預(yù)應(yīng)力鋼絞線緩粘結(jié)膠粘劑的制備及性能分析

董晨（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

預(yù)應(yīng)力鋼絞線緩粘結(jié)膠粘劑的制備及性能分析

董晨
（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

為研制出適應(yīng)不同施工條件的預(yù)應(yīng)力鋼絞線緩粘結(jié)膠粘劑配方，通過分析確定了緩粘結(jié)膠粘劑主要材料環(huán)氧樹脂、固化劑、填料等的選取，固化劑的添加量以及膠粘劑的配比。采用模擬實(shí)際工程的施工條件的方法，對(duì)緩粘結(jié)膠粘劑進(jìn)行60℃恒溫固化試驗(yàn)，測(cè)定膠黏劑的固化時(shí)間，選定較合理的固化劑和緩粘結(jié)膠粘劑配比。研制出的Ⅵ'—1、Ⅵ—1—1、Ⅵ—1—2膠粘劑配方能夠滿足常規(guī)工程結(jié)構(gòu)和散熱條件較差的工程結(jié)構(gòu)施工要求。

超緩粘結(jié)；膠粘劑；預(yù)應(yīng)力鋼絞線；固化劑

1 引言

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線是將緩粘結(jié)膠粘劑涂覆在預(yù)應(yīng)力鋼絞線上，外包高密度聚乙烯外套制成，是對(duì)傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的一次重大革新。緩粘結(jié)膠粘劑具有一定的流動(dòng)性，對(duì)鋼材有良好的附著力，膠粘劑在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工期內(nèi)，具有良好的工藝性能。施工后隨著時(shí)間的延續(xù)，固化后的膠粘劑將預(yù)應(yīng)力鋼絞線和結(jié)構(gòu)混凝土牢固的粘結(jié)在一起［1］，形成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)簡(jiǎn)便易行的施工優(yōu)點(diǎn)，并且克服了工藝復(fù)雜的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，使工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能得以顯著改善。

根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的要求，筆者在以往研究的基礎(chǔ)上，對(duì)緩粘結(jié)膠粘劑從組成材料的選用、配比的確定；膠粘劑的穩(wěn)定性試驗(yàn)；膠粘劑的物理性能等方面，進(jìn)行了試驗(yàn)研究工作。本文將簡(jiǎn)述緩粘結(jié)膠粘劑的制備及性能研究。

2 緩粘結(jié)膠粘劑的制備

通過金屬腐蝕理論可知，應(yīng)力狀態(tài)下的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，在中性或堿性介質(zhì)中被腐蝕的可能性較小，因此緩粘結(jié)膠粘劑應(yīng)是非酸性的。從以上要求出發(fā)，膠粘劑的主劑應(yīng)選用環(huán)氧樹脂；固化劑應(yīng)選用偏堿性的；填料應(yīng)選用堿性或中性的物質(zhì)。將這些物質(zhì)通過物理過程均勻的拌合在一起，制成緩粘結(jié)膠粘劑。

2.1 主要材料

2.1.1 膠粘劑主劑采用E51環(huán)氧樹脂

由于緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的特性要求，選擇膠粘劑中的主劑為E51環(huán)氧樹脂。從膠粘劑的拌和和涂覆工藝要求來看，低分子量的E51環(huán)氧樹脂是緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋膠粘劑主劑的首選［2］。這種環(huán)氧樹脂在固化過程中，不僅有較高的內(nèi)聚力，而且能夠與被涂覆物的表面產(chǎn)生很強(qiáng)的粘附力，同時(shí)收縮率也比其他樹脂低，固化后的E51環(huán)氧樹脂膠粘劑具有良好的強(qiáng)度與剛性。

2.1.2 固化劑

緩粘結(jié)膠粘劑對(duì)E51環(huán)氧樹脂的固化過程是緩慢的，根據(jù)這一要求，公司選取了Ⅵ'—1、Ⅵ—1—1、Ⅵ—1—2三種型號(hào)的固化劑，用它們與E51環(huán)氧樹脂配制成緩粘結(jié)膠粘劑。E51環(huán)氧樹脂分子式見圖1。

圖1 E51環(huán)氧樹脂分子式

2.1.3 增塑劑

增塑劑用于降低膠粘劑的粘度，改進(jìn)其工藝性能，但會(huì)降低膠粘劑的強(qiáng)度、彈性模量，不易過多添加。選取鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）作為增塑劑。

2.1.4 填料

填料采用普通硅酸鹽水泥，它能降低緩粘結(jié)膠粘劑固化過程中的放熱量，減少固化中的收縮率，進(jìn)而減少緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的內(nèi)應(yīng)力，使應(yīng)力分布更均勻。填料可以增加緩粘結(jié)膠粘劑的粘稠度，進(jìn)而提高其在鋼絞線上的附著性和均勻性。

