環(huán)氧樹脂膠粘劑在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

萬愛國

(河南省洛陽市建設(shè)工程造價定額站，河南 洛陽 471000)

近年來，中國的社會事業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展都在飛速的提升，隨著人們生活水平的提高，高樓大廈隨處可見，建筑工程行業(yè)的發(fā)展對新型的建筑材料的要求隨之越來越高；同時，我國傳統(tǒng)的建筑材料越來越不能滿足我們技術(shù)發(fā)展的需要。環(huán)氧樹脂膠粘劑作為一種新型的建筑加固粘接劑就呈現(xiàn)在我們的面前，這種新型的膠粘劑有著耐水、耐腐蝕、強度高、性能好的優(yōu)點，在粘接鋼加固，密封灌縫，植筋錨固等方面成為主要的應(yīng)用材料。為更好地讓環(huán)氧樹脂膠粘劑應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)中，探討環(huán)氧樹脂膠粘劑的應(yīng)用，為今后環(huán)氧樹脂在各領(lǐng)域的實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 環(huán)氧樹脂建筑用膠粘劑

環(huán)氧樹脂膠粘劑是有著優(yōu)良性能的結(jié)構(gòu)型建筑膠粘劑，我國1966年就開始在建筑結(jié)構(gòu)工程中使用了環(huán)氧樹脂膠粘劑。而國外則是從20世紀(jì)50年代起，把新、舊混凝土層之間表面及新、舊水泥砂漿層的粘接問題使用環(huán)氧樹脂膠粘劑有效地解決了，更徹底的解決了粘接層表面因為濕度，水分等產(chǎn)生的問題，開辟了環(huán)氧樹脂新市場，得到了大量的使用。我國則是經(jīng)過多年的實際考核和應(yīng)用，證實了在建筑工程中的環(huán)氧樹脂膠粘劑結(jié)構(gòu)作用及粘接效果的穩(wěn)定可靠性。國內(nèi)現(xiàn)在也在修補及粘接混凝土構(gòu)件上廣泛使用環(huán)氧樹脂膠粘劑，在起到力學(xué)結(jié)構(gòu)作用的同時保護損壞的混凝土開裂部分的鋼筋不受到銹蝕。使用環(huán)氧樹脂膠粘劑來對預(yù)應(yīng)力各種鋼筋混凝土制品進行粘接和補強，比如：橋梁、大壩、閘門、電桿等提前制好的構(gòu)件的修補，而在生產(chǎn)中或使用中出現(xiàn)的破損、裂縫部分，對提高這些產(chǎn)品的合格率，環(huán)氧樹脂膠粘劑就成了不能缺少的重要材料。建筑結(jié)構(gòu)工程中使用的環(huán)氧樹脂膠粘劑大致上可分為幾類。

1.1 建筑物的修補

建筑物也常常出現(xiàn)問題，尤其是使用中的建筑物，混凝土結(jié)構(gòu)部分也經(jīng)常會出現(xiàn)裂縫，還有可能因為接縫地方處理不好的原因產(chǎn)生水滲漏的現(xiàn)象。這些都體現(xiàn)在屋頂、墻面樓板，地下室、立柱、高架橋面等等地方；這些小問題日積月累就成了大問題，會毀壞掉建筑物，影響人民的生活以及生產(chǎn)，而這些裂縫以前都是用瀝青來進行修補。用瀝青必須要在干燥的表面才能進行修補，修補后的力學(xué)分布狀態(tài)又和其他部分不同，無結(jié)構(gòu)效果，長期就會發(fā)生受力面開裂，結(jié)構(gòu)強度下降等問題。而環(huán)氧樹脂膠粘劑就可以在濕潤的表面進行使用，而且在水中環(huán)氧樹脂膠粘劑還能固化，可以在出現(xiàn)水滲漏問題時及時進行修補，不需要等待干燥、天氣干燥后才能修補。環(huán)氧樹脂膠粘劑在水利工程中常用來給大壩進行水下修補，被廣泛應(yīng)用在水泥船、碼頭以及橋梁的修補，在實際使用中得到了很好的效果。這類環(huán)氧樹脂膠粘劑在建筑結(jié)構(gòu)中使用的也很廣泛，因為經(jīng)過它的修補，建筑結(jié)構(gòu)還保持著原來的整體性，保持構(gòu)件還有原來的性能。

