摘要：為提升管材的使用壽命，降低成本，使用環(huán)氧樹(shù)脂作為基礎(chǔ)材料混合二氧化硅等材料制備出修復(fù)用粘結(jié)劑，以破損的FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道開(kāi)展粘接試驗(yàn)，分析不同二氧化硅用量下環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度與粘接強(qiáng)度，測(cè)試該粘結(jié)劑的耐腐蝕性能與耐水性能，最終確定不同破損面積下的粘結(jié)劑用量。試驗(yàn)結(jié)果表明，二氧化硅用量為65%時(shí)，該粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度與粘接強(qiáng)度最佳。經(jīng)腐蝕液體浸泡后，該粘結(jié)劑仍舊具有良好粘接強(qiáng)度，耐腐蝕性能良好。經(jīng)水體浸泡后，剪切強(qiáng)度變化較小，說(shuō)明該粘結(jié)劑能夠耐水浸泡。即使在較大面積破損上使用該粘結(jié)劑，施膠量也較小，能夠節(jié)省管道的修復(fù)成本。

關(guān)鍵詞：粘結(jié)劑；FRP/PVC復(fù)合管；雨污分流管道；應(yīng)用性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ433.4+37文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）02-0016-04

Research on the durability of FRP/PVC composite rain and sewage diversion pipe repaired by adhesives

WANG Na

（Yantai Survey and Design Review Service Center Co.，Ltd.，Yantai 264000，Shandong China）

Abstract：To extend the service life of pipes and reduce costs，epoxy resin was used as the base material and mixed with materials such as silica to prepare a repair adhesive.Bonding tests were carried out on damaged FRP/PVC com-positerain and sewage diversion pipes.The tensile strength and bonding strength of the epoxy resin adhesive under different silica dosages were analyzed，and the corrosion-resistance and water-resistance of the adhesive were test-ed.Finally，the dosage of the adhesive for different damaged areas was determined.The test results showed that when the dosage of silica was 65%，the tensile strength and bonding strength of the adhesive were optimal.After be-ing immersed in the corrosive liquid，the adhesive still had good bonding strength and excellent corrosion-resis-tance.After being soaked in water，the change in shear strength was small，indicating that the adhesive can resist water immersion.Even when the adhesive was used on a large-area damaged pipe，the amount of adhesive applied was small，which can save the cost of pipe repair.

Key words：adhesive；FRP/PVC composite pipe；rain and sewage diversion pipe；application performance

FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道是一種創(chuàng)新型的管道系統(tǒng)，這種管道設(shè)計(jì)旨在有效地進(jìn)行雨水和污水的分流管理，以滿足現(xiàn)代城市排水系統(tǒng)的需求。FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道廣泛應(yīng)用于城市排水系統(tǒng)、工業(yè)園區(qū)、住宅小區(qū)、農(nóng)田灌溉等領(lǐng)域。FRP/PVC復(fù)合管道在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，受到陽(yáng)光、氧氣、水分等因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。老化的管道強(qiáng)度和耐腐蝕性降低，容易受到外力或內(nèi)部壓力的作用而破損；另一方面管道受到外部壓力，如地基沉降、車(chē)輛碾壓、重物撞擊等，可能導(dǎo)致管道破裂或變形?；诖耍芯窟x擇環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑修復(fù)FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道，并且通過(guò)試驗(yàn)分析該粘結(jié)劑的修復(fù)效果。

1材料與方法

1.1材料與儀器設(shè)備

（1）材料。環(huán)氧樹(shù)脂基料（湖北隆盛四海新材料有限公司），淡黃色透明，耐高溫且防腐具有極高耐候性；端羧基液體丁晴橡膠（雞澤縣松翔化工有限公司），密度為5.1 g/cm3，黏度51 cps；三苯基膦（分析純，山東旭晨化工科技有限公司），催化劑；二氧化硅（西安沐森生物工程有限公司），白色粉末，表觀密度90 g/L，pH值6.5；稀釋劑（山東拜恩新材料有限公司），密度1.19 g/mL，閃點(diǎn)212℃，沸點(diǎn)196～225℃;硅烷偶聯(lián)劑（昆山升恒化學(xué)材料有限公司），閃點(diǎn)100℃，分解溫度25℃，密度1.08 g/cm3；固化劑（南京新義合成科技有限公司），沸點(diǎn)116℃，閃點(diǎn)41℃;乙酸乙酯（常州同享化工有限公司），清洗去油；丙酮（濟(jì)南澤寬化工有限公司），熔點(diǎn)-42.8℃，密度0.939 g/cm3；玻璃纖維布（甘肅安邁節(jié)能科技集團(tuán)有限公司），導(dǎo)熱系數(shù)0.03 W/（m·K），抗壓強(qiáng)度67 MPa；輕質(zhì)碳酸鈣（河北鵬宇生物科技有限公司），pH值7～10，含水量0.1%，含沙量0.001%；