2.1.5 懸浮劑

懸浮劑可以使填料更好的與環(huán)氧樹脂相溶混，形象的描述是“托住填料，避免沉淀”。氣相SiO2作為懸浮劑，加量一般為主劑環(huán)氧質(zhì)量的1.5%～3.0%。

2.2 配比及制備

2.2.1 配比

緩粘結(jié)膠粘劑應(yīng)滿足緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實(shí)際成產(chǎn)工藝的要求，以及工程使用的要求。從緩粘結(jié)膠粘劑的粘度、流動(dòng)性，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋表面的附著力、親和力，膠粘劑固化情況等因素研究分析，最后確定出緩粘結(jié)膠粘劑的配為：

E51環(huán)氧樹脂：固化劑：懸浮劑氣相SiO2：填料水泥=100：10.5～3：1.5：200。

固化劑的添加量如表1所示。

表1 固化劑的添加量 /%

2.2.2 制備

3 緩粘結(jié)膠粘劑在60℃恒溫固化試驗(yàn)

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線布設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)中，伴隨著結(jié)構(gòu)混凝土的澆筑，水泥水化會(huì)使結(jié)構(gòu)混凝土溫度升高至60℃左右。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)所處于較好的散熱環(huán)境時(shí)，60℃的溫度可持續(xù)48～60 h，然后溫度開始下降；當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處于較差的散熱環(huán)境時(shí)，60℃的溫度可持續(xù)10天后才開始下降。本文所述的恒溫固化試驗(yàn)，模擬實(shí)際工程的施工，將不同配比的緩粘結(jié)膠粘劑試樣，至于60℃的電熱鼓風(fēng)箱中，讓其在上述條件下固化。通過緩粘結(jié)膠粘劑在60℃恒溫條件下的變化情況，通過時(shí)間的延續(xù)，觀察緩粘結(jié)膠粘劑的變化狀況，并對(duì)其性能進(jìn)行分析研究。

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

（1）101-3BS電熱鼓風(fēng)干燥箱 1臺(tái)；（2）0～4000電子天平（感量0.1 g）1臺(tái)；（3）0.38L密封罐50個(gè)；（4）零量工具；（5）HBOVп+型粘度計(jì)1臺(tái)。

3.2 緩粘結(jié)膠粘劑試樣

試驗(yàn)中將不同種類的固化劑按表2的加量進(jìn)行組合，配制成3組，共計(jì)27個(gè)緩粘結(jié)膠粘劑試樣。配制好的緩粘結(jié)膠粘劑是均勻的粘稠狀黑色液體，其密度為（1.95±0.1）g/cm3，初始粘度一般為（3.5～7.5）×104 MPa·s［3］。

3.3 試驗(yàn)過程

將上述27個(gè)緩粘結(jié)膠粘劑試樣放置于60℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，進(jìn)行恒溫固化試驗(yàn)。隨著時(shí)間的延續(xù)，緩粘結(jié)膠粘劑不斷發(fā)生變化，我們對(duì)其顏色、粘度等方面進(jìn)行觀察、測(cè)定，并將變化狀況進(jìn)行記錄。試驗(yàn)初期的粘度變化［4］，可采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)試；試樣達(dá)到中期后，粘度明顯發(fā)生變化，需可測(cè)量高粘度的HBOV-II+型粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)試；待試樣達(dá)到后期，膠粘劑已接近固化，不斷觀察其固化狀態(tài)，直至完全固化。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.4.1 采用Ⅵ'—1固化劑的緩粘結(jié)膠粘劑試樣

本組緩粘結(jié)膠粘劑試樣采用Ⅵ'—1型號(hào)固化劑，以E51環(huán)氧樹脂為主劑，氣相SiO2作懸浮劑，水泥作填料。在60℃的恒溫條件下，緩粘結(jié)膠粘劑的變化狀況如表2所示。從表中膠粘劑的工作時(shí)間來看，固化劑加量在主劑量的4.5%～6.0%時(shí)，緩粘結(jié)膠粘劑的工作時(shí)間在4～7天，完全固化時(shí)間在9～25天，滿足一般工程結(jié)構(gòu)的施工需求；觀察較低的固化劑加量試樣，在主劑量的3.5%時(shí)，其工作時(shí)間延長(zhǎng)至26天，完全固化時(shí)間也延長(zhǎng)至53天，可滿足處于散熱條件較差的工程結(jié)構(gòu)的施工要求。

表2 Ⅵ'—1固化劑緩粘結(jié)膠粘劑在恒溫60℃條件下的變化

3.4.2 采用Ⅵ—1—1固化劑的緩粘結(jié)膠粘劑試樣

本組緩粘結(jié)膠粘劑試樣采用Ⅵ—1—1型號(hào)固化劑，以E51環(huán)氧樹脂為主劑，氣相SiO2作懸浮劑，水泥作填料。在60℃的恒溫條件下，緩粘結(jié)膠粘劑的變化狀況如表3所示。從表中緩粘結(jié)膠粘劑的工作時(shí)間和完全固化時(shí)間來看，固化劑加量在主劑量的3.5%～6.0%范圍內(nèi)，與Ⅵ'—1組試樣的試驗(yàn)結(jié)果基本一致，同樣可以適應(yīng)各類工程結(jié)構(gòu)施工的要求。

