建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展和選用

李健灝++羅順

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)成為重要的結(jié)構(gòu)粘接材料。本文簡述了建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展歷史、種類以及選用，并展望建筑膠粘劑的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)膠粘劑 發(fā)展歷史 種類 選用

中圖分類號：TU58 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0157-02

建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑是一種用于承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件粘接且能長期承受設(shè)計應(yīng)力和環(huán)境作用的一種接材料。應(yīng)用于受力部件時，一般要求膠接接頭所能承受的應(yīng)力和被粘物本身的強度相當(dāng)。剪切強度至少5～8MPa。包括環(huán)氧類、聚氨酯、硅酮、丙烯酸酯類結(jié)構(gòu)膠粘劑等。根據(jù)Markets and Markets公司預(yù)測，住房和基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)對膠粘劑和密封劑的高需求將提高整個建筑膠粘劑的消耗量，2015年—2020年之間復(fù)合年增長率約為5.13%，到2020年建筑膠粘劑市場的全球市值估計為105.6億美元左右。本文將概述建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展歷史、種類以及選用，并展望建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展方向。

1 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展歷史

20世紀(jì)50～60年代初，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠在外國已被應(yīng)用于公路、橋梁、機場跑道等工程中。70年代，丙烯酸、聚氨酯等各類性能優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑相繼出現(xiàn)并進入市場。

我國，建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代末。1977年，日本產(chǎn)環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠被應(yīng)用在武漢鋼鐵公司的4號高爐擴產(chǎn)改造中的梁柱的補強[1]。此后，武漢鋼鐵公司、武漢重型機床廠、武漢鍋爐廠、武漢長江大橋等也相繼使用了美國、瑞士、日本等國家進口的建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑。1980年，為了打破國外產(chǎn)品的壟斷，原建設(shè)部下達了“建筑結(jié)構(gòu)膠研制及應(yīng)用技術(shù)推廣”課題，1983年，中科院大連化物所聯(lián)合遼寧建科院共同研制出我國第一個達到了進口膠的水平環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠。

目前，我國上規(guī)模的建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑生產(chǎn)單位已達百余家，回天膠業(yè)、北京天山、康達新材、成都硅寶、杭州之江等標(biāo)桿企業(yè)相繼誕生，建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的品種、技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等都得到了不斷發(fā)展和完善。應(yīng)用領(lǐng)域也不斷地擴展，從建筑物加固發(fā)展到橋梁、飛機跑道、公路修造、隧道、水利工程、地下工程加固及港口碼頭加固等方面。改性脂肪胺/脂環(huán)族固化劑的研發(fā)、多官能團室溫固化環(huán)氧樹脂、低黏度環(huán)氧樹脂和新的增韌劑、互穿網(wǎng)絡(luò)合成等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，特別是納米材料的引入[2]，使結(jié)構(gòu)膠粘劑的性能有了很大改進。

在技術(shù)不斷進步的同時，相關(guān)技術(shù)規(guī)范也得到了不斷完善，1990年中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS25：90），將建筑結(jié)構(gòu)膠納入其中。2006年國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB 50367-2006）的實施，大力推動了結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展。2010年又推出了《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50550-2010）、《粘鋼加固用建筑結(jié)構(gòu)膠》（JG/T271-2010）。2013年又相繼推出了《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB 50367-2013）。目前建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑已形成從設(shè)計、用材、試驗方法到施工驗收的基本完善的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。

2 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的種類及特性

建筑膠粘劑根據(jù)其基體樹脂的種類，分為環(huán)氧、聚丙烯酸酯、聚氨酯、硅酮結(jié)構(gòu)膠等。

環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基團，具有優(yōu)良的粘接性能、機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑常用的主要原料。環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠室溫下能固化，不僅能夠承受高的應(yīng)力作用，還能起到潤滑、填充、密封、抗?jié)B、防止接頭腐蝕等作用，在混凝土結(jié)構(gòu)拼接、修補、粘鋼及粘貼碳纖維布加固等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。增韌樹脂可以提高其韌性[3，4]，采用雙酚A型環(huán)氧樹脂為主體樹脂，可以提高環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠的耐熱性[5]。

聚丙烯酸酯類結(jié)構(gòu)膠基體是由（甲基）丙烯酸酯類單體和其它功能單體共聚而成，粘接性能良好，黏附力強，耐水性優(yōu)，耐候性佳，保色性好，使用方便[6]。

