張 渺

（武漢城市建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430010）

在建筑工程施工過程中，經(jīng)常會(huì)用到膠粘劑。其中，環(huán)氧樹脂膠粘劑是常用類型。這種膠粘劑由固化劑和環(huán)氧樹脂組成，具有較高的改性和固化性能，且抗壓、抗彎強(qiáng)度高。在環(huán)氧樹脂膠粘劑中，環(huán)氧樹脂分子內(nèi)含有大量活性很高的環(huán)氧基，可以與多元胺類化合物、酸酐等不同的化合物發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而獲得理想的綜合性能。目前，環(huán)氧樹脂固化物所制備的膠粘劑已經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括航空航天、生物醫(yī)學(xué)、建筑等。

1 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工粘接與環(huán)氧樹脂膠粘劑

與混凝土結(jié)構(gòu)相比較，鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕，抗震性能好，資源回收價(jià)值高等特點(diǎn)，被稱為可重復(fù)利用型與環(huán)保型綠色建筑，因此具備十分明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，近年來的應(yīng)用日益廣泛。

在具體的施工過程中，針對鋼結(jié)構(gòu)的連接方式，可以采用的方式有很多。以往在連接施工中，應(yīng)用較多的方法為焊接連接或者螺栓連接。其中，螺栓連接工藝流程簡單，操作效率較高，但在施工過程中需要按照連接需要開孔，容易引發(fā)一定的力學(xué)問題，導(dǎo)致應(yīng)力分布不均，影響后期的連接牢固效果。焊接加固施工具有良好的便捷性以及可靠性，往往是鋼結(jié)構(gòu)加固中最傳統(tǒng)、最直接的選擇。焊接加固即在結(jié)構(gòu)受損部位焊接金屬蓋板或型鋼，對鋼結(jié)構(gòu)起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。焊接加固應(yīng)用時(shí)間長，技術(shù)成熟度高，但存在焊接后材料性能變差，受操作人員影響程度高的風(fēng)險(xiǎn)。

近年來，各種類型的結(jié)構(gòu)膠在建筑行業(yè)中得到了越來越多的應(yīng)用，膠接這種工藝也開始被越來越多地應(yīng)用到各種施工過程之中。在這一工藝中，需要用到一定的建筑結(jié)構(gòu)膠，環(huán)氧樹脂膠粘劑便是其中應(yīng)用較多的一種類型。膠粘連接方式可以有效減少所使用構(gòu)件的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)自重的下降。同時(shí)，也可以對不同材質(zhì)、不同形狀、不同壁厚等差別比較大的構(gòu)件進(jìn)行緊密的連接。采用膠粘連接的方式，不會(huì)削弱結(jié)構(gòu)或者使結(jié)構(gòu)發(fā)生翹曲變形，不影響材料的材質(zhì)。另外，應(yīng)用膠粘連接工藝，還可以對施工工藝予以簡化，降低對加工精度的要求，同時(shí)也可以避免焊接的各種后處理工作。在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘接處理的時(shí)候，可以采用工廠粘接的方式。這一方式需要耗費(fèi)較多的時(shí)間，所產(chǎn)生的施工成本較高，會(huì)給施工單位帶來較大的經(jīng)濟(jì)壓力。近年來，很多國家和地區(qū)在粘接特種鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，都會(huì)采用現(xiàn)場粘接的方式。采用這一方式可以有效提高施工效率，降低施工成本，因此具備更好的施工應(yīng)用價(jià)值。鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工粘接過程中，具體的流程是在鋼結(jié)構(gòu)表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼加固鋼板，使之粘接形成整體，共同承載，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固能力。

2 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工粘接的環(huán)氧樹脂膠粘劑配置

2.1 原材料

環(huán)氧樹脂是指同個(gè)分子結(jié)構(gòu)包含2個(gè)及2個(gè)以上環(huán)氧基，通過固定條件以及化學(xué)試劑可獲取三維交聯(lián)狀固化物的物質(zhì)。環(huán)氧樹脂屬于熱固性樹脂，可呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，包括固態(tài)和液態(tài)以及黏稠態(tài)。為了更好的滿足實(shí)際施工的需求，鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工粘接過程中所使用的環(huán)氧樹脂膠粘劑應(yīng)當(dāng)具備良好的綜合性性能，以更好的應(yīng)對施工現(xiàn)場復(fù)雜、多變的環(huán)境條件，以及不同類型機(jī)器設(shè)備的復(fù)雜情況。為了使環(huán)氧樹脂膠粘劑可以具備上述理想性能，還需要對其進(jìn)行必要的改性處理。在本研究中，在進(jìn)行改性處理的時(shí)候，選擇使用一定的固化劑。相應(yīng)的固化劑可以適應(yīng)十分廣泛的外界溫度范圍條件，有利于提高環(huán)氧樹脂膠粘劑的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。在研究過程中，所使用的的原材料包括：雙酚A環(huán)氧樹脂、QS增韌劑（黃色透明液體，海島結(jié)構(gòu)，強(qiáng)力增韌，不開裂，與環(huán)氧樹脂和酸酐互溶）1.0～1.10）、硅灰石填料、自制固化劑。

