環(huán)氧樹脂摻量對(duì)緩凝粘合劑強(qiáng)度的影響

蔣方新，李仙花，李佩勛

(1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；2.中國建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司，北京 100013；3.北京寶維森新材料科技發(fā)展有限公司，北京 101112)

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力作為一項(xiàng)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)，得到越來越廣泛的應(yīng)用[1-5]。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的核心是緩粘結(jié)鋼絞線中緩凝粘合劑的性能。緩凝粘合劑組成材料是環(huán)氧樹脂、固化劑、添加劑和填料，其中環(huán)氧樹脂和填料占據(jù)總份數(shù)100中的90份以上，兩者間的份數(shù)關(guān)系是影響固化后強(qiáng)度的主要因素。本文研究緩凝粘合劑的最佳組成成分及其對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間和力學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

雙酚A環(huán)氧樹脂E51、聚酰胺650均為工業(yè)品；鄰苯二甲酸二丁酯，分析純；425#白色硅酸鹽水泥。

XDZKJB-真空攪拌機(jī)；SPX-250生化培養(yǎng)箱；TH210邵氏硬度計(jì)；CL-100KN電子萬能試驗(yàn)機(jī)。

1.2 緩凝粘合劑配制

緩凝粘合劑組成材料包括環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑和填料，組成的份數(shù)關(guān)系見表1。

表1 材料組成成分和試件數(shù)量Table 1 Material composition and number of specimens

1.3 試件制作

按照表1配制緩凝粘合劑，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法 》第1部分：邵氏硬度計(jì)法(邵爾硬度)GB/T 531.1的規(guī)定制備硬度試件，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定(剛性材料對(duì)剛性材料)》GB/T 7124規(guī)定制備拉伸剪切強(qiáng)度試件，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》GB/T 17671的規(guī)定制備抗壓強(qiáng)度試件。

1.4 最大硬度值檢驗(yàn)

將制作好的硬度試件、拉伸剪切試件和抗壓強(qiáng)度試件放置于25 ℃恒溫箱中。養(yǎng)護(hù)第65 d時(shí)每個(gè)類型緩凝粘合劑取出一個(gè)硬度試件，按照GB/T 531.1的規(guī)定測(cè)量，均具有硬度。以后每隔5 d取出一個(gè)硬度試件測(cè)量，直至硬度值達(dá)到最大值為止。

1.5 拉伸剪切強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

在緩凝粘合劑硬度達(dá)到最大值后，分別取出拉伸剪切強(qiáng)度試件和抗壓強(qiáng)度試件，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7124和GB/T 17671的規(guī)定進(jìn)行拉伸剪切強(qiáng)度檢測(cè)和抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 最大硬度值

圖1是不同摻量環(huán)氧樹脂的緩凝粘合劑硬度-時(shí)間曲線圖。

圖1 不同緩凝粘合劑硬度-時(shí)間曲線Fig.1 Curves of hardness time for different retarding adhesives

由圖1可知，在緩凝粘合劑拌制養(yǎng)護(hù)后第65 d開始測(cè)量硬度，緩凝粘合劑開始出現(xiàn)硬度后，硬度值快速增加，在達(dá)到C點(diǎn)附近，曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，當(dāng)硬度達(dá)到87～89 D之間內(nèi)停止增長，說明緩凝粘合劑達(dá)到最大硬度值，對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間在160 d附近。

2.2 環(huán)氧樹脂摻量與最大硬度值關(guān)系

緩凝粘合劑中環(huán)氧樹脂摻量與最大硬度的關(guān)系見表2、圖2。

表2 最大硬度、拉伸剪切強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度Table 2 Maximum hardness，tensile shear strength and compressive strength

圖2 不同環(huán)氧樹脂摻量與最大硬度的關(guān)系Fig.2 Relationship between different epoxy resin content and maximum hardness

由圖2可知，緩凝粘合劑最大硬度與環(huán)氧樹脂摻量成反比，緩凝粘合劑最大硬度的最小值為87 D。

2.3 環(huán)氧樹脂摻量與拉伸剪切強(qiáng)度關(guān)系

環(huán)氧樹脂摻量-拉伸剪切強(qiáng)度關(guān)系見圖3。

圖3 不同環(huán)氧樹脂摻量與拉伸剪切強(qiáng)度的關(guān)系Fig.3 Relationship between different epoxy resin content and tensile shear strength

由圖3可知，緩凝粘合劑的拉伸剪切強(qiáng)度與環(huán)氧樹脂摻量關(guān)系呈倒拋物線型，摻量為35%時(shí)拉伸剪切強(qiáng)度最高(16.8 MPa)。

2.4 環(huán)氧樹脂摻量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系

環(huán)氧樹脂摻量-抗壓強(qiáng)度關(guān)系見圖4。

圖4 不同環(huán)氧樹脂摻量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系Fig.4 Relationship between different epoxy resin content and compressive strength

由圖4可知，緩凝粘合劑的抗壓強(qiáng)度與環(huán)氧樹脂摻量關(guān)系也呈倒拋物線型，摻量為30%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高，96.0 MPa。

2.5 最佳環(huán)氧樹脂摻量

在荷載作用下，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(圖5)中緩凝粘合劑的實(shí)際受力狀態(tài)見圖6。

由圖5和圖6可知，緩凝粘合劑在鋼絞線和混凝土肋之間，以承受剪切力為主，這與拉伸剪切強(qiáng)度受力形式最為接近。因此，取緩凝粘合劑拉伸剪切強(qiáng)度最高時(shí)的環(huán)氧樹脂摻量35%為最佳摻量。

圖5 緩粘結(jié)鋼絞線構(gòu)造Fig.5 Structure of retard-bonded steel strand

圖6 緩凝粘合劑的實(shí)際受力圖Fig.6 Actual stress diagram of retarding adhesive

3 結(jié)論

緩凝粘合劑中，環(huán)氧樹脂最佳摻量為35%，在25 ℃標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)160 d時(shí)拉伸剪切強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線專用粘合劑》JG/T 370—2012中規(guī)定。