建筑結構膠抗沖擊剝離性能研究

吳健濤，陳炳耀，姚榮茂，全文高，冼麗屏

（1. 廣東阜和實業有限公司 廣東 中山 528325）

（2. 廣東三和化工科技有限公司 廣東 中山 528429）

關鍵字：建筑結構膠；抗沖擊剝離；環氧樹脂；固化劑與增韌劑。

0 引言

改性環氧樹脂類建筑結構膠綜合性能穩定、施工工藝簡潔高效，憑借優異的機械粘接性能一直獨霸建筑膠粘劑市場。近年來，國家層面連續出臺的《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》和GB50367《混凝土結構加固設計規范》都一致對建筑結構膠性能指標提出了嚴格的要求，房屋驗收中重點檢查建材結構膠施工后的抗沖擊剝離性，以此判定建筑的牢固情況。試驗過程圍繞結構膠抗沖擊剝離性能，研究環氧樹脂類建筑結構膠樹脂、填料以及固化劑等型號、用量的選擇，總結出提升建筑結構膠綜合性能方法。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與設備

原料：液體環氧樹脂，山東德源環氧科技有限公司；增韌劑（KH-07A）、改性胺固化劑（CP-05G），大連凱華新技術工程有限公司；石英粉等無機粉末填料，遼寧海城越芳礦產粉體制造有限公司；環氧活性稀釋劑（LS-692），湖北綠色家園材料技術股份有限公司；氣相白炭黑（BET=150m2/g），卡博特（中國）投資有限公司。

儀器：BSA2201 電子分析天平，南京萊步科技實業有限公司；LE5105 電子萬能試驗機，力試（上海）科學儀器有限公司；FLZ200 真空脫泡分散機，江陰鑫隆化工機械有限公司；SG-5A超級恒溫水箱，常州恒隆儀器有限公司。

1.2 樣品制備

首先按照工藝量逐一投入液體環氧樹脂，增韌劑、消泡劑和環氧活性稀釋劑，開啟分散設備攪拌均勻；然后根據結構膠定位分別投入石英粉、氣相白炭黑等填料，高速攪拌25min 左右制得結構膠的A 組分；最后，將硅烷偶聯劑和改性胺固化劑按照配方量比例加一起，充分攪拌均勻后制出結構膠的B 組分。

1.3 性能測試

建筑結構膠的粘接與膠體性能，按照GB50367-2013《混凝土結構加固設計規范》方法測試，測試項目包含結構膠的拉伸、粘接、彎曲和壓縮等性能；

建筑結構膠的抗沖擊剝離與加速濕熱老化性能，參照GB 50550-2010《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》標準檢測，通過T 形沖擊剝離試樣測試，判斷樣品韌性優劣。

2 結果與討論

2.1 環氧樹脂的影響

環氧樹脂建筑結構膠的主要成分有環氧樹脂及其復合體系、增韌劑、固化劑、填料等原料配置而成，其中環氧樹脂比例高達30%~50%，其種類或用量對結構膠最終性能的影響非同小覷。為了驗證環氧樹脂不同種類和配比對建筑結構膠沖擊剝離性能的影響，本試驗研究過程中在其余成分不變情況下，分別選用了E-51、E-44、雙酚F 環氧等3 種環氧及其混合物制備出7 個試樣，并進行沖擊剝離性能檢測，結果如表1 所示。

表1 環氧樹脂種類對沖擊剝離性能的影響

由表1 數據可以看出，環氧樹脂品種選用對建筑結構膠的沖擊剝離性能具有直接性的影響。試驗發現，E-44 環氧樹脂機械粘接性能最好（E-51 次之），所制備的膠體收縮率低，無論是單獨或混合使用均能到達A 級膠的標準；F（830）環氧樹脂性能最差，不宜單獨使用。實際生產中除了工藝性能還要結合成本方面考慮，E-44 環氧樹脂雖然粘接性能最好，但是原料價格比較高。結合上述表1 試驗數據，筆者建議以E-51 和E-44 搭配使用性價比更高，搭配值以=4:1 為宜。

2.2 填料的影響

建筑結構膠填料不僅僅是降低結構膠生產成本需要，而且賦予了結構膠某些特殊性能滿足消費者各項要求，所以填料的種類、填料添加量等都會影響到建筑結構膠的沖擊剝離強度。本次試驗以石英粉為填料，在在其余原材料型號與配比不變的情況下，通過增減石英粉的用量考查建筑結構膠沖擊剝離強度的變化過程，試驗數據詳見表2。

