高溫環境下建筑結構膠的性能研究

鄭全成 張啟志

摘要：高溫環境下，建筑結構膠的性能會發生一定的變化。為了安全起見，在高溫下使用建筑結構膠時必須對其進行性能檢測。文章通過實驗研究的方式，研究在不同溫度下兩種建筑結構膠的拉伸性能和拉伸剪強度。研究結果表明，高溫環境下建筑結構膠的性能會發生顯著變化;當溫度不斷升高時，建筑結構膠的拉伸強度、拉伸彈性模量和拉伸剪切強度都會隨之降低，拉伸蠕變和拉伸斷裂伸長率會隨之增加。

關鍵詞：高溫環境;建筑結構膠;性能

中圖分類號：TQ437+.1

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）06-0006-05

建筑結構膠因其具有良好的力學性能、耐久性能等，在建筑維修加固中有著廣泛的應用。國內外學者對粘接纖維復合材料用來加固混凝土構件的研究比較多[1-3]。也有學者單獨對建筑結構膠進行研究，研究其性能對粘接纖維復合材料的影響[4-6]。這些研究很多情況下是在常溫環境中或者是低溫環境中進行，沒有考慮到高溫情況下建筑結構膠的性能是否會發生變化。根據國家的相關規范要求在使用建筑結構膠用來加固結構時溫度不能超過60℃[7]。當常溫環境時，需要測試建筑結構膠的性能隨著溫度的變化，可知當在高溫環境下進行施工時，高溫必然會對建筑結構膠的性能造成一定的影響，所以對高溫環境下建筑結構膠的性能進行研究是非常有必要的。

1 實驗部分

1.1 實驗材料和設備

本文選擇了兩種類型的建筑結構膠，分別為建筑結構膠A和建筑結構膠B。實驗所需的儀器為高低溫萬能材料試驗機，該試驗機能夠根據不同溫度不同的要求實現自動轉換。

1.2 性能測試標準

性能測試標準見表1所示。

1.3 試驗方法

本實驗主要研究的是高溫環境下建筑結構膠的拉伸性能，所以使用的試樣如圖1所示，兩塊鋼板的尺寸為40mmx40mrux4mm，鋼板之間所使用的建筑結構膠厚度為1.5mm，所使用的鋼板是Q235鋼，其Ep= 2.08×10⁵MPa，fpy=235MPa。試樣的樣本制作好之后，為了能夠將其夾在試驗機上，在兩塊鋼板的中間焊接一節鋼筋，如圖1所示。讓后再將其夾在實驗機上進行實驗研究。將試驗機的加載速度設置為ION/min，極限拉力為10000N，當試驗機將兩塊鋼板拉開時即停止實驗，試驗機會自動做好記錄。

2 實驗結果

建筑結構膠最重要的兩個性能就是粘接性能和拉伸性能，所以實驗將主要研究高溫對這兩種性能的影響。拉伸性能的測試方法比較簡單，通過拉伸試驗能夠反映出建筑結構膠的蠕變、拉伸強度和彈性。而粘接性能不能直接進行測試，可以通過拉伸剪切強度來進行表[8]。

2.1 高溫對建筑結構膠的拉伸性能影響

為了更加突出高溫下結構膠性能的變化，不僅研究了高溫對建筑結構膠的影響，還分析了在常溫環境下的建筑結構架性能，兩者可以形成對比。所以實驗研究了在23℃、60℃、70℃和80℃下建筑結構膠的拉伸性能。其中拉伸性能包含著拉伸強度、斷裂伸長率、彈性模量和拉伸蠕變。

