エポキシナノコンポジットをコンクリートとして使用することで優れた機械的・接着性能を実現

Aug 20, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9157 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

コンクリート構造物に鉄筋を固定することは、建築および建設業界で一般的な方法です。 この研究は、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン (GPTMS) による SiO2 ナノフィラーの表面処理を使用して、調製されたエポキシ ナノ複合接着剤の機械的/接着特性を改善することに焦点を当てています。 この目的のために、ナノシリカ粒子は、1、5、10、および20Xのシラン濃度で容易なゾルゲル法を介してシラン化されました（つまり、Xは化学量論的なシラン濃度です）。 ナノ粒子は、FTIR、TGA、XRD、および XPS 技術によって注意深く特性評価されました。 最高の GPTMS グラフト率は、シラン濃度 10 倍で得られることがわかりました。 純粋なシラン化ナノ粒子を 2 液型エポキシ樹脂に添加し、引張特性と圧縮特性を比較しました。 ナノシリカの表面改質により、強度、弾性率、圧縮強度、圧縮弾性率が元のエポキシ接着剤と比較して 56、81、200、および 66%、またエポキシ接着剤と比較して 70、20、17、および 21% 向上することがわかりました。純粋なナノシリカ含有接着剤。 また、未使用および生のシリカ含有接着剤と比較して、それぞれ、引き抜き強度が 40 および 25%、引き抜き変位が 33 および 18%、接着エネルギーが 130 および 50% 向上しました。

コンクリートは、インフラストラクチャがあるところならどこでも見られる、最も価値のある建築材料の 1 つです1、2、3、4。 鉄筋は、基礎と柱をネットワーク化するために補強材の形で使用されます5、6、7。 また、基礎におけるもう 1 つの最も重要な用途の 1 つは、コンクリートの建設接合部を防ぐためのラビットの実装です8。 構造物のコンクリートを補強するために、鉄筋はワイヤーで接続され、アンカーシステムがコンクリートにしっかりと配置されます9、10。

セメントと鉄筋の間の結合は、アンカー システムの物理化学的挙動において重要な役割を果たします10、11。 一般に、コンクリートの亀裂は、過負荷、温度変化、収縮によって生じる引張応力によって発生し、接続不良、鉄筋の滑り、アンカーの破損などを引き起こします12、13。 セメントコンクリートにおける鉄筋の接着性を改善するために、鉄筋表面へのポリマー材料の適用（例：コーティング14、エポキシ樹脂15など）やコンクリート配合設計の変更（例：ナノ粒子16、繊維17など）など、多くの努力が行われてきました。 ）。

一般に、コンクリート接着剤は、エポキシベースとラテックス/ポリマーベースの 2 つのタイプに分類されます18。 この種の材料は、コンクリートの修復、コンクリートのシール、コンクリートの物理化学的特性の向上、古いコンクリートと新しいコンクリートの接続に使用されます19。 構造用接着剤の利点としては、構造の強化と材料間の接続の強化、湿った環境での使用、断面を持つ部材の接続、耐食性、迅速かつ簡単な実装などが挙げられます20,21。 鉄筋またはボルトの植設は、建設業界で最も一般的に使用される方法の 1 つです。 これには、構造の強化だけでなく、幅広い構造的および非構造的な接続が含まれます22、23。 この出発点から言えば、接着特性を改善することは、金属とコンクリートの結合を強化して構造損傷を防ぐ最も効率的な手法です24。

現在、エポキシベースの接着剤は、高い接着強度、迅速かつ過剰な圧縮、湿気、海水、下水、石油材料に対する不浸透性、振動や構造応力に対する優れた耐性、および高い強度のため、鉄筋アンカーシステム用の最も人気のある接着剤です。機械的特性19、25。

1980 年以降、Bloxham 26、Van Gemert et al.27、Swamy et al.28 などの研究者は、エポキシ接着剤を使用した鋼鉄筋によるコンクリートの補強に関する研究を実施しました。