建筑結構膠的耐濕熱老化性能研究

文/ 金衛民 常州市建筑科學研究院股份有限公司 江蘇常州 213000

建筑結構膠的耐濕熱老化性能研究

文/ 金衛民 常州市建筑科學研究院股份有限公司 江蘇常州 213000

耐濕熱老化性能作為建筑結構膠，特別是用于承重結構加固改造的粘鋼膠、植筋膠、碳纖維膠的重要性能，對膠粘劑的耐久性和使用壽命都有重要的影響。本文對建筑結構膠的耐濕熱老化性能進行了較為系統的研究，并采用自制的固化劑，較好地解決了國產建筑結構膠的耐濕熱老化性差的問題。

建筑結構膠；耐濕熱；老化性能研究

1、前言

建筑結構膠已廣泛應用于混凝土結構的加固、維修與改造方面。特別是近十年來，國內的建筑結構膠無論是品種，還是產銷量都呈快速發展的勢頭，但市售及工程應用的結構膠，良莠不齊，給工程質量和安全帶來極大的隱患。因此，對建筑結構膠的耐濕熱老化性能的研究具有重要的現實意義。

2、實驗部分

2.1 主要原料及設備

液體雙酚A型環氧樹脂，工業品；環氧樹脂增韌劑，工業品；無機填料，工業品；低分子聚酰胺類固化劑，工業品；改性脂肪胺類、脂環胺類、芳香胺類、CP-05等固化劑，自制；助劑，工業品；萬能材料試驗機；濕熱老化試驗箱。

2.2 配膠

將環氧樹脂、環氧樹脂增韌劑、無機填料和助劑充分混合均勻為甲組分，將各類固化劑(或其混合物)、無機填料和助劑充分混合均勻為乙組分。

2.3 耐濕熱老化性能測試

(1)將甲乙組分按一定的質量比混合均勻后，按GB/T7124-1986粘接拉伸剪切碳鋼試片后，在室溫下固化。

(2)將固化完全后的剪切試片做防銹處理(露出粘接部位)，放入濕熱老化試驗箱，在(50±2)℃，95%以上濕度的環境中進行老化試驗。

(3)按GB/T7124-1986測定老化后的試片常溫下的剪切強度，并與老化前的試片比較。

3、結果與討論——建筑結構膠的耐濕熱老化性能研究

3.1 固化劑的性能概述

環氧樹脂的固化劑種類很多，但適用于建筑結構膠的固化劑以胺類(一般是改性胺類)為主。由于固化劑的性能對膠粘劑的性能(例如粘接性能、膠本體性能、耐老化性能、耐溫性、耐介質性能、施工工藝性能等)起著決定作用，選擇不同的固化劑所配制的建筑結構膠性能也不盡相同。改性脂肪胺類固化劑粘度小，毒性低，能在常溫下固化環氧樹脂，固化物的韌性較好，但耐溫性不足；低分子聚酞胺與環氧樹脂配比范圍較寬，常溫適用期長，固化物收縮小、抗沖擊性好，但耐熱、耐溶劑性能差；芳香胺類固化劑適用期長，耐熱性良好，但一般需要加溫才能固化完全，由于一般是固體狀態，用做建筑結構膠時需改性變成液態后才能被使用；脂環胺類固化劑粘度低，揮發性小，耐熱性佳，但常溫固化不完全。

3.2 固化劑對濕熱老化性能的影響

分別以A、B、C、D代表所選用的固化劑，A為低分子聚酞胺；B為改性脂肪胺；C為芳香胺；D為脂環胺。用混合環氧樹脂與不同種類固化劑配合后，所得膠粘劑濕熱老化性能如下表1所示。

其中，增韌劑1和增韌劑2是聚合物多元醇類，增韌劑3是丁腈橡膠。加入增韌劑后，膠粘劑的耐濕熱老化性能均有所下降。由于增韌劑1的分子結構中含有不耐水解的酯基，所以在高溫高濕條件下，剪切強度下降幅度最大；增韌劑2中含有耐水解的醚鍵，在一定程度上改善了膠粘劑的耐濕熱性。在所選擇的三種增韌劑中，丁腈橡膠的耐濕熱性能最好，但是丁腈橡膠與環氧樹脂相容性差，所配制的膠粘劑易分層，造成施工工藝性能欠佳。