（2）儀器設(shè)備。JJ1磁力攪拌機(jī)（河北慧采科技有限公司），功率40 W，40 mm磁條長(zhǎng)度，環(huán)境溫度5～40℃;XUE032烘干箱（鹽城市嘉柯電熱科技有限公司），溫度0～500℃，熱風(fēng)循環(huán)；WDW-20H萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（山東華啟儀器有限公司），讀數(shù)精準(zhǔn)度0.001，試驗(yàn)力20 000 N，功率0.2 W，拉伸速度0.01～300 mm/min。

1.2 FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道試件制備

選擇質(zhì)量與規(guī)格均較高的PVC原料與FRP原料混合，制備出符合使用標(biāo)準(zhǔn)的FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道。FRP是纖維增強(qiáng)塑料，制備管材過(guò)程中需要把該纖維均勻鋪在模具之內(nèi)，使用樹(shù)脂浸潤(rùn)這些纖維，待樹(shù)脂完全固化以后，獲得FRP纖維增強(qiáng)塑料層。使用加熱設(shè)備把PVC原料加熱軟化后，均勻倒在FRP纖維增強(qiáng)塑料層上，結(jié)合壓制設(shè)備將軟化后的PVC材料壓制成型，獲得PVC內(nèi)襯。把完成制備的FRP/PVC復(fù)合雨污分流管材從模具中脫出，切割打磨備用。

研究粘結(jié)劑對(duì)于FRP/PVC復(fù)合雨污分流管材的修復(fù)效果，需要使用腐蝕溶液結(jié)合外力處理該管材，獲得能夠?qū)崿F(xiàn)修復(fù)試驗(yàn)的管材。

1.3修復(fù)用粘結(jié)劑的制備

環(huán)氧樹(shù)脂具有較為可觀的機(jī)械性能與界面粘接性，能夠滿足FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道的修復(fù)需求。因此，研究制備環(huán)氧樹(shù)脂修復(fù)用粘結(jié)劑，以便實(shí)現(xiàn)FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道修復(fù)。

（1）預(yù)處理。使用量杯衡量環(huán)氧樹(shù)脂基料的用量，為了把基料中的水分完全去除，把燒杯中的環(huán)氧樹(shù)脂置于烘干箱（設(shè)定為100℃）中處理1 h。完成脫水后，烘箱溫度設(shè)定為50℃，繼續(xù)在烘箱中保溫環(huán)氧樹(shù)脂2 h；

（2）制備預(yù)聚體。取一部分脫水后（80份數(shù)）的環(huán)氧樹(shù)脂與三苯基膦（1份數(shù)）和端羧基液體丁晴橡膠（20份數(shù)）混合，用磁力攪拌機(jī)攪拌0.5 h。充分混合后置于溫度為120℃的烘箱中干燥處理2 h。為實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂改性，向混合物之中添加二氧化硅粒子（用量根據(jù)試驗(yàn)分析需求調(diào)整），使用磁力攪拌機(jī)攪拌1 h，混合均勻后已經(jīng)具備一定黏度，經(jīng)過(guò)攪拌后，二氧化硅能夠在混合物之中均勻分布。使用60℃烘箱對(duì)混合物烘干處理0.5 h；

（3）粘結(jié)劑制備。把預(yù)聚體與稀釋劑混合，磁力攪拌機(jī)攪拌0.5 h，確?；旌虾?，再將硅烷偶聯(lián)劑與固化劑倒入混合物之中，繼續(xù)使用磁力攪拌機(jī)攪拌0.5 h，待攪拌完成后，獲得FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道修復(fù)用的粘結(jié)劑。

1.4粘結(jié)劑修復(fù)步驟及時(shí)間

（1）確定修復(fù)位置。使用制備的粘結(jié)劑修復(fù)FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道之前，需要先明確FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道上待修復(fù)的位置。使用顯色法把管道上肉眼不能看出的裂紋識(shí)別出來(lái)。在管道破損位置及周?chē)可厦河停绻嬖诹鸭y，煤油就會(huì)迅速下滲，使用棉布擦拭管道表面，發(fā)生煤油下滲的位置就是破損位置；