2.1.1 拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量的變化

得到的結果如表2所示的不同溫度下建筑結構膠的拉伸性能，圖2所示的不同溫度下兩種建筑結構膠的粘接強度變化，圖3所示的兩種建筑結構膠的彈性模量和斷裂伸長率的變化。

從表2和圖2可以明顯的看出溫度的變化能夠大幅度的改變建筑結構膠的拉伸強度。當溫度不斷升高時，建筑結構膠的拉伸強度不斷降低。從表2中可以計算出，與23qC時的拉伸強度相比，60℃、70℃和80℃環境下的建筑結構膠A的拉伸強度分別降低了24.7%、39.4%和71.6%，從而可以得出當溫度不斷升高時，建筑結構膠A的拉伸強度降低幅度不斷上升。建筑結構膠B的拉伸強度隨著溫度的升高也在不斷降低，總的來講，當溫度不變時，建筑結構膠A的拉伸強度比B的好，尤其是當高溫環境時，建筑結構膠A的拉伸強度顯得更好。

從表2和圖3中可以看出，當溫度發生變化時，建筑結構膠的斷裂伸長率和拉伸彈性模量發生了非常大的改變。當溫度不斷升高時，建筑結構膠A的拉伸彈性模量不斷下降，且當溫度越高時，其下降的幅度就越大;而建筑結構膠B也會隨著溫度的升高其拉伸彈性模量也在不斷下降，但是其下降幅度沒有建筑結構膠A的明顯。當溫度不斷升高時，建筑結構膠A和B的斷裂伸長率不斷的升高，且當溫度越高時，斷裂伸長率的增長幅度就會越大。從圖3中還可以發現，在23℃時，2種建筑結構膠的彈性模量相差不大，但是當溫度不斷升高時，兩者的比值就不斷增加，而當溫度達到最高即80℃時，2種建筑結構膠的彈性模量相差又不大。出現這種現象的原因就是2種建筑結構膠的固化體系不一樣，溫度對它們的影響也會不同，在60℃和70℃的環境下，建筑結構膠A的抗變形能力表現得更好，當溫度不斷升高達到80℃時，此時的2種建筑結構膠發生了玻璃化轉變的現象，于是彈性模量就相差不大。

2.1.2 拉伸蠕變

圖4為不同溫度下2種建筑結構膠的階段拉伸試驗，從圖4中可以看出，當溫度不斷升高時，建筑結構膠的糯變隨之增長，且其增長非常的明顯。當溫度在23。C時，2種建筑結構膠的應變與應力呈正比關系，即當應力不斷升高時，應變也隨之升高，此時建筑結構膠是普彈性階段，其發生的蠕變是很小的。當溫度不斷升高時，升高到60℃時，2種建筑結構膠的曲線差不多還是線性關系，但是建筑結構膠B發生了明顯的蠕變在應力為8MPa時。當溫度上升到70℃時，建筑結構膠A發生了明顯的蠕變，但是應力應變曲線差不多還是線性相關，而建筑結構膠B已經不呈線性了，可以觀察到蠕變更加的明顯。當溫度達到80℃時，2種建筑結構膠都不成線性，蠕變比之前就更加明顯。

表3為不同溫度下2種建筑結構膠的拉伸蠕變，圖5為其變化曲線。從圖5中可以看出當溫度在70℃之前時，建筑結構膠A的蠕變增長非常的緩慢，當溫度大于70℃是，增長速度就非常快。建筑結構膠B在60℃之后，其蠕變增長才較為快速，很顯然，建筑結構膠A比建筑結構膠B大的蠕變發生得更加急促。從表3中可以看出，當溫度小于或等于70℃時，建筑結構膠A的蠕變比建筑結構膠B小很多，當溫度達到80℃時，2個建筑結構膠的蠕變差別就比較小，以此反映了小于或者等于70℃時，建筑結構膠A的抗形變性能較好，當溫度非常高，到達80℃時，2種建筑膠就沒有什么區別。

表4為在不同溫度下兩種建筑結構膠的拉伸彈性模量，表中E代表的是初始彈性模量，Es代表的是割線模量，Ed代表的是1h延時彈性模量。通過計算，將60℃、70℃和80℃下3種彈性模量與23℃下的3種彈性模量相比，當溫度為70℃和60℃時，建筑結構膠A的彈性模量比建筑結構膠B下降少，當溫度達到80℃時，2種建筑結構膠的彈性模量就沒多大區別。

