水下環(huán)境用膠黏劑力學(xué)性能影響研究

張海雷

（山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

交通運(yùn)輸是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通量隨之增大，這就要求提高服役橋梁的承載力和安全性；另一方面，地震、泥石流等各種自然災(zāi)害及橋梁服役環(huán)境的復(fù)雜性等因素都對(duì)橋梁加固維修技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。

環(huán)氧樹(shù)脂（EP）通過(guò)與相應(yīng)的胺類發(fā)生固化反應(yīng)，而形成一種固化物，該固化物性能穩(wěn)定，且具有良好的黏結(jié)性能、耐腐蝕性和耐久性，從而使其在構(gòu)筑物的加固補(bǔ)強(qiáng)中普遍應(yīng)用[1-2]。橋梁服役環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜多為潮濕或水下環(huán)境，所以要求環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠要有適用不同環(huán)境的能力。一方面要求環(huán)氧固化物在空氣環(huán)境中有較高的強(qiáng)度，另一方面要求其適用于以橋墩、基礎(chǔ)等水下環(huán)境的使用[3-4]。

環(huán)氧類膠黏劑配方主要包括：黏結(jié)材料、胺類固化劑、活性促進(jìn)劑，稀釋劑和固體填料。而固體填料的主要作用是提高固化物的黏結(jié)強(qiáng)度和耐候性，并能有效降低固化物的收縮，降低配方的總成本[5]。

目前對(duì)環(huán)氧類膠黏劑的研究主要是考慮其在空氣中固化情況，對(duì)通過(guò)改變無(wú)機(jī)填料因素考察其在水下環(huán)境固化力學(xué)性能的研究較少。本文考察硅微粉、高嶺土、膨潤(rùn)土、碳酸鈣、水泥和粉煤灰作為膠黏劑A組分的主要填料，在空氣固化和在水下固化的黏接強(qiáng)度，分析各種填料膠黏劑固化物的力學(xué)性能，在水下固化的強(qiáng)度損失，并初步分析了水下強(qiáng)度損失的影響因素及填料密度對(duì)固化物力學(xué)性能的影響。從而對(duì)不同種類無(wú)機(jī)填料作為膠黏劑主要固體填料的性能研究提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器

藍(lán)星化工新材料股份有限公司生產(chǎn)的E51環(huán)氧樹(shù)脂（工業(yè)級(jí)）；河南鄭州市金石耐材有限公司生產(chǎn)的400目硅微粉；工業(yè)級(jí)高嶺土、膨潤(rùn)土、滑石粉、碳酸鈣、水泥、粉煤灰為太原市永翔順商貿(mào)有限公司購(gòu)置；南京五金有限公司加工的100 mm×25 mm×1.8 mm型C45號(hào)鋼片。

上?；|試驗(yàn)儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)養(yǎng)護(hù)箱；秦皇島億利化工機(jī)械有限公司生產(chǎn)的FS-0.4分散機(jī)；美特斯工業(yè)系統(tǒng)有限公司（中國(guó)）生產(chǎn)的CMT4304萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；常熟市天量?jī)x器有限責(zé)任公司購(gòu)置的電子天平。

1.2 結(jié)構(gòu)膠的配方組成

A組分中環(huán)氧樹(shù)脂、各種固體填料等改性劑均按配方配比混合，分散機(jī)800轉(zhuǎn)每分鐘分散攪拌半小時(shí)；B組分加入A組分后，立即真空攪拌脫泡直至顏色均勻一致。

1.3 試樣制備及測(cè)試

按照《膠黏劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定（剛性材料對(duì)剛性材料）》GB/T 7124—2008要求制備拉伸剪切試件?？諝庵泄袒睦旒羟性嚰?，試件按照要求養(yǎng)護(hù)后，立即測(cè)試，鋼片表面光亮并無(wú)鐵銹；對(duì)于水下固化的拉伸剪切試件，各組分在5℃的保溫箱中降溫至少半小時(shí)，并保證溫度一致后，立即混合A/B組分，鋼片完全在水下完成黏接和養(yǎng)護(hù)全過(guò)程，養(yǎng)護(hù)后的鋼片表面無(wú)光澤且銹蝕十分嚴(yán)重。

2 結(jié)果與分析

各不同固體填料的膠黏劑固化物力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同填料膠黏劑力學(xué)性能

對(duì)表1的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析如下：

填料為硅微粉的膠黏劑固化物強(qiáng)度在空氣中固化的情況下，強(qiáng)度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，占標(biāo)準(zhǔn)值的97.27%，已經(jīng)很接近標(biāo)準(zhǔn)值，而固化物的水下強(qiáng)度12.81 MPa，為所有填料膠黏劑的固化物中，水下固化強(qiáng)度最高的配方，且水下強(qiáng)度損失為最小，水下強(qiáng)度損失僅為12.20%，強(qiáng)度損失遠(yuǎn)低于其他固體填料膠黏劑的固化物。說(shuō)明硅微粉做填料的膠黏劑，在水下固化十分有利，而空氣中固化的固化物力學(xué)性能也十分接近標(biāo)準(zhǔn)值。

