賴永安

(杭州固安科技有限公司，浙江 杭州 310011)

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建筑結(jié)構(gòu)加固膠快速耐老化性能研究

賴永安

(杭州固安科技有限公司，浙江 杭州 310011)

摘要：建筑膠粘劑的耐濕熱老化性能備受關(guān)注，今研究環(huán)氧樹脂固化劑以及各種助劑對建筑膠粘劑的快速耐濕熱老化的性能影響，并通過選用合理的固化劑進(jìn)行復(fù)配的方法，達(dá)到了國家規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

關(guān)鍵詞：建筑膠粘劑；耐濕熱老化；環(huán)氧樹脂；固化劑及助劑

老建筑物隨著時間的流逝而致其功能性的缺失。功能性的改變等因素導(dǎo)致不能滿足現(xiàn)代的需要。若推倒重建會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，同時也浪費(fèi)資源、污染環(huán)境。通過排查的辦法，可以對部分建筑物進(jìn)行建筑加固改造，以便滿足現(xiàn)代的需求。這種辦法既綠色環(huán)保、節(jié)能減排，也經(jīng)濟(jì)，所以建筑加固改造舊建筑物是大勢所趨，也是可行的必由之路。建筑加固勢必用到建筑加固材料，尤其是建筑加固的膠粘劑，建筑膠粘劑的好壞直接影響到加固的效果。根據(jù)目前的《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50367—2013)》的規(guī)定，結(jié)構(gòu)性的建筑加固不能采用不飽和樹脂以及醇酸樹脂等，主要是使用環(huán)氧樹脂，同時規(guī)定使用環(huán)氧樹脂加固時，不能使用乙二胺做固化劑[1]。建筑加固物的耐久性直接涉及到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)的安全，所以，有必要對環(huán)氧樹脂加固材料的耐久性進(jìn)行考察。

由于環(huán)氧樹脂固化物交聯(lián)密度大、存在內(nèi)應(yīng)力、脆性大等缺陷；因此，需要進(jìn)行改性才能滿足建筑加固的需要。本文主要是對環(huán)氧樹脂改性所用到的助劑以及固化劑進(jìn)行考察，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50367—2013)》以及《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50550—2010)》的規(guī)定，結(jié)構(gòu)加固的膠粘劑必須通過耐濕熱老化試驗(yàn)，因此，本文主要是考察建筑加固用膠的耐濕熱老化性能。

1原材料及儀器

1.1原材料

原材料等級見表1。

表1　原材料等級

1.2試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器及產(chǎn)地見表2。

表2　試驗(yàn)儀器及產(chǎn)地

2實(shí)驗(yàn)方法

依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50550—2010)》，每一種配方粘結(jié)10對金屬剪切試片，在室溫的條件下固化，取5對試片做空白實(shí)驗(yàn)，余下的5對試片，放入到恒溫水箱中，加溫到80 ℃，保持7 d，然后自然降溫到常溫，立即測試剪切強(qiáng)度[2]。

3試驗(yàn)分析

3.1增韌劑對快速耐濕熱老化性能的影響

雙酚A環(huán)氧樹脂固化物是一種脆性材料，如果不加增韌劑進(jìn)行改性，在合適的固化劑固化的前提下鋼-鋼剪切、鋼-鋼抗拉、抗壓縮、耐濕熱老化等強(qiáng)度達(dá)到A級膠是沒問題的。然而，關(guān)鍵在于其他的一些與韌性相關(guān)的性能指標(biāo)是達(dá)不到A級膠的標(biāo)準(zhǔn)，甚至很難達(dá)到B級膠的標(biāo)準(zhǔn)，如膠體的拉伸強(qiáng)度、伸長率和抗彎強(qiáng)度以及鋼-鋼不均勻扯離強(qiáng)度等。于是，要全面達(dá)到A級膠的標(biāo)準(zhǔn)勢必要對膠體進(jìn)行增韌改性，可是引入增韌劑后，會導(dǎo)致雙酚A環(huán)氧樹脂的固化物的交聯(lián)密度降低，從而降低了膠體的耐濕熱老化性能。具體見圖1。

圖中固化劑采用改性胺和脂環(huán)胺復(fù)配，增韌劑用量為樹脂質(zhì)量的10%。圖1　增韌劑對耐濕熱老化性能的影響

固化物在恒溫80 ℃的水中浸泡7 d后，從圖1可以看出，聚酯為非活性增韌劑，由于部分水解，所以下降的幅度最大。聚硫橡膠、端環(huán)氧基聚氨酯醚、端基多活性增韌劑是活性增韌劑，參與環(huán)氧的反應(yīng)下降的幅度較小，耐濕熱效果較好，但聚硫橡膠由于黏度大，氣味比較大，造成施工的工藝性能不是很好。

3.2偶聯(lián)劑對快速耐濕熱老化性能的影響

偶聯(lián)劑在整個膠體中占的比例相對比較小，一般不超出樹脂量的1%，但對提高耐濕熱老化性能的效果是明顯的，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