表2 填料添加量對沖擊剝離強度的影響

由表2 數據可以看出，建筑結構膠膠粘劑體系中不加補強填料，所制的結構膠沖擊剝離性能是不合格的。填料的加入可以降低膠體的收縮率、提高機械強度等性能，最終提高建筑結構膠的沖擊剝離強度。但硬質填料用量不斷增加的同時，結構膠的剛度和彈性模量會也會持續增加，結構膠的沖擊剝離強度在填料量超過60%后逐漸下降。為兼顧結構膠的生產成本以及粘接、沖擊剝離等性能，筆者建議建筑結構膠膠粘劑需加入50%~60%石英粉填料為宜。

2.3 增韌劑的影響

從試驗可知，建筑結構膠生產體系必須加入填料才能達到良好的沖擊剝離性能。為此，以下試驗均在加有填料的基礎上進行研制比較。環氧樹脂建筑結構膠雖然粘結性能優異，但受環氧樹脂自身局限性的影響，膠條固化后經常出現彈性低、柔韌性差等力學質量問題，急需在生產體系同引進增韌劑提高膠條柔韌性，達到提高承載強度、增強延長率的目的。表3 數據表示，增韌劑不同用量對建筑結構膠沖擊剝離強度的影響。

表3 增韌劑添加量對沖擊剝離強度的影響

由表3 數據可以看出，未添加增韌劑的建筑結構膠剝離長度95mm（剝離性能不合格），只要加進少量的增韌劑就明顯減少近50%，這說明結構膠體系中加入增韌劑可以顯著的提高膠的沖擊剝離性能。但增韌劑也不是越多越好，過量的增加增韌劑會對結構膠體系的內聚強度造成影響。綜上考慮，為了研制出最好的沖擊剝離性能結構膠，添加25%~30%的增韌劑最佳。

2.4 固化劑的影響

環氧樹脂建筑結構膠受環氧樹脂性能的影響，決定固化劑成分在膠粘劑體系中的重要性。固化劑作為影響結構膠沖擊剝離性能最重要的決定因素，只要選擇適當的品種和用量，才能達到提高結構膠沖擊剝離強度意義。為了進一步驗證不同品種固化劑對結構膠沖擊剝離性能的影響，試驗中分別選用了7 種不同的固化體系，研究不同固化種類單獨使用或搭配使用對結構膠沖擊剝離性能的影響，結果見表4。

表4 固化劑種類對沖擊剝離強度的影響

由表4 數據可以看出，建筑結構膠B 組分中固化劑單一品種使用時，環氧化合物加成多元胺固化劑所制結構膠比其他固化劑體系制膠的沖擊剝離性能都要好，邁克爾加成多元胺固化劑所制結構膠沖擊剝離性能稍差些，而曼尼期堿固化劑所制結構膠沖擊剝離性能不合格。這是因為環氧化合物加成多元胺固化劑在生產體系中通過與環氧樹脂等化合物反應后，生產韌性較好的長鏈狀分子結構。此外，如果不同固化劑體系復配使用時，明顯的彌補了曼尼期堿沖擊剝離性能不足的缺陷，增長補斷協調效果十分顯著。綜合考慮，本試驗優選多種固化劑體系復配使用，所制備建筑結構膠不僅沖擊剝離性能超過A 級，而且濕熱老化性也表現十分優異，有效的克服了潮濕環境下施工和固化難題。

3 結語

（1） 建筑結構膠加入無機填料可以明顯提高抗沖擊剝離強度，但超額度的填料用量又會造成結構膠粘接能力下降，影響到建筑結構膠的沖擊剝離性能，將填料量控制在50%~60%之間為宜。

（2） 增韌劑對提高建筑結構膠的沖擊剝離強度是非常有效的，不同用量所制結構膠性能差異非常明顯。但增韌劑也不是越多越好，經試驗發現25%~30%的增韌劑用量可研制出最好的沖擊剝離性能結構膠。

（3） 固化劑種類的選擇對結構膠的沖擊剝離性能起到關鍵作用，不同固化劑體系間復配使用具有良好的協同效果。試驗中，曼尼期堿固化劑單獨使用時剝離性能不達標，但復配邁克爾加成多元胺一起使用的話，顯著的提升了結構膠的沖擊剝離強度。