2.2 環(huán)氧樹脂膠粘劑配置

取適量的QS增韌劑與雙酚A環(huán)氧樹脂，對二者進(jìn)行混合處理。在二者達(dá)到理想的混勻效果之后，按照一定的比例，向二者中添加適量的硅灰石填料，以及本次試驗(yàn)自制固化劑。對上述各種成分進(jìn)行混合，使其達(dá)到理想的混勻狀態(tài)。

2.3 試樣的制作

為滿足試驗(yàn)需求，需要對試驗(yàn)需要的樣品進(jìn)行制備。在具體的制備過程中，需要對試樣進(jìn)行一定的處理，使其具備試驗(yàn)所需的膠接強(qiáng)度。按照試驗(yàn)的需要，制備的步驟主要準(zhǔn)備相關(guān)材料、處理試樣的膠接表面、膠接工以及固化等。在此次研究中，在制作試樣的時(shí)候，首先取適當(dāng)大小的鋼試樣，對其表面進(jìn)行必要的處理。通過吹砂處理，借助高速砂流的沖擊作用，對鋼試樣的表面進(jìn)行粗化處理。處理完畢后，取適量所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑，均勻的涂抹在鋼試樣的粘接處。涂薄膠層，對鋼試樣進(jìn)行合攏后，適當(dāng)加壓促使環(huán)氧樹脂膠粘劑固化。壓力條件控制為0～4 MPa，并將鋼試樣置于常溫或者加熱條件下進(jìn)行固化處理。

2.4 試樣力學(xué)性能的測試

在完成對試驗(yàn)中試樣的制備之后，對其進(jìn)行一定的測試，檢測其力學(xué)性能。在測試過程中，參照GB/T 7122標(biāo)準(zhǔn)中的剝離強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度則按照GB 7124標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2.5 QS增韌劑和聚硫橡膠增韌處理下的膠粘劑剝離強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度測試結(jié)果比較

環(huán)氧樹脂膠粘劑是由環(huán)氧樹脂、增韌劑、促進(jìn)劑、稀釋劑、填充劑、偶聯(lián)劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑等組成的液態(tài)或固態(tài)膠粘劑。膠粘涉及到濕潤和粘附以及固化等多個(gè)不同的步驟，并涉及到一定的物理變化和化學(xué)反應(yīng)。通過一定的步驟和反應(yīng)，可以生成三維交聯(lián)結(jié)果的固化物。在實(shí)際施工過程中，針對環(huán)氧樹脂膠粘劑，可以使用不同的材料進(jìn)行改性處理，以達(dá)到不同的增韌效果，更好的滿足日常施工的需求。以往在進(jìn)行處理的過程中，聚硫橡膠的應(yīng)用較多。應(yīng)用聚硫橡膠對環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行增韌處理，在膠粘劑固化之前，會(huì)產(chǎn)生較為明顯的刺激性氣味，給工作人員帶來一定的不便，也影響到外界環(huán)境條件。同時(shí)，在貯存的過程中，也容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。在本文的研究過程中，選擇使用QS增韌劑對環(huán)氧樹脂實(shí)施增韌處理，其無異味、貯存穩(wěn)定、韌性良好。同時(shí)，QS增韌劑與環(huán)氧樹脂之間還存在良好的互溶性，在處理過程中，QS增韌劑可以對環(huán)氧樹脂產(chǎn)生一定的稀釋作用，可以促使膠粘劑在不同的條件下保持合適的黏度，以更好的滿足現(xiàn)場施工對不同黏度的實(shí)際需求。為了更為直觀的掌握QS增韌劑和聚硫橡膠增韌處理下的膠粘劑具體性能，在此次研究中，借助一定的儀器進(jìn)行了測試，測試的指標(biāo)包括膠粘劑剝離強(qiáng)度與的剪切強(qiáng)度。具體的測試結(jié)果如表1所示。

