結(jié)構(gòu)加固用涂刷型粘鋼膠伸長率的影響因素研究

黃翠華，梅愛華，盤文堅，湯小平（.廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測中心有限公司，廣東 廣州 50440；.廣州建筑科學(xué)研究院有限公司，廣東 廣州 50440）

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結(jié)構(gòu)加固用涂刷型粘鋼膠伸長率的影響因素研究

黃翠華1，梅愛華2，盤文堅2，湯小平2
（1.廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測中心有限公司，廣東 廣州 510440；2.廣州建筑科學(xué)研究院有限公司，廣東 廣州 510440）

摘要：通過調(diào)整固化劑種類、增韌劑種類及用量、填料種類及用量、稀釋劑用量來研究各組分對結(jié)構(gòu)加固用涂刷型粘鋼膠的伸長率的影響。結(jié)果表明：聚酰胺類固化劑與環(huán)氧樹脂形成的膠體伸長率最大，其次是脂環(huán)胺，酚醛胺與環(huán)氧形成的膠體伸長率最?。辉谡充撃z體系中添加液體聚硫橡膠和奇士增韌劑能提高膠體伸長率；填料的加入使膠體的伸長率急劇下降；增加稀釋劑用量能提高膠體伸長率；養(yǎng)護(hù)21d的膠體伸長率小于養(yǎng)護(hù)7d的膠體伸長率。

關(guān)鍵詞：粘鋼膠；伸長率；加固膠

前言

GB 50728-2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了以混凝土為基材粘貼鋼材用結(jié)構(gòu)膠的基本性能鑒定標(biāo)準(zhǔn)，其中包括了膠體伸長率,Ⅰ類A級膠的伸長率應(yīng)不小于1.2%，Ⅰ類B級膠的伸長率應(yīng)不小于1.0%，Ⅱ類和Ⅲ類膠的伸長率應(yīng)不小于1.5%[1]。目前市場上涂刷型粘鋼膠的品種繁多，但伸長率合格的較少。當(dāng)膠兩側(cè)的材料因熱或者其它原因發(fā)生變形時，結(jié)構(gòu)膠可能受到拉伸作用力而需要產(chǎn)生相應(yīng)的伸長，若膠體伸長率小，不能產(chǎn)生相應(yīng)形變而發(fā)生破壞，將影響其加固作用。目前關(guān)于環(huán)氧膠黏劑的伸長率研究報道主要為無填料體系[2～4]和中高溫固化體系[5,6]，尚未見關(guān)于室溫固化的結(jié)構(gòu)加固用涂刷型粘鋼膠（含填料等助劑體系）伸長率的研究報道。導(dǎo)致粘鋼膠伸長率不合格的因素有很多，包括膠本身的質(zhì)量和檢測過程等。本文將通過調(diào)整粘鋼膠中各組份的種類及其含量研究組分對結(jié)構(gòu)加固用涂刷型粘鋼膠伸長率的影響，同時考察養(yǎng)護(hù)7d和養(yǎng)護(hù)21d時膠體伸長率的變化，為開發(fā)涂刷型粘鋼膠提供參考，也希望相關(guān)各方重視粘鋼膠的膠體性能。

1　實驗部分

1.1原料和儀器

環(huán)氧樹脂（6101，無錫樹脂廠）；脂環(huán)胺（金島奇士J002R）、聚酰胺5920、酚醛胺910；奇士增韌劑、端羥基丁腈橡膠、液體聚硫橡膠、鄰苯二甲酸二辛酯；692；硅微粉、石英粉。

微機控制電液伺服萬能試驗機、高速攪拌機。

1.2測試方法

膠體成型、養(yǎng)護(hù)及伸長率測試按照GB/T 2567-2008《樹脂澆鑄體性能試驗方法》進(jìn)行。

2　結(jié)果與討論

2.1固化劑類型

粘鋼膠需常溫固化，其常用固化劑有脂環(huán)胺、聚酰胺和酚醛胺[7]。分別采用脂環(huán)胺、聚酰胺和酚醛胺類固化劑按照廠家提供的用量與6101進(jìn)行固化反應(yīng)，測得膠體的伸長率如表1所示。

表1　不同固化劑與6101反應(yīng)所得膠體的伸長率Table 1　The elongation at break of the 6101 adhesive reacts with different curing agents