1.2 建筑設(shè)施的修補

一般家庭中，衛(wèi)生間的衛(wèi)生潔具、墻磚、地磚、瓷磚、浴缸、洗漱池等大多都是陶瓷制造的，多數(shù)都處于濕潤的空氣中，常常被水所染；而環(huán)氧樹脂膠粘劑可以在濕面以及水里固化，適合用在建筑陶瓷設(shè)施上。人們?nèi)粘Ｉ钪?，如使用不?dāng)或者不小心都會造成洗漱池的棱角破損和產(chǎn)生裂縫、人造大理石洗漱池產(chǎn)生裂縫，以前用水泥砂漿進行修補后的效果不好而報廢，現(xiàn)在用環(huán)氧樹脂膠粘劑進行修補，調(diào)色后進行粘接，修補后的樣子基本是可以和原來的樣子一樣的，操作方便簡單，價格不貴，價值較高的大理石洗漱池就可以繼續(xù)使用了，避免花更多的錢。

1.3 混凝土的“整體工程”粘接

混凝土工程中，所有組成的構(gòu)件都是提前定制好的，不可能現(xiàn)澆制成，即使現(xiàn)澆制成也不可能一次性澆筑出一個大型的整體結(jié)構(gòu)，因為大型的水泥混凝土工程，比如水庫大壩、橋梁碼頭、海上油田等工程，都是要求各個水泥混凝土構(gòu)件連接在一起，讓整個結(jié)構(gòu)工程成為一個大整體，保證力學(xué)上的穩(wěn)定性，所以混凝土構(gòu)件的連接部位整體性就必須要提高和解決，成為了混凝土工程中很重要的研究課題。以前我們都是用新拌和的水泥砂漿加上混凝土對準(zhǔn)備好已硬化的混凝土構(gòu)件進行粘接，但是這種粘接強度很低，短時間就會發(fā)生粘接層分離脫落現(xiàn)象，不持久。此時，環(huán)氧樹脂膠粘劑就很好地解決了這一問題，經(jīng)過研究測試抗拉強度和粘接強度，環(huán)氧樹脂膠粘劑在已經(jīng)硬化的混凝土構(gòu)件和水泥砂漿表面之間的粘接，在受力情況下膠粘劑層并沒有被拉斷，證明了環(huán)氧樹脂膠粘劑的結(jié)構(gòu)作用，膠粘劑層的強度比水泥混凝土材料的抗拉強度還要高。環(huán)氧樹脂膠粘劑解決了水泥混凝土構(gòu)件之間的粘接問題，讓整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，在建筑工業(yè)中的廣泛使用，推動建筑工業(yè)和大規(guī)模整體工程發(fā)展。比較有名的悉尼歌劇院的屋頂、日本東京成田機場都是用環(huán)氧樹脂膠粘劑粘接建筑構(gòu)件來實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的。

1.4 水泥制品的修補

環(huán)氧樹脂膠粘劑對水泥制品的修補也是最有效的，很多企業(yè)專門生產(chǎn)各種水泥管、建筑構(gòu)件、橋梁構(gòu)件，這些水泥制品在生產(chǎn)和運輸途中，經(jīng)常受到磕碰，產(chǎn)生一些磕損和裂縫，影響了外觀，產(chǎn)生了滲水等不好的效果；但其不影響水泥制品的結(jié)構(gòu)性能。這時候使用環(huán)氧樹脂膠粘劑進行修補，讓這些小問題都不在成為問題，修補后長時間的自然變化，修補處還可以保持原樣，節(jié)省費用，提高使用率和壽命，有很好的經(jīng)濟效益。對出現(xiàn)滲漏問題的水泥管壁進行修補，改變了要等修補表面干燥才可以修補的情況，有效的提升了工效。

