公路用膠粘劑制備與工程造價(jià)應(yīng)用研究

摘 要：為了提升公路建設(shè)用高質(zhì)量高性價(jià)比的膠粘劑，研究制備了環(huán)氧樹(shù)脂配比、固化劑和增韌劑對(duì)膠粘劑表干時(shí)間、拉伸性能、沖擊性能、拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂816與環(huán)氧樹(shù)脂862配比即m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，膠粘劑的表干時(shí)間較短、拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度最大，破壞形式為內(nèi)聚破壞；隨著PPG-2000增韌劑（PPG）含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的拉伸強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增后減特征，沖擊強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增而后趨于穩(wěn)定，當(dāng)PPG含量為4%時(shí)取得拉伸強(qiáng)度最大值。隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度都表現(xiàn)為逐漸減小特征。適宜的PPG含量為4%，m（816）∶m（862）為1∶1，固化劑選擇脂肪胺類6610，此時(shí)膠粘劑具有良好的綜合性能。

關(guān)鍵詞：公路建設(shè)用膠粘劑；環(huán)氧樹(shù)脂配比；固化劑；增韌劑；綜合性能

中圖分類號(hào)：TQ433.4+37

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2024）03-0031-04

Research on preparation and engineering cost application of adhesives for highways

LIU Haozhong

（Qinghai Province Traffic Construction Project Cost Station，Xining 810001，China）

Abstract：In order to improve the use of high-quality and cost-effective adhesives for highway construction，the effects of epoxy resin ratio，curing agent，and toughening agent on the surface drying time，tensile performance，impact performance，tensile shear strength，and compressive shear strength of the adhesive were studied.The results showed that when the ratio of m（816）∶m（862） was 1∶1，the surface drying time of the adhesive was shorter，and the tensile shear strength and compressive shear strength were the highest.The failure mode was cohesive failure.As the PPG content increased，the tensile strength of the adhesive showed a characteristic of first increasing and then decreasing when the curing agents were 6610 and D2238，and the impact strength showed a characteristic of first increasing and then stabilizing.The maximum tensile strength was achieved when the PPG content was 4%.As the PPG content increased，the tensile and compressive shear strengths of the adhesive gradually decreased when the curing agents were 6610 and D2238.The suitable PPG content was 4%，and the ratio of m（816） to m（862） was 1∶1.The curing agent selected was fatty amine 6610.At this time，the adhesive had good comprehensive performance.

Key words：adhesives for highway construction；epoxy resin ratio；curing agent；toughening agent；comprehensive performance

公路建設(shè)是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必經(jīng)之路，國(guó)家《公路“十四五”發(fā)展規(guī)劃》中已明確公路建設(shè)目標(biāo)，這給公路施工相關(guān)單位帶來(lái)巨大發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，對(duì)公路建設(shè)所需要的膠粘劑等原材料也提出了嚴(yán)格的要求［1］。尤其是隨著全過(guò)程工程造價(jià)在公路建設(shè)中的應(yīng)用，基于工程造價(jià)的施工管理對(duì)公路建設(shè)用膠粘劑提出了更高的要求，公路建設(shè)用膠粘劑除需滿足傳統(tǒng)膠粘劑的使用性能外［2-4］，還需要考慮施工維護(hù)、成本和使用壽命等因素，這就要求公路建設(shè)用膠粘劑有更好的綜合性能。為了提升基于工程造價(jià)的公路建設(shè)用膠粘劑的使用性能，研究了環(huán)氧樹(shù)脂配比、固化劑和增韌劑對(duì)膠粘劑表干時(shí)間、拉伸性能、沖擊性能、拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度的影響，結(jié)果將有助于高綜合性能的公路建設(shè)用膠粘劑的開(kāi)發(fā)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

為了制備基于工程造價(jià)的公路建設(shè)用高質(zhì)量高性價(jià)比的膠粘劑，選取脂肪胺類6610和脂肪胺加成物D2238為固化劑，用于膠粘劑制備的促進(jìn)劑、增韌劑和偶聯(lián)劑分別為商用DMP-30促進(jìn)劑、PPG-2000增韌劑（PPG）和KH550硅烷偶聯(lián)劑，填料為納米碳酸鈣，樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂816和雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂862。

1.2 試樣制備

基于工程造價(jià)的公路建設(shè)用膠粘劑的配方設(shè)計(jì)（質(zhì)量份/phr）：環(huán)氧樹(shù)脂50、增韌劑10、固化劑10、促進(jìn)劑1、偶聯(lián)劑1.5，余量為無(wú)機(jī)填料。環(huán)氧樹(shù)脂由雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂816和雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂862組成，質(zhì)量配比分別為5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4和1∶5。將不同成分配比的上述原料加入DLH-5L型雙行星真空攪拌釜中進(jìn)行室溫?cái)嚢?，攪拌介質(zhì)為酒精、時(shí)間設(shè)定為75 min。攪拌后轉(zhuǎn)入特定模具中進(jìn)行壓平和固化處理（0 ℃/2 h）［8］，脫模后得到測(cè)試試樣。