表3 Ⅵ—1—1固化劑緩粘結(jié)膠粘劑在恒溫60℃條件下的變化

3.4.3 采用Ⅵ—1—2固化劑的緩粘結(jié)膠粘劑試樣

本組緩粘結(jié)膠粘劑試樣采用Ⅵ—1—2型號(hào)固化劑，以E51環(huán)氧樹脂為主劑，氣相SiO2作懸浮劑，水泥作填料。在60℃的恒溫條件下，緩粘結(jié)膠粘劑的變化狀況如表4所示。從表中膠粘劑的工作時(shí)間來看，固化劑加量在主劑量的3.0%～4.0%時(shí)，能夠滿足一般工程結(jié)構(gòu)的施工需求；觀察較低的固化劑加量試樣，在主劑量的3.0%時(shí)，其工作時(shí)間延長(zhǎng)至25天，完全固化時(shí)間也延長(zhǎng)至74天，可滿足處于散熱條件較差的工程結(jié)構(gòu)的施工要求。

表4 Ⅵ—1—2固化劑緩粘結(jié)膠粘劑在恒溫60℃條件下的變化

3.4.4 添加增塑劑（DBP）的緩粘結(jié)膠粘劑試樣

以E51環(huán)氧樹脂為主劑，Ⅵ'—1、Ⅵ—1—1、Ⅵ—1—2固化劑分別作固化劑，DBP作增塑劑，氣相SiO2作懸浮劑，水泥作填料配制的緩粘結(jié)膠粘劑，在60℃的恒溫條件下，膠粘劑的固化狀況與不添加DBP的緩粘結(jié)膠粘劑試樣相近，沒有增加緩粘結(jié)膠粘劑的工作時(shí)間，也沒有延長(zhǎng)其完全固化時(shí)間，在實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，無實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)論

固化后的膠粘劑是黑色致密，具有光澤的固體。在工程應(yīng)用中，根據(jù)使用的要求，選用合適配比的膠粘劑。以E51環(huán)氧樹脂為主劑，Ⅵ'—1、Ⅵ—1—1、Ⅵ—1—2固化劑分別作固化劑，氣相SiO2作懸浮劑，水泥作填料配制的緩粘結(jié)膠粘劑，在60℃的恒溫條件下，采用本文試驗(yàn)中所確定膠粘劑的配制工藝，均可配制出適合工程結(jié)構(gòu)使用的緩粘結(jié)膠粘劑。在常規(guī)工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)，緩粘結(jié)膠粘劑中Ⅵ'—1型固化劑的加量控制在4.5%～6.0%，Ⅵ—1—1型固化劑加量控制在3.5%～6.0%，Ⅵ—1—2固化劑加量控制在3.0%～4.0%范圍內(nèi)，可滿足施工要求。在散熱條件較差的工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)，緩粘結(jié)膠粘劑需采用較低的固化劑的加量，一般控制在3.0%～3.5%范圍內(nèi)，可滿足施工要求。

［1］劉文華，朱龍，劉立軍，等.新型緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力體系的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)港灣建設(shè)，2009（1）：25-32.

［2］楊玉昆，廖增琨，余云照，等.合成膠粘劑［M］.北京：科學(xué)出版社，1980.

［3］程時(shí)遠(yuǎn)，李盛彪，黃世強(qiáng).膠粘劑［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［4］GB/T 7123.1-2002，膠粘劑適用期的測(cè)定［S］.

Preparation and Performance Analysis of and on Retard-Bonded Adhesive for Pre-stressing Steel Strand

DONG Chen
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

In order to develop the recipe for retard-bonded adhesive used for pre-stressing steel strand in different execution conditions，the author analyzes and determines the selection of main material for retardbonded adhesive such as epoxy resin，curing agent and stuffing，the addition of curing agent and the ratio of adhesive.With the method of simulating the construction conditions of actual project，constant temperature curing test at 60℃is conducted on retard-bonded adhesive to measure the curing time in order to choose the reasonable ratio of curing agent and retard-bonded adhesive.AdhesivesⅥ'-1、Ⅵ-1-1、Ⅵ-1-2 with developed recipe can meet the construction requirements by normal engineering structure and engineering structure with poor heat dissipation conditions.

extra retard-bonded；adhesive；pre-stressing steel strand；curing agent

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.025

2015-11-13

2015-11-25

董晨（1985—），工程師，主要從事新產(chǎn)品研發(fā)、科研管理等工作。