（2）管道表面處理。使用去離子水和棉布先初步清除管道表面的塵土等污漬，利用紗布打磨管道破損區(qū)域，待破損周?chē)牟牧贤耆只蠓謩e使用乙酸乙酯和丙酮沖洗材料，完成沖洗后再使用去離子水去除這2種物質(zhì)，使用棉布擦拭管道材料，保持試件干燥；

（3）管道修復(fù)。取一塊大小較為均勻的玻璃纖維布，使用硅烷偶聯(lián)劑處理后包覆在管道上較大的破洞位置，該玻璃纖維布具有較強(qiáng)的表面活性。在所制備的環(huán)氧樹(shù)脂中加入輕質(zhì)碳酸鈣，使得粘結(jié)劑轉(zhuǎn)變成乳白色膩?zhàn)訝钫辰Y(jié)劑，把該粘結(jié)劑均勻涂在管道上陡坎區(qū)域和玻璃纖維布以及玻璃纖維布與管道接觸的邊界位置。每涂粘結(jié)劑纏繞一層玻璃纖維網(wǎng)布，一共包裹三層玻璃纖維布，涂覆三層所制備的環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑。完成涂覆修復(fù)以后，在室溫環(huán)境中靜置固化1 d。

1.5修復(fù)性能測(cè)試

（1）拉伸強(qiáng)度測(cè)試。使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試修補(bǔ)后管道的拉伸強(qiáng)度，測(cè)試區(qū)域主要集中在管道上被修補(bǔ)的區(qū)域。試驗(yàn)過(guò)程中以GB/T 2567—2008為參考標(biāo)準(zhǔn)。使用式（1）計(jì)算粘結(jié)劑修復(fù)區(qū)域的拉伸強(qiáng)度σ：

式中：F表示粘結(jié)劑出現(xiàn)拉伸失效時(shí)的極限拉伸力；w與h分別表示試驗(yàn)材料的寬度和高度。

該試驗(yàn)調(diào)整二氧化硅的用量（0%、2%、4%、6%、8%、10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)），測(cè)試不同二氧化硅使用量對(duì)于所制備的修復(fù)用粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度。

（2）粘接強(qiáng)度分析。繼續(xù)使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試不同二氧化硅含量下，所制備的粘結(jié)劑黏度與粘接強(qiáng)度的變化，分析過(guò)程中分別以GB/T 2794—1995和QB/T 2568—2002標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，分析粘結(jié)劑的粘接性能。

（3）耐腐蝕性測(cè)試。試驗(yàn)分析調(diào)整用量對(duì)于粘結(jié)劑各項(xiàng)強(qiáng)度影響。由于所使用的管道用于雨污分流，經(jīng)常接觸腐蝕性液體，因此需要測(cè)試所制備的粘結(jié)劑，在腐蝕液體下的耐腐蝕性能變化。將所制備的粘結(jié)劑修復(fù)后的管道材料置于濃鹽酸液體中，分別腐蝕1、3、7、14、21、28 d，使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試經(jīng)過(guò)不同時(shí)長(zhǎng)腐蝕后，粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度與粘接強(qiáng)度變化情況。

（4）耐水浸泡性能測(cè)試。制備的粘結(jié)劑修復(fù)FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道以后要長(zhǎng)期受到水體浸泡，因此要求粘接具有較強(qiáng)耐水性。將制備粘結(jié)劑修復(fù)后的管材浸泡在去離子水中，測(cè)試不同浸泡時(shí)長(zhǎng)下，粘結(jié)劑剪切強(qiáng)度變化情況。測(cè)試過(guò)程中以GB/T 2567—2088為參考標(biāo)準(zhǔn)，剪切強(qiáng)度?計(jì)算如式（2）：

式中：ξ表示粘結(jié)劑最大拉伸力。

（5）施膠量測(cè)試。由于建筑施工領(lǐng)域中，F(xiàn)RP/PVC復(fù)合雨污分流管道使用量較大，所以粘結(jié)劑的使用成本也是修復(fù)過(guò)程中需要考慮的方面。使用尺子測(cè)量管道不同破損面積下的粘結(jié)劑施膠量。