表1 QS增韌劑和聚硫橡膠增韌處理下膠粘劑剝離強(qiáng)度與的剪切強(qiáng)度測試結(jié)果比較Tab.1 Comparison of test results of adhesive peeling strength and shear strength under QS toughening agentand polysulfide rubber toughening treatment

通過對表1中的測試結(jié)果進(jìn)行分析和比較可知，與應(yīng)用聚硫橡膠進(jìn)行增韌處理產(chǎn)生的效果進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，在選擇使用QS增韌劑對環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行一定的增韌處理之后，相應(yīng)的膠粘劑剪切強(qiáng)度以及剝離強(qiáng)度十分理想。對相應(yīng)的強(qiáng)度進(jìn)行綜合分析和比較，與聚硫橡膠改性膠粘劑進(jìn)行比較，存在十分明顯的優(yōu)勢。結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在不同的改性處理過程中，如果選擇使用QS增韌劑進(jìn)行改性處理，所獲得的環(huán)氧樹脂膠粘劑具備十分理想的綜合性能。

2.6 不同QS增韌劑用量條件下膠粘劑的剝離強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度測試結(jié)果比較

環(huán)氧膠粘劑的粘接力較大，粘接強(qiáng)度高，在各種施工活動(dòng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。但在對各種鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施膠粘或者加固處理的時(shí)候，所使用的膠粘劑還需要具備較好的綜合性能，包括良好的韌性、抗剝離性等。為了滿足上述實(shí)際需求，在此次試驗(yàn)中，選擇在環(huán)氧樹脂體系中添加適量的增韌劑，以有效促使環(huán)氧樹脂膠粘劑粘接強(qiáng)度的大幅度上升，以及疲勞強(qiáng)度大幅度提高。另外，也有利于提高膠粘劑的低溫抗開裂能力，以及抗冷熱沖擊能力。在對其進(jìn)行增韌處理的過程中，可以按照實(shí)際需求，添加不同份數(shù)的增韌劑。不同的QS增韌劑用量條件下，所獲得的膠粘劑在剝離強(qiáng)度以及剪切強(qiáng)度方面也會(huì)存在一定的差異。此次研究中，對實(shí)驗(yàn)所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑的剝離強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度進(jìn)行了測試，具體的測試結(jié)果如表2所示。

表2 不同QS增韌劑用量條件下膠粘劑的剝離強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度測試結(jié)果比較Tab.2 Comparison of test results of adhesivepeel strength and shear strength under different QS toughening agent dosage

在測試過程中，固化過程反應(yīng)的時(shí)間為30 min，溫度條件設(shè)定為80 ℃。對表2中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果實(shí)施綜合性的分析可以發(fā)現(xiàn)，通過不斷增加所添加QS增韌劑的分量，對應(yīng)的環(huán)氧樹脂膠粘劑性能也會(huì)隨之出現(xiàn)一定的改變，并體現(xiàn)在剝離強(qiáng)度不斷提高方面。其中，使用18和25份QS增韌劑用量的情況下，對應(yīng)的環(huán)氧樹脂膠粘劑剪切強(qiáng)度最為理想。因此，在使用QS增韌劑作為環(huán)氧樹脂膠粘劑增韌劑的時(shí)候，可以將其實(shí)際使用用量控制在18～25份內(nèi)，以確保所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑具有優(yōu)良的膠接剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度，更好的滿足實(shí)際施工的需求。

2.7 不同溫度條件下膠粘劑的凝膠時(shí)間與固化時(shí)間、剪切強(qiáng)度比較

在鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場施工過程中，外界環(huán)境條件會(huì)對膠粘劑的應(yīng)用效果產(chǎn)生十分顯著的影響。因此，在對膠粘劑相關(guān)性能進(jìn)行研究的時(shí)候，還需要充分考慮到外界環(huán)境情況，尤其是溫度條件的影響效果。實(shí)際施工中，環(huán)境溫度往往會(huì)處于不斷發(fā)展變化的狀態(tài)之中，溫度波動(dòng)范圍較大。根據(jù)這一情況，在試驗(yàn)相關(guān)溫度范圍內(nèi)，本次研究所設(shè)定的溫度范圍為常溫至80 ℃。在研究中，還對不同溫度條件下膠粘劑的凝膠時(shí)間與固化時(shí)間、剪切強(qiáng)度進(jìn)行了測試。其中，通過測試不同溫度條件下測試膠粘劑的凝膠時(shí)間，可以對其固化工藝予以明確。凝膠時(shí)間的測試過程中，選擇使用手動(dòng)攪拌拉絲法，如圖1所示。具體的環(huán)氧樹脂膠粘劑凝膠時(shí)間為兩組分混合反應(yīng)直至出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象所用時(shí)間。試驗(yàn)中設(shè)置不同的溫度條件，分別為20、60、70、80 ℃。