由上表可以看出，不同固化劑與6101固化反應(yīng)后，膠體伸長率由大到小依次為：聚酰胺＞脂環(huán)胺＞酚醛胺。脂環(huán)胺和酚醛胺分子中分別有飽和脂環(huán)或雜環(huán)、芳環(huán)，分子結(jié)構(gòu)柔性差，不容易蜷曲，因此伸長率較??；而聚酰胺分子中無環(huán)形結(jié)構(gòu)，全為直鏈，分子結(jié)構(gòu)柔性強，容易蜷曲，因此伸長率較大。由此可見在固化劑分子的兩個氨基之間引入適當(dāng)長度的柔性碳鏈將有利于提高膠體的伸長率。

固化劑用量也是影響伸長率的重要因素。固化劑用量越大，固化產(chǎn)物交聯(lián)度越高，分子結(jié)構(gòu)可變形量就越小，膠體伸長率越小。但是固化劑含量減少，固化產(chǎn)物將因交聯(lián)度小而導(dǎo)致拉伸強度、彎曲強度等性能下降。

2.2增韌劑類型及用量

粘鋼膠常用的增韌劑有：奇士增韌劑、端羥基（或羧基）丁腈橡膠、液體聚硫橡膠、鄰苯二甲酸二辛酯等。在其它成分和用量相同的條件下，在粘鋼膠配方中加入不同的增韌劑，所得膠體的伸長率如下表所示。

表2　不同增韌劑對粘鋼膠伸長率的影響Table 2　The effect of various toughening agents on the elongation at break of the adhesive for steel

由上表可以看出，添加以上增韌劑均能提高膠體的伸長率，液體聚硫橡膠的效果最佳，但液體聚硫橡膠較臭。其次是奇士增韌劑，液體丁腈橡膠和鄰苯二甲酸二辛酯對膠體伸長率的影響均較小，鄰苯二甲酸二辛酯是小分子化合物，分子中不含可以與膠中其它成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的官能團，長時間后易從膠體中滲出。

在一定范圍內(nèi)調(diào)整液體聚硫橡膠的用量后膠體的伸長率見圖1。由圖1可知，在聚硫橡膠用量為環(huán)氧樹脂的10%～30%范圍內(nèi)，膠體的伸長率隨著增韌劑用量的增加而升高；增韌劑量較少時，隨著增韌劑用量的增加，膠體伸長率升高較快，液體聚硫橡膠增加1倍，伸長率增加約45%；當(dāng)增韌劑用量較大時，膠體伸長率的增長速度變慢。

圖1　增韌劑用量對粘鋼膠伸長率的影響Fig.1　The effect of the amount of toughening agent on the elongation of adhesive for steel

2.3填料類型及用量

涂刷型粘鋼膠中加入較大量的填料既可以改善膠的施工性能，也可以降低成本。常用的填料有硅微粉、石英粉等。在其它成分和用量相同的條件下，在粘鋼膠配方中分別加入硅微粉和石英粉，所得膠體的伸長率如下表所示。

表3　不同填料對粘鋼膠伸長率的影響Table3　Theeffectoffillersontheelongationofadhesiveforsteel

由上表可以看出，硅微粉的影響相對較小。這是因為硅微粉的結(jié)構(gòu)跟石英粉不一樣導(dǎo)致的。

環(huán)氧樹脂6101和脂環(huán)胺固化劑反應(yīng)得到的膠體伸長率為2.5%（見表1序號1），在此體系中加入硅微粉，用量為膠體總質(zhì)量的47%，膠體伸長率降至0.4%，下降幅度達(dá)到84%。在伸長率合格范圍內(nèi)對填料的用量稍作調(diào)整測得膠體的伸長率見表4。

表4　不同填料用量對粘鋼膠伸長率的影響Table 4　The effect of amount of fillers on the elongation of adhesive for steel

由表4可知，填料用量減少2%，伸長率升高9%。由此可見填料對伸長率的影響非常大。伸長率顯著下降的原因是填料本身沒有粘結(jié)力，且不能參加交聯(lián)反應(yīng)，完全是孤立的存在于膠體中，將膠體的交聯(lián)網(wǎng)隔開甚至阻斷，因此單位體積內(nèi)，交聯(lián)的化學(xué)鍵減少，另外填料的表面粗糙，增大了分子鏈運動的阻力，阻礙交聯(lián)高分子的變形，從而使伸長率大幅降低。但是填料用量也不能太少，否則會影響粘鋼膠的可操作性，且生產(chǎn)成本升高。

