建筑結(jié)構(gòu)膠抗沖擊剝離性能研究

吳健濤，陳炳耀，姚榮茂，全文高，冼麗屏

（1. 廣東阜和實業(yè)有限公司 廣東 中山 528325）

（2. 廣東三和化工科技有限公司 廣東 中山 528429）

關(guān)鍵字：建筑結(jié)構(gòu)膠；抗沖擊剝離；環(huán)氧樹脂；固化劑與增韌劑。

0 引言

改性環(huán)氧樹脂類建筑結(jié)構(gòu)膠綜合性能穩(wěn)定、施工工藝簡潔高效，憑借優(yōu)異的機(jī)械粘接性能一直獨霸建筑膠粘劑市場。近年來，國家層面連續(xù)出臺的《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》和GB50367《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》都一致對建筑結(jié)構(gòu)膠性能指標(biāo)提出了嚴(yán)格的要求，房屋驗收中重點檢查建材結(jié)構(gòu)膠施工后的抗沖擊剝離性，以此判定建筑的牢固情況。試驗過程圍繞結(jié)構(gòu)膠抗沖擊剝離性能，研究環(huán)氧樹脂類建筑結(jié)構(gòu)膠樹脂、填料以及固化劑等型號、用量的選擇，總結(jié)出提升建筑結(jié)構(gòu)膠綜合性能方法。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與設(shè)備

原料：液體環(huán)氧樹脂，山東德源環(huán)氧科技有限公司；增韌劑（KH-07A）、改性胺固化劑（CP-05G），大連凱華新技術(shù)工程有限公司；石英粉等無機(jī)粉末填料，遼寧海城越芳礦產(chǎn)粉體制造有限公司；環(huán)氧活性稀釋劑（LS-692），湖北綠色家園材料技術(shù)股份有限公司；氣相白炭黑（BET=150m2/g），卡博特（中國）投資有限公司。

儀器：BSA2201 電子分析天平，南京萊步科技實業(yè)有限公司；LE5105 電子萬能試驗機(jī)，力試（上海）科學(xué)儀器有限公司；FLZ200 真空脫泡分散機(jī)，江陰鑫隆化工機(jī)械有限公司；SG-5A超級恒溫水箱，常州恒隆儀器有限公司。

1.2 樣品制備

首先按照工藝量逐一投入液體環(huán)氧樹脂，增韌劑、消泡劑和環(huán)氧活性稀釋劑，開啟分散設(shè)備攪拌均勻；然后根據(jù)結(jié)構(gòu)膠定位分別投入石英粉、氣相白炭黑等填料，高速攪拌25min 左右制得結(jié)構(gòu)膠的A 組分；最后，將硅烷偶聯(lián)劑和改性胺固化劑按照配方量比例加一起，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笾瞥鼋Y(jié)構(gòu)膠的B 組分。

1.3 性能測試

建筑結(jié)構(gòu)膠的粘接與膠體性能，按照GB50367-2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》方法測試，測試項目包含結(jié)構(gòu)膠的拉伸、粘接、彎曲和壓縮等性能；

建筑結(jié)構(gòu)膠的抗沖擊剝離與加速濕熱老化性能，參照GB 50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)檢測，通過T 形沖擊剝離試樣測試，判斷樣品韌性優(yōu)劣。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧樹脂的影響

環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠的主要成分有環(huán)氧樹脂及其復(fù)合體系、增韌劑、固化劑、填料等原料配置而成，其中環(huán)氧樹脂比例高達(dá)30%~50%，其種類或用量對結(jié)構(gòu)膠最終性能的影響非同小覷。為了驗證環(huán)氧樹脂不同種類和配比對建筑結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離性能的影響，本試驗研究過程中在其余成分不變情況下，分別選用了E-51、E-44、雙酚F 環(huán)氧等3 種環(huán)氧及其混合物制備出7 個試樣，并進(jìn)行沖擊剝離性能檢測，結(jié)果如表1 所示。

表1 環(huán)氧樹脂種類對沖擊剝離性能的影響

由表1 數(shù)據(jù)可以看出，環(huán)氧樹脂品種選用對建筑結(jié)構(gòu)膠的沖擊剝離性能具有直接性的影響。試驗發(fā)現(xiàn)，E-44 環(huán)氧樹脂機(jī)械粘接性能最好（E-51 次之），所制備的膠體收縮率低，無論是單獨或混合使用均能到達(dá)A 級膠的標(biāo)準(zhǔn)；F（830）環(huán)氧樹脂性能最差，不宜單獨使用。實際生產(chǎn)中除了工藝性能還要結(jié)合成本方面考慮，E-44 環(huán)氧樹脂雖然粘接性能最好，但是原料價格比較高。結(jié)合上述表1 試驗數(shù)據(jù)，筆者建議以E-51 和E-44 搭配使用性價比更高，搭配值以=4:1 為宜。

2.2 填料的影響

建筑結(jié)構(gòu)膠填料不僅僅是降低結(jié)構(gòu)膠生產(chǎn)成本需要，而且賦予了結(jié)構(gòu)膠某些特殊性能滿足消費(fèi)者各項要求，所以填料的種類、填料添加量等都會影響到建筑結(jié)構(gòu)膠的沖擊剝離強(qiáng)度。本次試驗以石英粉為填料，在在其余原材料型號與配比不變的情況下，通過增減石英粉的用量考查建筑結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離強(qiáng)度的變化過程，試驗數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 填料添加量對沖擊剝離強(qiáng)度的影響