2結(jié)果與分析

2.1拉伸強(qiáng)度測(cè)試

不同二氧化硅摻量下，粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度與彈性模量變化情況如圖1所示。

由圖1可知，粘結(jié)劑中二氧化硅的用量和所制備粘結(jié)劑拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)出正比例關(guān)系，大量摻加二氧化硅能夠提高粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度與彈性模量。當(dāng)二氧化硅的用量超過(guò)6%以后，粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度與彈性模量明顯降低。由此可以看出，二氧化硅的用量為6%時(shí)，能夠有效提升粘結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度。

2.2粘接強(qiáng)度測(cè)試

分別記錄不同二氧化硅用量下，制備初期、固化24 h、固化72 h后，粘結(jié)劑的粘接強(qiáng)度變化，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，粘接時(shí)間越長(zhǎng)，制備的粘結(jié)劑粘接強(qiáng)度越大，說(shuō)明即使經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間使用，所制備的粘結(jié)劑仍舊具有良好的粘接強(qiáng)度，使用壽命較長(zhǎng)。同時(shí)二氧化硅作為粘結(jié)劑中的填料，隨著用料增加，粘結(jié)劑的粘接強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的上升變化趨勢(shì)。但是二氧化硅用量為6%以后，各個(gè)時(shí)間段的粘結(jié)劑粘接強(qiáng)度上升趨勢(shì)減緩，數(shù)值變化較小，由此可以判斷，粘結(jié)劑中，二氧化硅用量為6%時(shí)，該粘結(jié)劑的粘接強(qiáng)度較理想。

2.3耐腐蝕測(cè)試

經(jīng)過(guò)不同腐蝕性液體處理后，粘結(jié)劑拉伸強(qiáng)度與粘接強(qiáng)度變化情況如圖2所示。

由圖2可知，酸性液體腐蝕最初的2周，所制備的粘結(jié)劑拉伸強(qiáng)度與粘接強(qiáng)度均出現(xiàn)明顯降低，說(shuō)明受到腐蝕液體影響，粘結(jié)劑的強(qiáng)度受到嚴(yán)重破壞。但是浸泡2周以上，粘結(jié)劑的各個(gè)強(qiáng)度降低趨勢(shì)逐漸和緩，沒(méi)有再出現(xiàn)較為嚴(yán)重的降低變化趨勢(shì)。說(shuō)明制備的粘結(jié)劑能夠承受長(zhǎng)時(shí)間腐蝕液體浸泡，使用壽命較長(zhǎng)。

2.4耐水性能測(cè)試

粘結(jié)劑經(jīng)過(guò)去離子水長(zhǎng)時(shí)間浸泡后，剪切強(qiáng)度變化情況如圖3所示。

由圖3可知，所制備的粘結(jié)劑受到水體浸泡，剪切強(qiáng)度出現(xiàn)緩慢降低的變化趨勢(shì)，且這種降低趨勢(shì)在浸泡之初較為明顯，但是浸泡時(shí)間增加，這種變化趨勢(shì)逐漸平緩，浸泡21 d以后，粘結(jié)劑的剪切強(qiáng)度幾乎不再發(fā)生變化。由此可以分析，粘結(jié)劑剛接觸水體浸泡時(shí)，發(fā)生反應(yīng)，剪切強(qiáng)度出現(xiàn)小范圍降低；但是浸泡一段時(shí)間后，粘結(jié)劑逐漸適應(yīng)這種環(huán)境，自身粘接性能充分發(fā)揮，因此剪切強(qiáng)度不會(huì)再發(fā)生下降變化。

2.5施膠量測(cè)試

測(cè)量FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道不同破損面積下，使用所制備的粘結(jié)劑用量，測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，管道上的破損面積增加會(huì)導(dǎo)致施膠量上升，但是粘結(jié)劑的增加量變化較小，說(shuō)明即使管道表面發(fā)生大面積破損，修復(fù)用粘結(jié)劑的用量仍舊較少，極大程度降低修復(fù)管道的成本。

3結(jié)語(yǔ)

使用環(huán)氧樹(shù)脂修復(fù)FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道，并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試修復(fù)后各項(xiàng)性能變化。研究結(jié)果顯示，通過(guò)使用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑，可以有效地將受損的管道部分與新的材料粘接在一起，恢復(fù)管道的完整性和功能性，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所選用的膠粘劑具有較高的粘接強(qiáng)度和耐久性，能夠承受管道運(yùn)行過(guò)程中的各種應(yīng)力和環(huán)境條件，耐腐蝕性與耐水性均較高，同時(shí)施膠量較少，能夠適應(yīng)FRP/PVC復(fù)合雨污分流管道應(yīng)用環(huán)境。

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（責(zé)任編輯：蘇幔，平海）