建筑結(jié)構(gòu)加固膠快速耐老化性能研究

賴永安

(杭州固安科技有限公司，浙江 杭州 310011)

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建筑結(jié)構(gòu)加固膠快速耐老化性能研究

賴永安

(杭州固安科技有限公司，浙江 杭州 310011)

摘要：建筑膠粘劑的耐濕熱老化性能備受關(guān)注，今研究環(huán)氧樹脂固化劑以及各種助劑對(duì)建筑膠粘劑的快速耐濕熱老化的性能影響，并通過(guò)選用合理的固化劑進(jìn)行復(fù)配的方法，達(dá)到了國(guó)家規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

關(guān)鍵詞：建筑膠粘劑；耐濕熱老化；環(huán)氧樹脂；固化劑及助劑

老建筑物隨著時(shí)間的流逝而致其功能性的缺失。功能性的改變等因素導(dǎo)致不能滿足現(xiàn)代的需要。若推倒重建會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾，同時(shí)也浪費(fèi)資源、污染環(huán)境。通過(guò)排查的辦法，可以對(duì)部分建筑物進(jìn)行建筑加固改造，以便滿足現(xiàn)代的需求。這種辦法既綠色環(huán)保、節(jié)能減排，也經(jīng)濟(jì)，所以建筑加固改造舊建筑物是大勢(shì)所趨，也是可行的必由之路。建筑加固勢(shì)必用到建筑加固材料，尤其是建筑加固的膠粘劑，建筑膠粘劑的好壞直接影響到加固的效果。根據(jù)目前的《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50367—2013)》的規(guī)定，結(jié)構(gòu)性的建筑加固不能采用不飽和樹脂以及醇酸樹脂等，主要是使用環(huán)氧樹脂，同時(shí)規(guī)定使用環(huán)氧樹脂加固時(shí)，不能使用乙二胺做固化劑[1]。建筑加固物的耐久性直接涉及到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)的安全，所以，有必要對(duì)環(huán)氧樹脂加固材料的耐久性進(jìn)行考察。

由于環(huán)氧樹脂固化物交聯(lián)密度大、存在內(nèi)應(yīng)力、脆性大等缺陷；因此，需要進(jìn)行改性才能滿足建筑加固的需要。本文主要是對(duì)環(huán)氧樹脂改性所用到的助劑以及固化劑進(jìn)行考察，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50367—2013)》以及《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50550—2010)》的規(guī)定，結(jié)構(gòu)加固的膠粘劑必須通過(guò)耐濕熱老化試驗(yàn)，因此，本文主要是考察建筑加固用膠的耐濕熱老化性能。

1原材料及儀器

1.1原材料

原材料等級(jí)見(jiàn)表1。

表1　原材料等級(jí)

1.2試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器及產(chǎn)地見(jiàn)表2。

表2　試驗(yàn)儀器及產(chǎn)地

2實(shí)驗(yàn)方法

依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50550—2010)》，每一種配方粘結(jié)10對(duì)金屬剪切試片，在室溫的條件下固化，取5對(duì)試片做空白實(shí)驗(yàn)，余下的5對(duì)試片，放入到恒溫水箱中，加溫到80 ℃，保持7 d，然后自然降溫到常溫，立即測(cè)試剪切強(qiáng)度[2]。

3試驗(yàn)分析

3.1增韌劑對(duì)快速耐濕熱老化性能的影響

雙酚A環(huán)氧樹脂固化物是一種脆性材料，如果不加增韌劑進(jìn)行改性，在合適的固化劑固化的前提下鋼-鋼剪切、鋼-鋼抗拉、抗壓縮、耐濕熱老化等強(qiáng)度達(dá)到A級(jí)膠是沒(méi)問(wèn)題的。然而，關(guān)鍵在于其他的一些與韌性相關(guān)的性能指標(biāo)是達(dá)不到A級(jí)膠的標(biāo)準(zhǔn)，甚至很難達(dá)到B級(jí)膠的標(biāo)準(zhǔn)，如膠體的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和抗彎強(qiáng)度以及鋼-鋼不均勻扯離強(qiáng)度等。于是，要全面達(dá)到A級(jí)膠的標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)必要對(duì)膠體進(jìn)行增韌改性，可是引入增韌劑后，會(huì)導(dǎo)致雙酚A環(huán)氧樹脂的固化物的交聯(lián)密度降低，從而降低了膠體的耐濕熱老化性能。具體見(jiàn)圖1。

圖中固化劑采用改性胺和脂環(huán)胺復(fù)配，增韌劑用量為樹脂質(zhì)量的10%。圖1　增韌劑對(duì)耐濕熱老化性能的影響

固化物在恒溫80 ℃的水中浸泡7 d后，從圖1可以看出，聚酯為非活性增韌劑，由于部分水解，所以下降的幅度最大。聚硫橡膠、端環(huán)氧基聚氨酯醚、端基多活性增韌劑是活性增韌劑，參與環(huán)氧的反應(yīng)下降的幅度較小，耐濕熱效果較好，但聚硫橡膠由于黏度大，氣味比較大，造成施工的工藝性能不是很好。

3.2偶聯(lián)劑對(duì)快速耐濕熱老化性能的影響

偶聯(lián)劑在整個(gè)膠體中占的比例相對(duì)比較小，一般不超出樹脂量的1%，但對(duì)提高耐濕熱老化性能的效果是明顯的，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