由表2 數(shù)據(jù)可以看出，建筑結(jié)構(gòu)膠膠粘劑體系中不加補(bǔ)強(qiáng)填料，所制的結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離性能是不合格的。填料的加入可以降低膠體的收縮率、提高機(jī)械強(qiáng)度等性能，最終提高建筑結(jié)構(gòu)膠的沖擊剝離強(qiáng)度。但硬質(zhì)填料用量不斷增加的同時，結(jié)構(gòu)膠的剛度和彈性模量會也會持續(xù)增加，結(jié)構(gòu)膠的沖擊剝離強(qiáng)度在填料量超過60%后逐漸下降。為兼顧結(jié)構(gòu)膠的生產(chǎn)成本以及粘接、沖擊剝離等性能，筆者建議建筑結(jié)構(gòu)膠膠粘劑需加入50%~60%石英粉填料為宜。

2.3 增韌劑的影響

從試驗可知，建筑結(jié)構(gòu)膠生產(chǎn)體系必須加入填料才能達(dá)到良好的沖擊剝離性能。為此，以下試驗均在加有填料的基礎(chǔ)上進(jìn)行研制比較。環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠雖然粘結(jié)性能優(yōu)異，但受環(huán)氧樹脂自身局限性的影響，膠條固化后經(jīng)常出現(xiàn)彈性低、柔韌性差等力學(xué)質(zhì)量問題，急需在生產(chǎn)體系同引進(jìn)增韌劑提高膠條柔韌性，達(dá)到提高承載強(qiáng)度、增強(qiáng)延長率的目的。表3 數(shù)據(jù)表示，增韌劑不同用量對建筑結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離強(qiáng)度的影響。

表3 增韌劑添加量對沖擊剝離強(qiáng)度的影響

由表3 數(shù)據(jù)可以看出，未添加增韌劑的建筑結(jié)構(gòu)膠剝離長度95mm（剝離性能不合格），只要加進(jìn)少量的增韌劑就明顯減少近50%，這說明結(jié)構(gòu)膠體系中加入增韌劑可以顯著的提高膠的沖擊剝離性能。但增韌劑也不是越多越好，過量的增加增韌劑會對結(jié)構(gòu)膠體系的內(nèi)聚強(qiáng)度造成影響。綜上考慮，為了研制出最好的沖擊剝離性能結(jié)構(gòu)膠，添加25%~30%的增韌劑最佳。

2.4 固化劑的影響

環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠受環(huán)氧樹脂性能的影響，決定固化劑成分在膠粘劑體系中的重要性。固化劑作為影響結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離性能最重要的決定因素，只要選擇適當(dāng)?shù)钠贩N和用量，才能達(dá)到提高結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離強(qiáng)度意義。為了進(jìn)一步驗證不同品種固化劑對結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離性能的影響，試驗中分別選用了7 種不同的固化體系，研究不同固化種類單獨使用或搭配使用對結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離性能的影響，結(jié)果見表4。

表4 固化劑種類對沖擊剝離強(qiáng)度的影響

由表4 數(shù)據(jù)可以看出，建筑結(jié)構(gòu)膠B 組分中固化劑單一品種使用時，環(huán)氧化合物加成多元胺固化劑所制結(jié)構(gòu)膠比其他固化劑體系制膠的沖擊剝離性能都要好，邁克爾加成多元胺固化劑所制結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離性能稍差些，而曼尼期堿固化劑所制結(jié)構(gòu)膠沖擊剝離性能不合格。這是因為環(huán)氧化合物加成多元胺固化劑在生產(chǎn)體系中通過與環(huán)氧樹脂等化合物反應(yīng)后，生產(chǎn)韌性較好的長鏈狀分子結(jié)構(gòu)。此外，如果不同固化劑體系復(fù)配使用時，明顯的彌補(bǔ)了曼尼期堿沖擊剝離性能不足的缺陷，增長補(bǔ)斷協(xié)調(diào)效果十分顯著。綜合考慮，本試驗優(yōu)選多種固化劑體系復(fù)配使用，所制備建筑結(jié)構(gòu)膠不僅沖擊剝離性能超過A 級，而且濕熱老化性也表現(xiàn)十分優(yōu)異，有效的克服了潮濕環(huán)境下施工和固化難題。

3 結(jié)語

（1） 建筑結(jié)構(gòu)膠加入無機(jī)填料可以明顯提高抗沖擊剝離強(qiáng)度，但超額度的填料用量又會造成結(jié)構(gòu)膠粘接能力下降，影響到建筑結(jié)構(gòu)膠的沖擊剝離性能，將填料量控制在50%~60%之間為宜。

（2） 增韌劑對提高建筑結(jié)構(gòu)膠的沖擊剝離強(qiáng)度是非常有效的，不同用量所制結(jié)構(gòu)膠性能差異非常明顯。但增韌劑也不是越多越好，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)25%~30%的增韌劑用量可研制出最好的沖擊剝離性能結(jié)構(gòu)膠。

（3） 固化劑種類的選擇對結(jié)構(gòu)膠的沖擊剝離性能起到關(guān)鍵作用，不同固化劑體系間復(fù)配使用具有良好的協(xié)同效果。試驗中，曼尼期堿固化劑單獨使用時剝離性能不達(dá)標(biāo)，但復(fù)配邁克爾加成多元胺一起使用的話，顯著的提升了結(jié)構(gòu)膠的沖擊剝離強(qiáng)度。