聚氨酯是由硬、軟段組成的嵌段共聚物。硬段分子提供剪切、剝離強度和耐熱性能，軟段分子提供耐沖擊、耐疲勞等特性。調(diào)節(jié)硬、軟段的比例、組成或結(jié)構(gòu)，可制得一系列強度符合不同要求的結(jié)構(gòu)用聚氨酯膠粘劑。

硅酮的主要成分是聚二甲基硅氧烷、二氧化硅等。硅酮結(jié)構(gòu)膠依靠空氣中的水分固化，得到優(yōu)異耐用的高彈性高模量硅酮橡膠。硅酮結(jié)構(gòu)膠粘接力強，拉伸強度大，同時又具有耐候性、防潮、抗臭氣及適應(yīng)冷熱變化大、抗震性等特點，能實現(xiàn)大多數(shù)建材產(chǎn)品之間的粘合，因此應(yīng)用價值非常大。

3 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的選用

材料之間的粘接力與相互粘接材料的物理和化學(xué)特性有關(guān)，膠粘劑的選擇應(yīng)與建筑材料相適應(yīng)，并且粘接時，往往需要足夠充分的表面預(yù)處理。

水泥粘接時，粘結(jié)劑要求能夠長時間防水、耐候，耐室外熱循環(huán)，可以選用添加劑改性的水泥灰漿或者環(huán)氧樹脂膠粘劑。粘接前，首先要對粘接表面進行徹底的清潔處理，除掉表面的污染物。石材粘結(jié)時，可采用不飽和聚酯膠類、環(huán)氧樹脂膠粘劑。不飽和聚酯樹脂配以促進劑、引發(fā)劑及其它材料制成的膠粘劑，可用于石材的定位、修補等非結(jié)構(gòu)承載粘接。用于石材粘接的干掛膠作為結(jié)構(gòu)承載用膠粘劑，起結(jié)構(gòu)性固定與支撐作用，有較大粘接強度，其主體樹脂一般為環(huán)氧樹脂，超薄石材復(fù)合板使用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑。不飽和樹脂存在耐紫外線老化性、耐堿耐水性差，遇光遇水會出現(xiàn)變色、開裂、翹起等質(zhì)量問題，所以目前已不斷被改性環(huán)氧樹脂所取代[7]。在石材的粘接中，石頭的壽命幾乎是無限的，而環(huán)氧樹脂最多是50年，所以應(yīng)該每30年將其拆除一次，或者至少檢修一次。粘接前，石頭的背面需徹底清洗，粗糙的背面可以提高機械粘接性能。玻璃的膨脹系數(shù)與其它建筑材料差異很大，為了避免玻璃破裂，要求所使用的膠粘劑應(yīng)該具有足夠的彈性，因此常用的膠粘劑是硅酮膠粘劑，這類膠粘劑具有200%的斷伸長率，長時間的拉伸其破壞伸長率也有25%～40%。適合粘接玻璃的膠粘劑還有環(huán)氧樹脂、聚氨酯等。粘接前，玻璃表面必須嚴(yán)格清潔，有時需要使用硅烷底涂層。木材在干燥和吸濕時會收縮和膨脹，所使用的膠粘劑也必須具有柔韌性，可以使用環(huán)氧樹脂、聚氨酯膠粘劑、氰基膠粘劑和丙烯酸膠粘劑進行粘接。金屬最佳的粘接膠粘劑是環(huán)氧樹脂，同樣，在粘接前必須對粘接表面進行徹底的清洗，可以結(jié)合表面化學(xué)處理方法。塑料和增強塑料可以用聚氨酯、聚丙烯酸酯膠粘劑粘接，有時使用特殊的溶劑型膠粘劑，如PVC管道及其配件。碳纖維增強膠接材料的粘接一般采用環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠[8]。

4 結(jié)語

隨著對建筑美觀和質(zhì)量要求的不斷提高，開發(fā)功能化、專門化、高性能的系列膠粘劑，適應(yīng)不同使用場合的應(yīng)用是建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展方向。為了達到膠粘劑的可持續(xù)發(fā)展，響應(yīng)“節(jié)能減排”和“生態(tài)文明建設(shè)”的要求，熱熔型、水基型、無溶劑型無毒安全對環(huán)境友好的膠粘劑將是市場需求的主流產(chǎn)品。從膠粘劑使用方面，各標(biāo)準(zhǔn)中檢測項目、檢測方法、技術(shù)要求的統(tǒng)一，將有利于整個行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻

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