1.5 材料的粘接

建筑中的主體重要，裝飾工程也重要，有些高檔建筑的裝飾造價都要和建筑物主體工程的價格相當(dāng)了，有時候還可能超過。如吊燈的裝修、很大很重的裝飾燈具、中央空調(diào)管道安裝等，這些裝飾工程施工過程不允許用釘聯(lián)接機固定的。而使用環(huán)氧樹脂膠粘劑來定位和連接，就可以簡化工程的安裝工藝，使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、牢固?，F(xiàn)在，在建筑工程中已經(jīng)大量采用了環(huán)氧樹脂膠粘劑來固定金屬結(jié)構(gòu)件和金屬吊頂?shù)瘸兄貥?gòu)件，這樣能節(jié)省時間還節(jié)省木材，安裝工藝也簡化了許多，性能可靠。早前，上海有一項重大的景觀建設(shè)工程也使用了環(huán)氧樹脂膠粘劑。調(diào)查顯示，使用環(huán)氧樹脂膠粘劑的幾個工程，經(jīng)過幾年的實地檢測，沒有出現(xiàn)問題，可靠安全，沒有微小移位。

2 環(huán)氧樹脂膠粘劑原理

2.1 環(huán)氧樹脂膠粘劑

環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂膠粘劑的主要材料，因為環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有活躍的環(huán)氧基團分子，用芳香族、脂肪族、脂環(huán)族等有機化物做為基架，同環(huán)氧基團產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)就得到了有熱固性產(chǎn)物的高分子低聚體，還有和很多種固化劑反應(yīng)后得到的不溶性三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。環(huán)氧樹脂膠粘劑最早出現(xiàn)是在1983年，用于建筑構(gòu)件的加固修補與連接上。環(huán)氧樹脂對于非極性熱塑性塑料粘接性能不好，比如聚烯烴這種；但是對于金屬材料、非金屬材料，還有熱固性塑料有著非常好的粘接性能，有著“萬能膠”之美稱。之后，環(huán)氧樹脂膠粘劑就被大量使用在航天、機械、汽車等等領(lǐng)域，而在建筑領(lǐng)域中也是使用最為多的建筑膠粘劑。

2.2 環(huán)氧樹脂膠粘劑優(yōu)缺點

..環(huán)氧樹脂膠粘劑優(yōu)點

(1)環(huán)氧樹脂中所含的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)緊密、力學(xué)強度大、內(nèi)聚力強，所以它具有優(yōu)異的力學(xué)性能；

(2)環(huán)氧樹脂膠粘劑可以通過對配制的比例進行優(yōu)化，以對其性能進行改良，生產(chǎn)出滿足所需的功能，滿足日常生產(chǎn)所要的基本工藝性能；所以環(huán)氧樹脂、固化劑，改性劑的品種多樣；

(3)環(huán)氧樹脂和有機物以及無機物混合后有著良好的相容性和反應(yīng)活性；

子彈外形為軸對稱,且為近地拋撒,設(shè)彈軸速度與速度方向一致,由此可建立子彈三自由度質(zhì)點彈道仿真模型,加入隨機模型,對子彈從拋撒到著地的整個過程進行數(shù)值仿真。

(4)環(huán)氧樹脂膠粘劑中含有多種極性基團和很高的活性環(huán)氧基，所以才能和很多種建材進行牢固的粘接，包括金屬、玻璃、水泥、木材、塑料等，都可以在表面上產(chǎn)生很強的粘接力，粘接強度也很高，所以環(huán)氧樹脂膠粘劑粘接性能很優(yōu)異；