圖1 凝膠試驗(yàn)過程（從左至右分別為：液態(tài)→拉絲狀態(tài)→凝膠階段）Fig.1 Gel test process (from left to right: liquid brushed state gel stage)

在環(huán)氧樹脂的固化過程中，一共分為3個(gè)階段，分別是液態(tài)階段和凝膠階段以及固化階段。以不同的固化工藝條件為標(biāo)準(zhǔn)，測試所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑的粘接性能，具體測試所得結(jié)果如表3所示。

表3 不同溫度條件下膠粘劑的凝膠時(shí)間與固化時(shí)間、剪切強(qiáng)度比較Tab.3 Comparison of gel time，curing time and shear strength of adhesive at different temperatures

結(jié)合表3中的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析可以了解到，本次研究中所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑具有廣泛的固化工藝。同時(shí)，在在不同的固化工藝條件下，均具備穩(wěn)定的膠接強(qiáng)度。結(jié)合測試結(jié)果可知，本次研究中所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑具備良好的實(shí)際應(yīng)用性能。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，施工現(xiàn)場對膠粘劑的具體要求會(huì)受到現(xiàn)場所使用的各種機(jī)器設(shè)備和生產(chǎn)效率等實(shí)際條件的影響。為確保施工效果，還需要結(jié)合施工需求應(yīng)用適宜的固化工藝參數(shù)。同時(shí)也可以確保在現(xiàn)場施工溫度波動(dòng)較大的條件下，依然保持良好的工藝狀態(tài)，獲得最佳的施工膠接效果。

2.8 不同環(huán)境下膠粘劑的耐老化性能比較

環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中存在穩(wěn)定的苯環(huán)，醚鏈且固化后結(jié)構(gòu)致密，這決定了環(huán)氧膠粘劑對大氣、潮濕、化學(xué)介質(zhì)、細(xì)菌等的作用有很強(qiáng)的抵抗力，因此非常適合在建筑工程中使用。在各種高分子材料的實(shí)際應(yīng)用過程中，多種外界環(huán)境因素會(huì)對其產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其出現(xiàn)不同程度的老化現(xiàn)象，影響其使用壽命。在鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工粘接過程中，在使用環(huán)氧樹脂膠粘劑的時(shí)候，所面臨的環(huán)境條件十分復(fù)雜，極易出現(xiàn)老化現(xiàn)象。為了解本次研究中所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑的耐老化性能，在研究中，設(shè)置了若干種典型的環(huán)境條件，將研究中所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑置于相應(yīng)的環(huán)境條件下，一個(gè)月后，觀察相應(yīng)的膠接性能，以評估此次研究配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑的耐老化性能。具體的測試結(jié)果如表4所示。

表4 不同環(huán)境下膠粘劑的耐老化性能比較Tab.4 Comparison of aging resistance of adhesives in different environments

由表4可知，研究中所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑具備良好的耐老化性能。將其置于航空潤滑油浸泡環(huán)境下，基本上不會(huì)影響到其性能。將其置于海水或者濕度較大的環(huán)境中，也可以獲得較為理想的性能檢測結(jié)果，測試所得剪切強(qiáng)度結(jié)果顯示，該指標(biāo)未出現(xiàn)明顯的下降。由此可知，研究中所配置的環(huán)氧樹脂膠粘劑具備優(yōu)良的海水浸泡性能和耐濕熱老化性能。

3 結(jié)語

總之，環(huán)氧樹脂膠粘劑作為一種新型的化工材料，在建筑領(lǐng)域日益發(fā)揮重要的作用。從建筑的加固維修、公路道路的修補(bǔ)，到橋梁、廠房的梁柱缺損補(bǔ)強(qiáng)、柱子接長、懸臂梁粘接、水泥樁頭接長等都有環(huán)氧樹脂膠粘劑的使用，其優(yōu)異的性能與應(yīng)用改變了傳統(tǒng)施工的方法。在剛鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工過程中，也可以選擇使用環(huán)氧樹脂膠粘劑，以達(dá)到高效施工的目的，獲得更好的施工效果。