橋梁加固用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠開發(fā)研究

林 浩

（山西省交通科學(xué)研究院，新型道路材料國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

橋梁加固用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠開發(fā)研究

林 浩

（山西省交通科學(xué)研究院，新型道路材料國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

考查了自制腰果酚改性胺類水下用環(huán)氧樹脂固化劑與QS-1622T型空氣中用固化劑不同比例復(fù)配，QS-030N型增韌劑和QS-P24F型增韌劑復(fù)配，并調(diào)配助劑及填料比例，考查各配方在橋梁加固中空氣中及水下固化力學(xué)性能。結(jié)果表明，QS-030N型增韌劑增多，潮濕表面粘接水下固化抗剪強(qiáng)度減??；自制固化劑與QS-1622T固化劑復(fù)配，水下抗剪性能增強(qiáng)；自制腰果酚改性胺類固化劑適用于對抗剪強(qiáng)度要求較高的橋梁加固環(huán)境，且其與1622T復(fù)配后可發(fā)揮更高拉伸強(qiáng)度和水下抗剪強(qiáng)度。

橋梁加固；結(jié)構(gòu)膠；固化劑復(fù)配；水下固化；環(huán)氧樹脂

20世紀(jì)70年代，地震的破壞及交通量的增大、車輛荷載的增加，給橋梁加固提出了更高的要求[1]。日本阪神大地震后，道路、橋梁等建筑物的修復(fù)和加固又推動(dòng)了環(huán)氧樹脂類建筑加固結(jié)構(gòu)膠的快速發(fā)展[2]。經(jīng)過30多年的發(fā)展，環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠的膠種、固化劑、各種助劑及填料發(fā)展十分迅速[3，4]。

橋梁加固部位的不同，對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠提出不同的要求，如橋上表面加固只需要空氣中固化的膠種，橋底面加固需要潮濕表面可固化的膠種，水下橋墩的加固則需要可水下固化的膠種[5]。環(huán)氧樹脂所用固化劑種類、助劑和填料對膠粘劑的性能起著重要作用[6]。腰果酚對環(huán)氧樹脂胺類固化劑改性，可降低胺類固化劑黏度，提高低溫固化和水下固化效果[7～9]，胡家朋等[10]利用腰果酚對胺類固化劑改性，也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。QS-1622T型固化劑具有黏度低，流動(dòng)性好，能夠完全填充縫隙，且常溫固化速度快等優(yōu)點(diǎn)。QS-030N型增韌劑，具有良好的增韌作用，可提高固化物的綜合力學(xué)性能和粘接性能。QSP24F型增韌劑可提高固化物的柔韌性、耐磨性和膠粘劑的剝離強(qiáng)度，尤其適合制備常溫固化的彈性環(huán)氧膠。本文考查自制腰果酚改性胺類水下用環(huán)氧樹脂固化劑與QS-1622T型空氣中用固化劑不同比例復(fù)配，QS-030N型增韌劑和QS-P24F型增韌劑復(fù)配，并調(diào)配助劑及填料比例，考查各配方的力學(xué)性能及水下固化效果。根據(jù)測試結(jié)果，篩選出性能較優(yōu)的結(jié)構(gòu)膠配方，開發(fā)出適用于橋梁不同部位加固用環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器

E-51環(huán)氧樹脂（EP），工業(yè)級，藍(lán)星化工新材料股份有限公司；自制腰果酚改性胺類水下用環(huán)氧樹脂固化劑；QS-1622T固化劑、QS-P24F增韌劑、QS-030N增韌劑，工業(yè)級，北京金島奇士材料科技有限公司；38 μm硅微粉，工業(yè)級，河南鄭州市金石耐材有限公司。

FS-0.4試驗(yàn)用分散機(jī)，秦皇島市億利化工機(jī)械制造有限公司；CMT4304型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司。

1.2 制備工藝

A組分中環(huán)氧樹脂、增韌劑、填料和稀釋劑按表1配比混合，用高速分散機(jī)分散均勻；B組分中固化劑按表1比例混合，高速分散機(jī)分散均勻；B組分按比例加入A組分中，分散至膠體均勻細(xì)膩，然后真空攪拌脫泡。結(jié)構(gòu)膠配方見表1。

1.3 試樣制備及測試

拉伸試件和彎曲試件制備按照GB 2567—2008中尺寸澆筑于相應(yīng)模具中，振蕩消泡，室溫養(yǎng)護(hù)7 d后拆模，試件樣圖及尺寸如圖1A和圖1C；壓縮試件的制備按照GB2567—2008中Ⅱ型小圓柱體試件尺寸（高25 mm，直徑10 mm），澆筑于相應(yīng)模具中，振蕩消泡，試件樣圖如圖1B?？諝庵泄袒睦旒羟性嚰凑誈B 7124—2008要求，粘接面長度為12.5 mm，寬度為25 mm的鋼對鋼拉伸剪切，試件樣圖如圖1D，潮濕表面粘接水下固化的拉伸剪切試件按照GB 50728—2011要求，將粘接面潤濕，濕布除去表面明水，涂膠粘接，固定于模具中，靜水下養(yǎng)護(hù)7 d，曬干3 d，水下浸泡30 d，立即進(jìn)行檢測，試樣樣圖如圖1D。

表1 結(jié)構(gòu)膠配方比例Tab.1 Formulation composition of structural adhesive

圖1 環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能測試試樣Fig.1 est specimens for mechanical property of epoxy structural adhesive

2 結(jié)果與分析

2.1 測試結(jié)果

通過美特斯CMT4304型電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試，測試速度為2 mm/min，環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠性能測試結(jié)果見表2。