2.4稀釋劑類型及用量

692（卞基縮水甘油醚）為環(huán)氧加固膠常用的活性稀釋劑，分子中含有環(huán)氧基，能與固化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將稀釋劑分子接入交聯(lián)高分子中，從而使其長時間也不會滲出。在其它成分和用量相同的條件下，在粘鋼膠配方中加入不同量的稀釋劑，所得膠體的伸長率如下圖所示。

圖2　稀釋劑用量對粘鋼膠伸長率的影響Fig.2　Effect of the amount of thinner on elongation of adhesive for steel

由圖2可知，稀釋劑用量較小時，隨著稀釋劑用量的增加，粘鋼膠的伸長率將增大，稀釋劑用量增加1倍，伸長率增加約60%。雖然添加稀釋劑能提高伸長率，但同時會降低拉伸強度和拉伸彈性模量等其它性能，因此應(yīng)根據(jù)膠體的綜合性能確定稀釋劑用量。

2.5齡期

膠體的養(yǎng)護(hù)齡期也對環(huán)氧類粘鋼膠伸長率產(chǎn)生影響，特別是21d以內(nèi)。同一配比的粘鋼膠養(yǎng)護(hù)7d和養(yǎng)護(hù)21d測得的伸長率如下表所示。

由上表可知，21d膠體伸長率均比7d膠體伸長率低。因為養(yǎng)護(hù)初期，固化反應(yīng)不完全，交聯(lián)度不高，此時高分子中的一些鏈段還能自由運動，隨著養(yǎng)護(hù)時間增長，固化反應(yīng)更加完全，交聯(lián)度增大，高分子中可以自由運動的鏈段變短，膠體伸長率變小。因此檢測膠體性能時應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的齡期進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和實驗。

表5　養(yǎng)護(hù)7d和21d粘鋼膠的伸長率Table 5　The elongation of adhesive for steel after 7days and 21days maintains respectively

3　結(jié)　論

固化劑、增韌劑、填料、稀釋劑以及齡期均對粘鋼膠的伸長率有影響。聚酰胺類固化劑形成的膠體伸長率最佳，其次是脂環(huán)胺類固化劑，酚醛胺類固化劑的伸長率較??；液體聚硫橡膠的增韌效果最顯著，其次是奇士增韌劑，端羥基丁腈橡膠和鄰苯二甲酸二辛酯的增韌效果均較小。固化劑、填料用量增加，膠體伸長率變小，填料對伸長率的影響顯著。增韌劑和稀釋劑用量增加，膠體伸長率將增大，增韌劑用量較大時，伸長率增加緩慢。21d膠體伸長率均小于7d膠體伸長率。因此在配置粘鋼膠時必須選擇恰當(dāng)?shù)慕M分并合理添加，不能為了降低成本而過量添加填料和稀釋劑。

粘鋼膠組分的變化使伸長率提高的同時，膠的其它性能也會跟著改變，因此在調(diào)整配方時，一定要全面考察膠的各項性能。

參考文獻(xiàn)：

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Study on the Influence Factors on Elongation of the Adhesive for Steel

HUANG Cui-hua1,MEI Ai-hua2,PAN Wen-jian2and TANG Xiao-ping2
（1.Guangzhou Testing Center of Construction Quality and Safety Co.Ltd.,Guangzhou 510440,China;2.Guagnzhou Institute of Building Science Co. Ltd.,Guangzhou 510440,China）

Abstract:The influences of curing agent type,toughening agent type and contents,filler type and contents and diluent contents on the elongation at break of the adhesive for steel were studied.The results showed that the epoxy resin colloid cured by polyamide had the maximum elongation,the secondly was by alicyclic amine and the elongation were minimum which was cured by phenolic aldehyde amine.Adding liquid polysulfide rubber and Qishi toughening agent in the adhesive for steel as well as increasing the dosage of diluent would improve the elongation of the colloid;however adding filler would severely reduce the elongation.The elongation of colloid maintained for 21 days was smaller than that for 7days.

Key words:Adhesive for steel;elongation;adhesive for structure strengthening

中圖分類號：TQ433.437

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-0017（2016）03-0186-03

收稿日期：2016-02-09

作者簡介：黃翠華(1974-)，女，湖南汨羅人，高級工程師，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)加固膠產(chǎn)品研發(fā)和建筑檢測研究。