在加端環(huán)氧基聚氨酯醚增韌劑的基礎(chǔ)上加入樹脂量1%的偶聯(lián)劑。圖2　偶聯(lián)劑對(duì)耐濕熱老化性能的影響

通過(guò)使用硅烷偶聯(lián)劑，可在無(wú)機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的界面之間架起“分子橋”，把兩種性質(zhì)完全不同的材料連接在一起，這樣不但有效地改善了界面層的膠接強(qiáng)度，而且提高了耐水性和耐溫性，對(duì)改善快速耐濕熱老化性能有很大的幫助。

3.3氣象白炭黑對(duì)快速耐濕熱老化性能的影響

為提高膠體施工的工藝性和常溫儲(chǔ)存的穩(wěn)定性，按常規(guī)會(huì)加入一定量的氣象白炭黑來(lái)提高膠體的觸變性能以及防止儲(chǔ)存過(guò)程中出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象等。白炭黑有沉淀法和氣象法，沉淀法相對(duì)來(lái)說(shuō)顆粒較大，對(duì)提高施工工藝性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性效果不是很理想，所以，選用氣象法白炭黑進(jìn)行試驗(yàn)，氣象白炭黑主要有親水型和疏水型兩大類，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

氣象白炭黑加入量為樹脂量的4%。圖3　氣象白炭黑對(duì)耐濕熱老化性能的影響

親水型白炭黑強(qiáng)度下降的幅度大于疏水型的白炭黑，估計(jì)是由于存在親水的基團(tuán)，在80 ℃的水浴中，有可能少量破壞膠體性能所導(dǎo)致的。另外，造成下降的幅度比較大，可能與分散方式和分散程度有關(guān)。

3.4固化劑對(duì)快速耐濕熱老化性能的影響

環(huán)氧樹脂的固化劑琳瑯滿目，種類繁多，按固化溫度分類有低溫、中溫、高溫等種類固化劑；按固化機(jī)理分為加成型和催化型。加成型固化劑主要有脂肪胺類、芳香族類、脂肪環(huán)類、改性胺類、酸酐類、低分子聚酰胺類和潛伏性胺；催化型固化劑主要有三級(jí)胺類和咪唑類。能夠滿足建筑加固施工工藝、常溫固化的固化劑主要有脂肪胺類、芳香族類、脂肪環(huán)類、改性胺類和低分子聚酰胺類。本文選用5種常用的環(huán)氧樹脂固化劑，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

1)主劑為含10%端環(huán)氧基聚氨酯醚增韌劑的雙酚A型環(huán)氧樹脂；2)固化劑為圖中的單一的5種固化劑；3)每100g環(huán)氧樹脂固化劑的用量=環(huán)氧值×固化劑的活潑氫。圖4　單一固化劑對(duì)耐濕熱老化性能的影響

脂肪胺固化劑粘度低、毒性小、常溫能固化環(huán)氧樹脂，柔韌性好，但耐溫性能不理想；芳香胺活性低，耐熱性能好，固化速度慢，但常溫下固化不完全；脂環(huán)胺粘度低，固化速度適中，耐熱耐水性能好，但常溫下固化不完全；聚酰胺具有與環(huán)氧樹脂配合比例較寬，常溫使用時(shí)間長(zhǎng)，固化物韌性好，但耐溫耐水解的性能差；改性胺一般為基礎(chǔ)胺和有機(jī)低分子加加成或縮聚而成胺類固化劑，它能改進(jìn)和環(huán)氧樹脂固化物部分性能，但隨氣溫的變化不一定能夠滿足不同季節(jié)的施工要求。因此，為滿足建筑加固的施工工藝的要求，同時(shí)滿足耐濕熱老化，需要對(duì)固化劑進(jìn)行改性復(fù)配，具體見(jiàn)圖5。

聚酰胺固化劑由于分子結(jié)構(gòu)所決定存在先天性的不足，耐溫性和耐水性差，本試驗(yàn)沒(méi)復(fù)配；芳香胺、脂環(huán)胺耐熱性能好，對(duì)提高耐濕熱老化性能有很大的幫助，脂肪胺和改性胺耐濕熱老化性能一般，通過(guò)合理的復(fù)配能夠使得環(huán)氧樹脂在同一溫度下不同的固化速度滿足施工工藝的要求，同時(shí)滿足耐濕熱老化性能的要求。

圖5　復(fù)配固化劑對(duì)耐濕熱老化性的影響

4結(jié)語(yǔ)

1)增韌劑會(huì)降低建筑膠粘劑的耐濕熱老化性能。

2)偶聯(lián)劑能夠提高建筑膠粘劑的耐老化性能。

3)氣象白炭黑會(huì)降低建筑膠粘劑的耐老化性能，但疏水型的氣象白炭黑對(duì)耐濕熱老化性能影響小于親水型的氣象白炭黑。

4)固化劑對(duì)建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的耐濕熱老化性能起到?jīng)Q定性的作用，聚酰胺耐濕熱老化性能差不宜做建筑結(jié)構(gòu)膠的固化劑，芳香胺和脂環(huán)胺能夠顯著提高建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的耐老化性能，脂肪胺、脂環(huán)胺、改性胺、芳香胺通過(guò)合理的復(fù)配能夠滿足快速耐濕熱老化性能。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]四川省建筑科學(xué)研究院.GB 50367—2013混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]四川省建筑科學(xué)研究院.GB 50550—2010建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

收稿日期：2015-12-28

作者簡(jiǎn)介：賴永安(1971—)，男，浙江杭州人，工程師，主要從事建筑膠粘劑的研究及應(yīng)用。

中圖分類號(hào)：TU58+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-3707(2016)04-0059-03

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