放入真空浇注罐中或在真空浇注罐内预热，模具温度略高于混合料的温度，浇注罐抽真空度到1　330Pa以下，维持一 定温度[1]，最后将混合均匀的物料浇入模具内;浇注完成后要继续抽真空一段时间，以去除浇注件内所形成的气泡，即可关闭真空，打开浇注罐，将模具送入固 化炉进行固化。浇注过程中应注意浇注速率和模具放置的位置，应有利于排气和使物料充满模具。

　　(4)固化

　　选择合适的温度和固化时间。环氧树脂浇注件的性能与交联密度密切相关。一般来说，浇注件的力学性能随交联密度的提高而上升，但到某一程度随交联密度的提 高，其机械强度反而下降。这个转折点的标志就是玻璃化转变温度Tg。所以固化温度太高，常使固化物性能下降，因此，必须选择合适的固化温度。

　　固化采用两阶段进行：一阶段是初固化成型;二阶段是在一次固化温度稍高的情况下进行后固化，保证完全固化，达到最佳性能状态。有时为了减少缩痕，可以在加压下凝胶来消除。

　　(5)脱模

　　脱模过程主要控制脱模温度和浇注件的冷却速率，减少浇注件的内应力，一般控制低于80℃。真空浇注工艺是目前环氧树脂浇注中应用最为广泛、工艺条件最为成熟的工艺。

　　3　真空浇注模具设计关键技术

　　3.1　模具总体设计原则

　　浇注模型腔表面应力求光滑，不得有砂眼。在设计浇注模时应浇注方便，避免产生气泡。为减少内应力和容易脱模，型腔各处都应圆滑过渡，在所有拐角及转弯处都应使气体逸出方便。

　　3.2　收缩率

　　根据填料的不同，浇注材料的收缩率也不同。对于SiO2+环氧树脂，取收缩率为0.4%;而Al2O3+环氧树脂的收缩率为0.4%～0.5%(以上均为实验数据)。在设计中一般取收缩率0.4%[2]。

　　3.3　支撑结构

　　从浇注工艺方面入手。因真空浇注的技术要点就是尽可能减少浇注制品中的气隙和气泡，提高零件质量，所以为利用浇口补缩的方式消除浇注成型缺陷，在模具下模板上增加了支脚，以确保浇口始终处于高点位置(倾斜约15～20°)，达到更好的补缩效果。

　　3.4　冷却装置

　　零件浇注时的冷却主要采用水冷却方式。因为零件在固化过程中的第一阶段为热固化，冷却装置中的水可使浇口处与模腔有约20℃的温差，这样可以延迟浇口处的固化，起到补缩的效果，避免了浇不满缺陷。水箱的设置分内外两种，根据模具特点可选用不同的形式。

　　3.5　密封元件

　　由于环氧树脂液态时流动性良好，对密封的要求高，故应加密封元件。根据零件特点，设计中采用大小密封圈同时密封的形式。在嵌件颈部位置采用环形小密封圈，在型腔周围采用大密封圈。

　　3.6　模具选材及表面处理

　　因为环氧树脂与铝合金的热膨胀系数基本一致，又由于该类模具主要用于真空浇注过程中，更多采用手工操作，所以选择铝合金材料，以便于搬运。但因材料硬度 低，故对材料进行表面硬质阳极氧化处理，氧化层深度达50μm，表面维氏硬度提高到400～500，这样提高了模具的耐磨性和抗腐蚀性能。而对于在开、合 模时经常拆卸的零件采用了钢件或铜件，模具在装卸过程中损伤程度低，模具使用寿命长。

　　4　真空浇注模具设计实例

　　互感器浇注模具是互感器制造必需的工装设备。浇注成型模具必须保证互感器的绕组、铁心、出线端子及其它零件的位置正确，使浇注体的尺寸和性能符合要求;注 意浇注体外形美观，并考虑装模、拆模方便及封模要求和浇注时空气容易排出，同时尽可能减轻模具的质量。本文主要介绍钢制模的设计及加工。图3为互感器浇注 模具装配图。

　　模具使用注意事项：

　　(1)模具装配完成后，先在浇注罐内均匀加热6～8h后，使模具温度达到80～85℃，再抽真空，进行浇注。如果模具内部温度达不到，会出现固化后缺料现象。

　　(2)环氧树脂浇注时，若真空度达不到，没有把浇注体内的空气全部抽出，则会造成固化后浇注体内有气泡。有气泡的浇注体的绝缘强度将大大降低[3]。

　　参考文献：

　　[1]　马德柱.高聚物结构及性能[M].北京：科学出版社，1990：102.

　　[2]　吴海军.环氧树脂真空浇注工艺过程及注意事项[J].变压器，2000(5)：33-36.

　　[3]　顾楚翘.环氧浇注电压互感器爆炸事故的原因分析[J].变压器，1994(10)：38-39.