填料為高嶺土的膠黏劑固化物空氣中黏接強(qiáng)度為11.51 MPa，與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度比值為76.76%，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，且水下強(qiáng)度較小，僅為4.74 MPa，強(qiáng)度損失較大，達(dá)到58.81%，不適合水下使用。因?yàn)楦邘X土做填料的膠黏劑固化物空氣中強(qiáng)度未達(dá)標(biāo)，且水下強(qiáng)度損失較大，所以高嶺土做固體填料不適合此配方，尤其不適合在水下使用。

膨潤(rùn)土做填料的膠黏劑固化物空氣中強(qiáng)度僅為3.32 MPa，僅占標(biāo)準(zhǔn)值的22.13%，是所有固體填料膠黏劑固化物中，空氣中固化強(qiáng)度最低的配方，且水下固化物的強(qiáng)度僅為1.42 MPa，也是所有固體填料膠黏劑固化物中水下固化強(qiáng)度最低的配方，且水下強(qiáng)度損失為57.23%，強(qiáng)度損失較高。所以膨潤(rùn)土不適合做此配方下的膠黏劑的固體填料。

滑石粉做填料的膠黏劑固化物空氣中黏接強(qiáng)度為15.05 MPa，與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的比值為100.33%，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，水下固化物的黏接強(qiáng)度為7.36 MPa，水下強(qiáng)度損失為51.10%，強(qiáng)度損失較大。說(shuō)明滑石粉適合做空氣中使用的膠黏劑固體填料，而在水下使用時(shí)，固化物的強(qiáng)度損失較大，不適合做水下使用的膠黏劑固體填料。

碳酸鈣做填料的膠黏劑固化物空氣中黏接強(qiáng)度為15.53 MPa，與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的比值為103.53%，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且較大幅度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值要求，而水下固化物的黏接強(qiáng)度為7.27 MPa，水下強(qiáng)度損失為53.19%，強(qiáng)度損失較大。說(shuō)明碳酸鈣適合做空氣中使用的膠黏劑固體填料，而在水下使用時(shí)，固化物的強(qiáng)度損失較大，不適合做水下使用的膠黏劑固體填料。

水泥做填料的膠黏劑固化物空氣中黏接強(qiáng)度為15.83 MPa，與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的比值為105.53%，為此配方下所有填料膠黏劑固化物中空氣中固化強(qiáng)度最高，而水下固化物的黏接強(qiáng)度僅為2.87 MPa，水下強(qiáng)度損失高達(dá)81.87%，強(qiáng)度損失最大。說(shuō)明水泥非常適合做空氣中使用的膠黏劑固體填料，而在水下使用時(shí)，固化物的強(qiáng)度損失非常大，不適合做水下使用的膠黏劑固體填料。

粉煤灰做填料的膠黏劑固化物空氣中黏接強(qiáng)度為13.67 MPa，與標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的比值為91.13%，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而水下固化物的黏接強(qiáng)度為5.98 MPa，水下強(qiáng)度損失為56.25%，強(qiáng)度損失較大。說(shuō)明粉煤灰不適合做此配方膠黏劑的固體填料。

高嶺土、膨潤(rùn)土和粉煤灰的相對(duì)密度較小，而其作為填料的膠黏劑固化物固化強(qiáng)度相對(duì)較低，由于此配方是以質(zhì)量計(jì)量，所以三者的相對(duì)體積較大，所以密度小可能是導(dǎo)致此配方膠黏劑固化物固化強(qiáng)度較低的原因。水泥作為填料的膠黏劑固化物水下強(qiáng)度損失最大的原因可能是因?yàn)樗嘣谒屡c水發(fā)生水化反應(yīng)導(dǎo)致。

3 結(jié)語(yǔ)

a）膠黏劑此配方情況下，硅微粉作為EP膠黏劑的填料，水下固化物固化強(qiáng)度最高，非常適合用于水下加固使用；水泥、碳酸鈣和滑石粉作為EP膠黏劑的固體填料，適合用于空氣中加固使用；而高嶺土、膨潤(rùn)土和粉煤灰不適合作為此配方膠黏劑的固體填料。

b）下一步計(jì)劃對(duì)不同比例無(wú)機(jī)填料混配，以體積計(jì)量膠黏劑配方等因素，系統(tǒng)考察不同填料對(duì)EP膠黏劑固化力學(xué)性能的影響。