1.3 測(cè)試方法

將混合均勻的膠粘劑涂抹在紙張上，采用刮平器刮至厚度1.5 mm，置于LRHS-250AB多型號(hào)恒溫恒濕箱中，間隔1 min輕觸表面，以不粘附手指的

時(shí)間作為表干時(shí)間［9］；根據(jù)ASTM D638—08進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試［10］，結(jié)果取3組試樣平均值，拉伸速度為2 mm/min；根據(jù)GB/T 2571—1995［11］進(jìn)行室溫?zé)o缺口沖擊性能測(cè)試，結(jié)果取3組試樣平均值；根據(jù)JC 887—2001進(jìn)行室溫拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度測(cè)試［12］，結(jié)果取3組平行試樣的平均值；采用TESCAN VEGA3型鎢燈絲掃描電鏡觀察斷口形貌。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 環(huán)氧樹(shù)脂配合比

表1為不同m（816）∶m（862）時(shí)膠粘劑的綜合性能的測(cè)試結(jié)果。

由表1可知，隨著m（816）∶m（862）從5∶1降至1∶5，膠粘劑的表觀從軟逐漸過(guò)渡為較軟、焦脆、脆至很脆，破壞形式從粘附破壞轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)聚破壞；當(dāng)m（816）∶m（862）為2∶1～1∶5時(shí)破壞形式為內(nèi)聚破壞。當(dāng)m（816）∶m（862）分別為5∶1、4∶1、1∶2和1∶3時(shí)，表干時(shí)間為40 min；當(dāng)m（816）∶m（862）分別為1∶4和1∶5時(shí)，表干時(shí)間為45 min；當(dāng)m（816）∶m（862）為3∶1和2∶1時(shí)，表干時(shí)間為35 min;當(dāng)m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，表干時(shí)間為33 min。由此可見(jiàn)，當(dāng)m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，表干時(shí)間最短。隨著m（816）∶m（862）從5∶1降至1∶5，膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度先增加后減小，在m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，取得膠粘劑試樣拉剪強(qiáng)度最大值。隨著m（816）∶m（862）從5∶1降至1∶5，膠粘劑試樣的壓剪強(qiáng)度先增加后減小，在m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，取得膠粘劑試樣壓剪強(qiáng)度最大值。對(duì)比分析可知，在相同m（816）∶m（862）時(shí)，膠粘劑試樣的壓剪強(qiáng)度都高于拉剪強(qiáng)度。整體而言，當(dāng)m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，膠粘劑的表干時(shí)間較短，拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度最大，破壞形式為內(nèi)聚破壞，其為適宜的m（816）∶m（862）配比。這主要與雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂816和雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂862產(chǎn)生了交聯(lián)作用，且交聯(lián)密度較大，有助于改善固化物綜合性能有關(guān)［13-14］。

圖1為不同m（816）∶m（862）時(shí)膠粘劑的斷面形貌。

由圖1可知，

當(dāng)m（816）∶m（862）為2∶1時(shí)，膠粘劑斷面較為平整、光滑，填料與固化物相容性較好；當(dāng)m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，2種樹(shù)脂與填料相容性較好，在斷面呈現(xiàn)均勻分布形態(tài)；當(dāng)m（816）∶m（862）為1∶2時(shí)，填料與樹(shù)脂間產(chǎn)生局部空隙，且存在局部聚集現(xiàn)象。整體而言，當(dāng)m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，填料和樹(shù)脂相容性較好，呈現(xiàn)均勻分布特征，具有良好的力學(xué)性能，這與表1的測(cè)試結(jié)果相吻合。

2.2 固化劑和增韌劑

圖2為增韌劑PPG含量對(duì)膠粘劑拉伸強(qiáng)度的影響，固化劑為6610和D2238。

由圖2可知，隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的拉伸強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增后減特征。當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，取得拉伸強(qiáng)度最大值，分別為25.4、23.2 MPa。此外，當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于6%時(shí)，相同PPG含量時(shí)固化劑為6610的膠粘劑的拉伸強(qiáng)度要高于固化劑為D2238的膠粘劑；當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6%及以上時(shí)，相同PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)固化劑為6610的膠粘劑的拉伸強(qiáng)度要低于固化劑為D2238的膠粘劑。

圖3為增韌劑PPG含量對(duì)膠粘劑沖擊強(qiáng)度的影響，固化劑為6610和D2238。

由圖3可知，隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的沖擊強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增而后趨于穩(wěn)定的特征。當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6%及以上時(shí)，膠粘劑的沖擊強(qiáng)度變化幅度較小。在PPG含量相同條件下，相同PPG含量時(shí)固化劑為6610的膠粘劑的沖擊強(qiáng)度要高于固化劑為D2238的膠粘劑。