(5)環(huán)氧樹脂膠粘劑加固連接的構(gòu)件不會出現(xiàn)受力面積集中在一處的現(xiàn)象。很多焊接和鉚接都受力不均，而環(huán)氧樹脂膠粘劑就不會，且可以更好地提高建筑構(gòu)件的整體性、耐疲勞性和抗裂性，所以受力均勻也是環(huán)氧樹脂膠粘劑的一個優(yōu)點；

(6)一般的建筑膠粘劑在固化后收縮的比率都有3%～4%左右，很大； 而環(huán)氧樹脂膠粘劑固化后的體積收縮比較小，為1%～2%左右。環(huán)氧樹脂膠粘劑同時還有著比較小的線性熱膨脹系數(shù)，對粘接性能影響小，蠕變量小，粘接建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也好，所以固化體積收縮率較小也是它的優(yōu)點之一；

(7)環(huán)氧樹脂膠粘劑可以不受很多種介質(zhì)的腐蝕，有著良好的耐腐蝕性和耐電性之優(yōu)點；

(8)環(huán)氧樹脂膠粘劑的原料環(huán)氧樹脂和改性劑、固化劑的來源比較廣泛，而且產(chǎn)量多，操作簡單方便，生產(chǎn)方法也簡單，可以大規(guī)模生產(chǎn)使用。

..環(huán)氧樹脂膠粘劑缺點

(1)實現(xiàn)粘接時候必須對粘接的東西進行表面活性處理，比如在對聚乙烯、氟塑料、聚丙烯等材料粘接時，需要進行處理后才能粘接；

(2)普通的環(huán)氧樹脂膠粘劑固化后也有著不耐沖擊，比較容易剝離，比較脆的地方存在；

(3)環(huán)氧樹脂膠粘劑在施工現(xiàn)場使用時候要注意防護和通風(fēng)處理。因為環(huán)氧樹脂膠粘劑的某些改性劑和固化劑有一定的刺激性和毒性，容易揮發(fā)，在實際加固工程的時候一定要做處理，或者就選擇好的避免使用帶刺激類的。

3 環(huán)氧樹脂膠粘劑的主要組成

3.1 環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂在沒有加入固化劑的時候，加熱是不會發(fā)生固化的。當(dāng)加入固化劑后可以發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，變成不熔、不溶體型結(jié)構(gòu)的三向網(wǎng)狀高聚物。而什么是環(huán)氧樹脂呢？環(huán)氧樹脂就是大分子主鏈之內(nèi)有2個或2個以上環(huán)氧基的縮聚物，這就是環(huán)氧樹脂。加入固化劑就是環(huán)氧樹脂膠粘劑，固化后的環(huán)氧樹脂化學(xué)、物理性能優(yōu)良，對于金屬等材料都有很好的粘接性。而環(huán)氧樹脂也有分類，按照化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為6類：縮水甘油酯、縮水甘油胺、縮水甘油醚、新型的環(huán)氧樹脂、脂肪族環(huán)氧樹脂和環(huán)氧化烯烴類。環(huán)氧樹脂的原理結(jié)構(gòu)，其中有醚鍵和羥基，極性基團環(huán)氧基，可以讓環(huán)氧樹脂膠粘接力更強，力學(xué)性能更好，且能廣泛投入和應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)膠領(lǐng)域中。表1是雙酚A型環(huán)氧樹脂技術(shù)參數(shù)，選擇的是幾種有代表性的。

表1 雙酚A型環(huán)氧樹脂技術(shù)參數(shù)

3.2 固化劑

固化劑在環(huán)氧樹脂膠粘劑中有著至關(guān)重要的作用，它影響著固化后的環(huán)氧樹脂膠粘劑的耐腐蝕、耐介質(zhì)、強度等工作性能。鑒于環(huán)氧樹脂在單獨加熱時不會固化，未固化后的環(huán)氧樹脂不可以在建筑結(jié)構(gòu)中投入使用，所以環(huán)氧樹脂膠粘劑必須加入固化劑，這樣可以在一定的條件下發(fā)生固化反應(yīng)，變成有三向交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，呈現(xiàn)優(yōu)良的工作能力，成為在建筑工程中使用的環(huán)氧樹脂膠粘劑。