表2 各配方結(jié)構(gòu)膠測試結(jié)果Tab.2 Test results of structural adhesives with different formulations

2.2 結(jié)果分析

對比GB 50728—2011以混凝土為基材，粘接鋼材用結(jié)構(gòu)膠基本性能判定標(biāo)準(zhǔn)及濕面施工、水下固化型結(jié)構(gòu)膠基本性能判定要求對測試結(jié)果進(jìn)行分析：

①彎曲強(qiáng)度均達(dá)到A類膠標(biāo)準(zhǔn)，其中4#和9#遠(yuǎn)超出A類膠標(biāo)準(zhǔn)值，可能是該組配方膠體性能較好，模量高，且抗彎性能易達(dá)標(biāo)，所以該組試件彎曲性能均達(dá)標(biāo)；

②只有8#的抗剪強(qiáng)度達(dá)到A類膠標(biāo)準(zhǔn)，1#、2#、6#和9#接近A類膠標(biāo)準(zhǔn)，3#和4#與A類膠標(biāo)準(zhǔn)值相差很大，原因是填料增多，稀釋劑增多的情況，降低了結(jié)構(gòu)膠與金屬之間的粘接力，導(dǎo)致其抗剪強(qiáng)度較弱；

③1#和5#的壓縮強(qiáng)度達(dá)到A類膠標(biāo)準(zhǔn)值，2#、7#和8#與A類膠標(biāo)準(zhǔn)值相差很大，原因是用“固1”固化的環(huán)氧樹脂的抗壓性能較高，與“自”復(fù)配后，其壓縮強(qiáng)度不同程度降低；

④1#、2#、3#、4#、6#、7#和8#的拉伸強(qiáng)度達(dá)到A類膠標(biāo)準(zhǔn)值，5#和9#未達(dá)標(biāo)，原因是“固1”固化的環(huán)氧樹脂拉伸強(qiáng)度較低，與“自”復(fù)配后，固化環(huán)氧樹脂的抗拉性能顯著提高；

⑤斷裂伸長率均未達(dá)標(biāo)，4#和7#接近標(biāo)準(zhǔn)值，原因是該組結(jié)構(gòu)膠配方增韌效果較差，膠體脆性較大；

⑥拉伸模量均超過A類膠標(biāo)準(zhǔn)值，5#模量最高，4#和8#模量稍低，環(huán)氧樹脂模量偏大，且“固1”固化的環(huán)氧樹脂模量大，“固1”與“自”復(fù)配后，拉伸模量降低；

⑦濕面施工、水下固化鋼對鋼抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)超過合格指標(biāo)，3#和4#固化效果較佳，說明“固1”與“自”復(fù)配后，顯著提高濕面施工、水下固化鋼對鋼抗剪強(qiáng)度。

⑧填料增多，稀釋劑增多的情況，膠粘劑的抗剪強(qiáng)度下降；“增2” 增多，潮濕表面粘接水下固化鋼對鋼抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度有減小趨勢；“固1”與“自”復(fù)配后壓縮強(qiáng)度降低，抗拉強(qiáng)度提高，拉伸模量降低。

3 結(jié)語

（1）空氣中固化的結(jié)構(gòu)膠彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和拉伸模量易達(dá)到GB50728—2011標(biāo)準(zhǔn)A類膠標(biāo)準(zhǔn)值；壓縮強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和斷裂伸長率還有待進(jìn)一步提高；

（2）潮濕表面粘接水下固化鋼對鋼抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)超過合格指標(biāo)，且QS-030N型增韌劑增多，其抗剪強(qiáng)度有減小趨勢；

（3）自制腰果酚改性胺類水下用環(huán)氧樹脂固化劑低于QS-1622T型固化劑空氣中固化環(huán)氧樹脂的抗拉性能，1622T適合用于抗拉和抗壓有較高要求空氣中的橋梁加固環(huán)境，但不適合用于對伸長率和抗剪強(qiáng)度有高要求和水下橋梁加固環(huán)境；

（4）自制腰果酚改性胺類水下用環(huán)氧樹脂固化劑適用于對抗剪強(qiáng)度有高要求的橋梁加固環(huán)境，且其與1622T復(fù)配后可發(fā)揮更高拉伸強(qiáng)度和水下抗剪強(qiáng)度。

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[10]胡家朋,趙升云,劉俊劭,等.腰果酚縮醛胺固化劑的性能研究[J].熱固性樹脂.2010,25(1):19-22.

Abstract：Through compounding the curing agents (homemade cardanol modified amine curing agent for underwater curing and QS-1622T curing agent for curing in the air), compounding the toughening agents (QS-030N and QS-P24F), and adjusting the weight ratio of additives and filler, the mechanical properties of various formulations cured in the air or in underwater condition were investigated, The results showed that as increasing the QS-030N amount, the shearing strength decreased for underwater curing. Compounding the homemade cardanol modified amine curing agent and QS-1622T curing agent increased the shearing strength for underwater curing. The homemade cardanol modified amine curing agent was suitable for requirement of higher shear strength. And compounding the homemade cardanol modified amine curing agent and QS-1622T curing agent can increased the tensile strength and the shearing strength for underwater during.

Study of epoxy resin structural adhesive for bridge reinforcing

LIN Hao
(National and Local Joint Engineering Laboratory of New Materials in Road, Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030006, China)

bridge reinforcing; structural adhesive; compounding of curing agent; underwater curing

TQ433.4+37

A

1001-5922（2017）03-0050-04

2016-09-21

林浩（1988-），男，碩士，工程師，研究方向：道路與橋梁。E-mail：463368678@qq.com。