圖4為增韌劑PPG含量對(duì)膠粘劑拉剪強(qiáng)度的影響，固化劑為6610和D2238。

由圖4可知，隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的拉剪強(qiáng)度都表現(xiàn)為逐漸減小特征。當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6%及以下時(shí)，相同PPG含量時(shí)固化劑為6610的膠粘劑的拉剪強(qiáng)度要高于固化劑為D2238的膠粘劑；當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8%及以上時(shí)，相同PPG含量時(shí)固化劑為6610的膠粘劑的拉剪強(qiáng)度要低于固化劑為D2238的膠粘劑。

圖5為增韌劑PPG含量對(duì)膠粘劑壓剪強(qiáng)度的影響，固化劑為6610和D2238。

由圖5可知，隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的壓剪強(qiáng)度都表現(xiàn)逐漸減小的特征。在增韌劑PPG含量相同條件下，相同PPG含量時(shí)固化劑為6610的膠粘劑的壓剪強(qiáng)度要高于固化劑為D2238的膠粘劑，且當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至8%及以上時(shí)，膠粘劑的壓剪強(qiáng)度較低，已無(wú)法滿足使用需求［15-17］。

2.3 工程造價(jià)對(duì)交通建設(shè)的影響與應(yīng)用

從上述的試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著m（816）∶m（862）從5∶1降至1∶5，膠粘劑的表觀從軟逐漸過(guò)渡為較軟、焦脆、脆至很脆，破壞形式從粘附破壞轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)聚破壞，當(dāng)m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)表干時(shí)間為33 min，表干時(shí)間最短。

隨著環(huán)氧樹(shù)脂m（816）∶m（862）比例從5∶1降低至1∶5，膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度先增加后減小，在m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，取得膠粘劑試樣拉剪強(qiáng)度最大值、壓剪強(qiáng)度最大值。在相同m（816）∶m（862）時(shí)，膠粘劑試樣的壓剪強(qiáng)度都高于拉剪強(qiáng)度。整體而言，當(dāng)m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，膠粘劑的表干時(shí)間較短、拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度最大，破壞形式為內(nèi)聚破壞，為適宜的m（816）∶m（862）配比。

從固化劑和增韌劑對(duì)膠粘劑拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度的影響規(guī)律分析，隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的拉伸強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增后減特征，沖擊強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增而后趨于穩(wěn)定的特征，當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)取得拉伸強(qiáng)度最大值，當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6%及以上時(shí)，膠粘劑的沖擊強(qiáng)度變化幅度較小。隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度都表現(xiàn)為逐漸減小特征。當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6%及以下時(shí)，相同PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)固化劑為6610的膠粘劑的拉剪強(qiáng)度要高于固化劑為D2238的膠粘劑。

基于工程造價(jià)對(duì)公路建設(shè)過(guò)程用膠的影響，交通建設(shè)的設(shè)計(jì)、膠粘劑制備成本考慮，質(zhì)量及性價(jià)比至關(guān)重要，正確用膠的選擇不僅需要較快的表干時(shí)間以加快施工進(jìn)度［18］，又需要膠粘劑具有良好的力學(xué)性能，如拉伸性能、沖擊性能、拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度［19-20］，綜合上述因素，適宜的PPG含量為4%，適宜的環(huán)氧樹(shù)脂m（816）∶m（862）配比為1∶1，固化劑適宜選擇脂肪胺類6610，此時(shí)膠粘劑具有良好的綜合性能，破壞形式為內(nèi)聚破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著m（816）∶m（862）從5∶1降至1∶5，膠粘劑的表觀從軟逐漸過(guò)渡為較軟、焦脆、脆至很脆，破壞形式從粘附破壞轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)聚破壞。當(dāng)m（816）∶m（862）為2∶1～1∶5時(shí)，破壞形式為內(nèi)聚破壞。當(dāng)m（816）∶m（862）為1∶1時(shí)，膠粘劑的表干時(shí)間較短、拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度最大，破壞形式為內(nèi)聚破壞，其為適宜的m（816）∶m（862）配比;

（2）隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的拉伸強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增后減特征，當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)取得拉伸強(qiáng)度最大值，分別為25.4、23.2 MPa。隨PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的沖擊強(qiáng)度都表現(xiàn)為先增而后趨于穩(wěn)定的特征，當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6%及以上時(shí)，膠粘劑的沖擊強(qiáng)度變化幅度較小;

（3）隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的拉剪強(qiáng)度都表現(xiàn)為逐漸減小特征。當(dāng)PPG質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6%及以下時(shí)，相同PPG含量時(shí)固化劑為6610的膠粘劑的拉剪強(qiáng)度要高于固化劑為D2238的膠粘劑。隨著PPG含量增加，當(dāng)固化劑為6610和D2238時(shí)膠粘劑的壓剪強(qiáng)度都表現(xiàn)逐漸減小的特征。

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收稿日期：2023-10-11；修回日期：2024-01-10

作者簡(jiǎn)介：劉浩忠（1974-），男，高級(jí)工程師，研究方向：建筑材料及交通造價(jià)管理等;E-mail：liuhzhizdg4@sina.com。

引文格式：劉浩忠.公路用膠粘劑制備與工程造價(jià)應(yīng)用研究［J］.粘接，2024，51（3）：31-34.