Durability and fatigue performance of coldcuring structural adhesives in bridge construction

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: AGB2012/012

Key words (German)

Klebstoffe, Epoxidharz, Dauerhaftigkeit, Aushärtungsgrad, Alterung, Ermüdung

Key words (English)

adhesives, epoxy resin, durability, curing degree, ageing, fatigue

Short description (German)

Das vorgeschlagene Projekt basiert auf den Erkenntnissen des Vorgängerprojektes AGB 2005/008: ''Thermophysikalisches und thermomechanisches Verhalten von kalthärtenden strukturellen Klebstoffen im Brückenbau''. Ergänzend wird nun die Dauerhaftigkeit (oder das Alterungsverhalten) von epoxidharz-basierten Klebstoffen untersucht. Aufgrund von bestehenden Kenntnissen kann dabei auf die chemische Alterung infolge Feuchtigkeit und Frost-Tausalzbeanspruchung fokussiert werden, da der Einfluss von erhöhter Temperatur eine positive Nachaushärtung verursacht, sofern die Temperatur unter der Glasübergangstemperatur bleibt. Untersucht wird der gleichzeitige Einfluss von Witterungsbedingungen und Ermüdungsbelastung auf die mechanischen Eigenschaften und die Glasübergangstemperatur von unvollständig und vollständig ausgehärteten Klebstoffproben.
Das Projekt basiert auf experimentellen Untersuchungen. Die Degradationsprozesse werden durch Erhöhung der Temperatur beschleunigt und die Resultate werden gemäss der Arrheniusmethode auf die Nutzungsdauer von Brücken extrapoliert. Zusammen mit den Resultaten des Vorgängerprojektes ermöglichen es die Ergebnisse, das langfristige thermophysikalische und thermomechanische Verhalten von kalthärtenden strukturellen Klebstoffen auf Epoxidharzbasis zu beschreiben. Einflüsse von Aushärtungsgrad, langfristiger Nachaushärtung, Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit belastet mit Chloriden, sowie gleichzeitiger Ermüdungsbelastung auf Festigkeit/Steifigkeit und Glasübergangstemperatur können abgeschätzt werden. Aus dem Vergleich mit der Beanspruchung aus ständigen und variablen Einwirkungen kann somit der Nachweis der Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Ermüdungssicherheit unter Berücksichtigung des Alterungsverhaltens erbracht werden. Das Erbringen dieser Nachweise ist unerlässlich für den zuverlässigen Einsatz von Klebstoffen im Brückenbau.

Short description (English)

The proposed project is based on findings gained from the preceding project AGB 2005/008: ''Thermophysical and thermomechanical behavior of cold-curing structural adhesives in bridge construction''. As a complement, the durability (or ageing) of epoxy-resin based adhesives will now be investigated. Based on existing knowledge, the research can be limited to chemical ageing due to humidity and freeze-thaw-action since the effect of elevated temperatures causes a positive post-curing effect, unless the temperature remains below the glass transition temperature. The simultaneous effects of weather conditions and fatigue loading on the mechanical properties and the glass transition temperature of partially and fully cured adhesive samples will be investigated.
The project is based on experimental investigations. Increased temperatures are used to accelerate the degradation mechanisms. The results are extrapolated to the service life of bridges using the Arrhenius method. Together with the findings of the preceding project, the results  enable the modeling of the long-term thermophysical and thermomechanical behavior of cold-curing structural epoxy-based adhesives. Effects of curing degree, long-term post-curing, humidity combined with chlorides and simultaneous fatigue loading on strength, stiffness and glass transition temperature can be estimated. Comparing with the loading from dead and live load, the verification of structural safety, serviceability and fatigue performance can be accomplished taking the ageing behavior into account.

Project aims (German)

Zielsetzung des Projektes ist die Untersuchung der Dauerhaftigkeit von kalthärtenden strukturellen Klebstoffen auf Epoxidharzbasis im Brückenbau, unter der kombinierten Einwirkung von Umweltbedingungen und Ermüdungsbeanspruchung.
Die chemische Alterung infolge Feuchtigkeit und Frost-Tausalz-Beanspruchung - unter gleichzeitiger mechanischer Beanspruchung - und deren Auswirkung auf Festigkeit, Steifigkeit und Glasübergangstemperatur wird dabei untersucht. Insbesondere wird die Auswirkung einer unvollständigen Aushärtung des Klebstoffs quantifiziert.
Die Ergebnisse werden an den Beispielen von eingeklebten Bewehrungsanschlüssen und aufgeklebten CFK-Lamellenverstärkungen verdeutlicht und diskutiert.

Project aims (English)

The aim of the project is the investigation of the durability of cold-curing epoxy-based structural adhesives in bridge construction, subjected to combined environmental conditions and fatigue loading.
More specifically, the chemical ageing due to humidity and freeze-thaw-action - subjected to simultaneous mechanical loading - and its effect on strength, stiffness and glass transition temperature will be investigated. In particular, the effect of partially cured adhesives will be quantified.
The results will be highlighted and discussed by means of two examples: adhesively-bonded reinforcement connectors and CFRP strengthening strips.

Berichtsnummer (German)

687

Berichtsnummer (English)

687