有相關規定表明Ed/Es≥0.75。通過表4可以計算出溫度在70℃時建筑結構膠A的Ed/Es≥0.79，溫度為60℃時建筑結構膠BDE的Ed/Es≥0.76，這2個溫度正好比0.75大一點，符合標準規范，即建筑結構膠A和B的最高溫度應該分別在70℃和60℃左右。從圖4中可以看出，當70℃建筑結構膠A和60℃建筑結構膠B已經發生了一定的蠕變，所以為了保證建筑結構膠的使用安全，在高溫環境下應該采取一定的錨固措施。

2.2 高溫對建筑結構膠的拉伸剪切強度的影響

表5和圖6為不同溫度下2種建筑結構膠的拉伸剪切強度。本實驗研究了6個不同的溫度。從圖6中可以看出，當溫度不斷升高時，2種建筑結構膠的拉伸剪切強度不斷下降，且其下降較為明顯。從圖中可以仔細觀察到，當溫度在60℃以下時，剪切強度下降的趨勢比較平緩，當溫度在60-80℃之間時，下降趨勢比較快，當溫度繼續上升時，下降又比較平緩。

從表5和圖7中可以看出，當溫度上升到lOOcC時，雖然2種建筑結構膠都有一定的剪切強度，但是其破壞面已經發生了非常大的變化。尤其是從圖7的高溫下破壞形式是非常的明顯，其原因可能是當高溫環境時，建筑結構膠的粘附力出現了大幅度的降低。從表5中可以看出，2種建筑結構膠復合規范時所合理的最高溫度分別是70℃和60℃，正好與拉伸蠕變研究的結果一樣。

3 結語

綜上所述，當溫度發生變化時，對建筑結構膠的性能會造成非常嚴重的影響，尤其是當溫度上升到一定程度之后，建筑結構膠的性能就不符合規范，不能在建筑維修加固中使用。通過上面的實驗研究，建筑結構膠A和建筑結構膠B滿足規范時的最高溫度分別是70℃和60℃，然而在此環境下，2種建筑結構膠發生了一點蠕變，需要對其進行防護措施。

參考文獻

[1]肖建莊，于海生，秦燦燦，復合材料加固混凝土結構耐久性研究[J].玻璃鋼/復合材料，2003（03）：16-21.

[2]楊勇新，王敬，張小冬.碳纖維布加固混凝土結構耐久性能初步研究[J].港工技術，2002（2）：25-27.

[3]任慧韜，胡安妮，趙國藩，凍融循環對玻璃纖維布加固混凝土梁受力性能影響[J].土木工程學報.2004，37（4）：104-110.

[4]張首文，王文軍，李紅旭.混凝土加固改造用建筑結構膠黏劑在中國的發展[J]化學與粘合，2005（01）：38-41.

[5]申德妍，劉偉區，班文彬，等.納米聚氨酯改性環氧建筑結構膠粘劑的研制[J].綠色建筑，2005，21（4）：35-38.

[6]張新濤，鄭耀臣，孫生霞，低溫固化環氧建筑結構膠的研制[J].新型建筑材料，2007（10）：47-49.

[7]岳清瑞，楊勇新.《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》（ CECS146：2003）介紹[J].建筑結構，2003（06）：69-72.

[8]林美，建筑結構膠粘劑拉伸剪切強度測定因素的分析[J].福建建設科技，2011（1）：56-57.

作者簡介：鄭全成（1972-），男，漢族，河南駐馬店人，大學本科，高級工程師，研究方向：建設工程造價管理。

通訊作者：張啟志（1968-），男，漢族，河南駐馬店人，大學本科，正高級工程師，研究方向：建設工程管理。 E-mail： 13939676800@163.com