4 環(huán)氧樹脂膠粘劑配制施工時注意事項

首先就是不要在陰雨潮濕的天氣進行施工作業(yè)。調(diào)配環(huán)氧樹脂膠粘劑的時候，一定要帶上口罩手套，因為固化劑是有毒的，必須要在空氣流通的地方進行調(diào)配，不然會中毒。調(diào)配膠粘劑所使用的的一切工具都要干燥無水分，環(huán)氧樹脂若粘到手上時，立刻擦掉，然后用溫水、肥皂洗凈，長時間粘在身上，對身體不利。調(diào)配時使用的稀釋劑都是容易揮發(fā)的液體，千萬不能靠近火源，防止發(fā)生火災(zāi)。調(diào)配時的數(shù)量要嚴(yán)格按照配比進行調(diào)配，不能馬虎，一旦出錯調(diào)制成的膠粘劑就不能使用了。調(diào)配完成后要記得立即把瓶口蓋上，以防揮發(fā)。調(diào)配時所用到的一切工具，都要在使用后立即清洗干凈，若放置時間長，膠水凝固，工具就無法使用。

5 環(huán)氧樹脂膠粘劑在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

選擇幾個不同的工程和設(shè)備零件中使用環(huán)氧樹脂膠粘劑，解決工程中缺乏材料的問題，比如修補混凝土的裂縫、耐酸地坪的施工、粘接斷裂的構(gòu)件、設(shè)備零件粘接等，還有機工處的一臺有很多內(nèi)套級管漏油的油壓冷卻器，設(shè)備正等著安裝，使用石棉繩堵塞沒有效果，電焊也沒辦法進行，則用環(huán)氧樹脂膠粘劑就能將漏油管處全部粘接好。經(jīng)過測試，完全符合使用要求。環(huán)氧樹脂膠粘劑在施工時的應(yīng)用圖，如圖1所示。

圖1 環(huán)氧樹脂膠粘劑在施工時的應(yīng)用

施工中已經(jīng)應(yīng)用環(huán)氧樹脂膠粘劑的實例，具體如表2所示。由表2可知，經(jīng)過實際使用發(fā)現(xiàn)，使用環(huán)氧樹脂膠粘劑修補混凝土產(chǎn)生的裂縫，粘接設(shè)備構(gòu)件、施工地坪，不僅效果好，而且價格也經(jīng)濟實惠，環(huán)氧樹脂膠粘劑今后的發(fā)展前途也是很大的。

表2 施工實例

6 結(jié)語

結(jié)合上文來看，我國建筑業(yè)對于環(huán)氧樹脂的使用需求在大幅度的增加，我國2002年的時候，環(huán)氧樹脂的需求量就已經(jīng)達到了29萬t以上了，目前對環(huán)氧樹脂的需求量更加大了，建筑行業(yè)在我國經(jīng)濟發(fā)展中起著經(jīng)濟支柱的作用，民用建筑的大規(guī)模建設(shè)，需要大量的建筑材料，對高分子材料的數(shù)量需求更多，各種混凝土、水泥工程都在大量增加，這些都需要應(yīng)用到合成高分子材料，我國環(huán)氧樹脂膠粘劑用在建筑結(jié)構(gòu)工程上的使用還沒有做到很好，需要做更多的研究，讓環(huán)氧樹脂膠粘劑在建筑結(jié)構(gòu)上有更有效的使用方法，今后幾年將是我國環(huán)氧樹脂膠粘劑應(yīng)用技術(shù)在建筑領(lǐng)域深入發(fā)展和普及的階段。