3.4 無機填料對濕熱老化性能的影響

建筑結構膠的種類較多，按用途可分為粘鋼膠、植筋膠、碳纖維膠等。粘鋼膠和植筋膠中均含有大量的無機填料，無機填料對膠粘劑的濕熱老化性能的影響不容忽視。無機填料的種類、粒徑大小、粒度分布、顆粒形狀都會影響到膠粘劑的耐濕熱性能。

表1 固化劑對濕熱老化性能的影響

由于分子結構本身的原因，低分子聚酞胺的耐濕熱老化存在“先天不足”，關于這一點，已有文獻詳細論述。為改善低分子聚酞胺的耐濕熱性能，本文采用了復配方法。從表1可以看出:聚酞胺分別與芳香胺和脂環胺復配后，耐濕熱性能有所改善，但并不理想，而與芳香胺和脂環胺同時復配后，耐濕熱性得到明顯提高，這可能是所謂“協同作用”的結果。改性脂肪胺單獨做固化劑時，濕熱老化性能一般，但與芳香胺或脂環胺復配后有大幅度提高，主要是因為芳香胺或脂環胺的加入而提高了膠粘劑的耐溫性。脂肪胺與芳香胺和脂環胺一起復配后，耐濕熱老化性能良好，但老化前的室溫剪切強度偏低，這進一步說明:1)芳香胺或脂環胺在室溫下固化不完全，而在老化條件的高溫環境下繼續固化；2)芳香胺和脂環胺復配后的固化劑具有優良的耐濕熱性。CP-05也是一種復配固化劑，其中含有自制的促進劑，使膠粘劑的耐濕和耐熱性同步加強，同時在室溫固化時亦有較高的粘接強度，能滿足國家標準的要求。

3.3 增韌劑對濕熱老化性能的影響

增韌劑不僅能改善環氧樹脂膠粘劑的脆性，有時還能提高膠粘劑的彈性模量。增韌劑的加入與否和增韌劑的種類都影響到膠粘劑的濕熱老化性能，以CP-05做固化劑，具體實驗結果見表2。

表 2 增韌荊對濕熱老化性能的影響

酸性填料的耐濕熱性能最差，原因可能是由于在高溫高濕的作用下，固化后的環氧樹脂在酸性環境中會慢慢降解。實驗表明，粒徑小的填料對提高膠粘劑的粘接剪切強度有利，因此在一定目數范圍內，細顆粒填料的耐濕熱性占明顯優勢。片狀結構的填料可能會增加膠粘劑固化后的內應力，所以其耐濕熱性能低于球形填料。

3.5 助劑對濕熱老化性能的影響

建筑結構膠的配方中一般會加入少量助劑，例如:加入觸變劑，增加膠粘劑的抗流掛性；加入固化促進劑，能加快膠粘劑的固化速度并能使膠粘劑固化更完全；加入偶聯劑，提高膠粘劑的粘接性等。實驗表明，助劑的加入對膠粘劑的濕熱老化性能幾乎沒有影響，加入合適的助劑不會影響膠粘劑的耐濕熱老化性能。

結論：

綜上所述，固化劑對建筑結構膠的耐濕熱老化性能有決定性的影響。低分子聚酰胺固化劑耐濕熱老化性最差，芳香胺和脂環胺復配能顯著提高建筑結構膠的耐濕熱老化性能。增韌劑的加入會降低建筑結構膠的耐濕熱老化性。宜選用中性、球形、粒度小的無機填料。加入合適的助劑不會影響建筑結構膠的耐濕熱老化性能。

[1]王文軍，李紅旭，張首文.建筑結構膠的耐濕熱老化性能研究[J].粘接，2006(1)：10-11.

[2]王德中.環氧樹脂生產與應用[M].北京:化學工業出版社，2001.198.