在加端環(huán)氧基聚氨酯醚增韌劑的基礎(chǔ)上加入樹脂量1%的偶聯(lián)劑。圖2　偶聯(lián)劑對耐濕熱老化性能的影響

通過使用硅烷偶聯(lián)劑，可在無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的界面之間架起“分子橋”，把兩種性質(zhì)完全不同的材料連接在一起，這樣不但有效地改善了界面層的膠接強(qiáng)度，而且提高了耐水性和耐溫性，對改善快速耐濕熱老化性能有很大的幫助。

3.3氣象白炭黑對快速耐濕熱老化性能的影響

為提高膠體施工的工藝性和常溫儲存的穩(wěn)定性，按常規(guī)會加入一定量的氣象白炭黑來提高膠體的觸變性能以及防止儲存過程中出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象等。白炭黑有沉淀法和氣象法，沉淀法相對來說顆粒較大，對提高施工工藝性和儲存穩(wěn)定性效果不是很理想，所以，選用氣象法白炭黑進(jìn)行試驗(yàn)，氣象白炭黑主要有親水型和疏水型兩大類，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

氣象白炭黑加入量為樹脂量的4%。圖3　氣象白炭黑對耐濕熱老化性能的影響

親水型白炭黑強(qiáng)度下降的幅度大于疏水型的白炭黑，估計(jì)是由于存在親水的基團(tuán)，在80 ℃的水浴中，有可能少量破壞膠體性能所導(dǎo)致的。另外，造成下降的幅度比較大，可能與分散方式和分散程度有關(guān)。

3.4固化劑對快速耐濕熱老化性能的影響

環(huán)氧樹脂的固化劑琳瑯滿目，種類繁多，按固化溫度分類有低溫、中溫、高溫等種類固化劑；按固化機(jī)理分為加成型和催化型。加成型固化劑主要有脂肪胺類、芳香族類、脂肪環(huán)類、改性胺類、酸酐類、低分子聚酰胺類和潛伏性胺；催化型固化劑主要有三級胺類和咪唑類。能夠滿足建筑加固施工工藝、常溫固化的固化劑主要有脂肪胺類、芳香族類、脂肪環(huán)類、改性胺類和低分子聚酰胺類。本文選用5種常用的環(huán)氧樹脂固化劑，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

1)主劑為含10%端環(huán)氧基聚氨酯醚增韌劑的雙酚A型環(huán)氧樹脂；2)固化劑為圖中的單一的5種固化劑；3)每100g環(huán)氧樹脂固化劑的用量=環(huán)氧值×固化劑的活潑氫。圖4　單一固化劑對耐濕熱老化性能的影響

脂肪胺固化劑粘度低、毒性小、常溫能固化環(huán)氧樹脂，柔韌性好，但耐溫性能不理想；芳香胺活性低，耐熱性能好，固化速度慢，但常溫下固化不完全；脂環(huán)胺粘度低，固化速度適中，耐熱耐水性能好，但常溫下固化不完全；聚酰胺具有與環(huán)氧樹脂配合比例較寬，常溫使用時間長，固化物韌性好，但耐溫耐水解的性能差；改性胺一般為基礎(chǔ)胺和有機(jī)低分子加加成或縮聚而成胺類固化劑，它能改進(jìn)和環(huán)氧樹脂固化物部分性能，但隨氣溫的變化不一定能夠滿足不同季節(jié)的施工要求。因此，為滿足建筑加固的施工工藝的要求，同時滿足耐濕熱老化，需要對固化劑進(jìn)行改性復(fù)配，具體見圖5。

聚酰胺固化劑由于分子結(jié)構(gòu)所決定存在先天性的不足，耐溫性和耐水性差，本試驗(yàn)沒復(fù)配；芳香胺、脂環(huán)胺耐熱性能好，對提高耐濕熱老化性能有很大的幫助，脂肪胺和改性胺耐濕熱老化性能一般，通過合理的復(fù)配能夠使得環(huán)氧樹脂在同一溫度下不同的固化速度滿足施工工藝的要求，同時滿足耐濕熱老化性能的要求。

圖5　復(fù)配固化劑對耐濕熱老化性的影響

4結(jié)語

1)增韌劑會降低建筑膠粘劑的耐濕熱老化性能。

2)偶聯(lián)劑能夠提高建筑膠粘劑的耐老化性能。

3)氣象白炭黑會降低建筑膠粘劑的耐老化性能，但疏水型的氣象白炭黑對耐濕熱老化性能影響小于親水型的氣象白炭黑。

4)固化劑對建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的耐濕熱老化性能起到?jīng)Q定性的作用，聚酰胺耐濕熱老化性能差不宜做建筑結(jié)構(gòu)膠的固化劑，芳香胺和脂環(huán)胺能夠顯著提高建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的耐老化性能，脂肪胺、脂環(huán)胺、改性胺、芳香胺通過合理的復(fù)配能夠滿足快速耐濕熱老化性能。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]四川省建筑科學(xué)研究院.GB 50367—2013混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]四川省建筑科學(xué)研究院.GB 50550—2010建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

收稿日期：2015-12-28

作者簡介：賴永安(1971—)，男，浙江杭州人，工程師，主要從事建筑膠粘劑的研究及應(yīng)用。

中圖分類號：TU58+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-3707(2016)04-0059-03

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