水下環境用膠黏劑力學性能影響研究

張海雷

（山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

交通運輸是經濟發展的命脈，隨著經濟的不斷發展，交通量隨之增大，這就要求提高服役橋梁的承載力和安全性；另一方面，地震、泥石流等各種自然災害及橋梁服役環境的復雜性等因素都對橋梁加固維修技術提出了新的挑戰。

環氧樹脂（EP）通過與相應的胺類發生固化反應，而形成一種固化物，該固化物性能穩定，且具有良好的黏結性能、耐腐蝕性和耐久性，從而使其在構筑物的加固補強中普遍應用[1-2]。橋梁服役環境錯綜復雜多為潮濕或水下環境，所以要求環氧類結構膠要有適用不同環境的能力。一方面要求環氧固化物在空氣環境中有較高的強度，另一方面要求其適用于以橋墩、基礎等水下環境的使用[3-4]。

環氧類膠黏劑配方主要包括：黏結材料、胺類固化劑、活性促進劑，稀釋劑和固體填料。而固體填料的主要作用是提高固化物的黏結強度和耐候性，并能有效降低固化物的收縮，降低配方的總成本[5]。

目前對環氧類膠黏劑的研究主要是考慮其在空氣中固化情況，對通過改變無機填料因素考察其在水下環境固化力學性能的研究較少。本文考察硅微粉、高嶺土、膨潤土、碳酸鈣、水泥和粉煤灰作為膠黏劑A組分的主要填料，在空氣固化和在水下固化的黏接強度，分析各種填料膠黏劑固化物的力學性能，在水下固化的強度損失，并初步分析了水下強度損失的影響因素及填料密度對固化物力學性能的影響。從而對不同種類無機填料作為膠黏劑主要固體填料的性能研究提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

藍星化工新材料股份有限公司生產的E51環氧樹脂（工業級）；河南鄭州市金石耐材有限公司生產的400目硅微粉；工業級高嶺土、膨潤土、滑石粉、碳酸鈣、水泥、粉煤灰為太原市永翔順商貿有限公司購置；南京五金有限公司加工的100 mm×25 mm×1.8 mm型C45號鋼片。

上海基瑋試驗儀器設備有限公司生產的實驗養護箱；秦皇島億利化工機械有限公司生產的FS-0.4分散機；美特斯工業系統有限公司（中國）生產的CMT4304萬能試驗機；常熟市天量儀器有限責任公司購置的電子天平。

1.2 結構膠的配方組成

A組分中環氧樹脂、各種固體填料等改性劑均按配方配比混合，分散機800轉每分鐘分散攪拌半小時；B組分加入A組分后，立即真空攪拌脫泡直至顏色均勻一致。

1.3 試樣制備及測試

按照《膠黏劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》GB/T 7124—2008要求制備拉伸剪切試件。空氣中固化的拉伸剪切試件，試件按照要求養護后，立即測試，鋼片表面光亮并無鐵銹；對于水下固化的拉伸剪切試件，各組分在5℃的保溫箱中降溫至少半小時，并保證溫度一致后，立即混合A/B組分，鋼片完全在水下完成黏接和養護全過程，養護后的鋼片表面無光澤且銹蝕十分嚴重。

2 結果與分析

各不同固體填料的膠黏劑固化物力學性能測試結果見表1。

表1 不同填料膠黏劑力學性能

對表1的測試結果進行詳細分析如下：

填料為硅微粉的膠黏劑固化物強度在空氣中固化的情況下，強度未達到標準值，占標準值的97.27%，已經很接近標準值，而固化物的水下強度12.81 MPa，為所有填料膠黏劑的固化物中，水下固化強度最高的配方，且水下強度損失為最小，水下強度損失僅為12.20%，強度損失遠低于其他固體填料膠黏劑的固化物。說明硅微粉做填料的膠黏劑，在水下固化十分有利，而空氣中固化的固化物力學性能也十分接近標準值。

填料為高嶺土的膠黏劑固化物空氣中黏接強度為11.51 MPa，與標準強度比值為76.76%，未達到標準，且水下強度較小，僅為4.74 MPa，強度損失較大，達到58.81%，不適合水下使用。因為高嶺土做填料的膠黏劑固化物空氣中強度未達標，且水下強度損失較大，所以高嶺土做固體填料不適合此配方，尤其不適合在水下使用。

膨潤土做填料的膠黏劑固化物空氣中強度僅為3.32 MPa，僅占標準值的22.13%，是所有固體填料膠黏劑固化物中，空氣中固化強度最低的配方，且水下固化物的強度僅為1.42 MPa，也是所有固體填料膠黏劑固化物中水下固化強度最低的配方，且水下強度損失為57.23%，強度損失較高。所以膨潤土不適合做此配方下的膠黏劑的固體填料。

滑石粉做填料的膠黏劑固化物空氣中黏接強度為15.05 MPa，與標準強度的比值為100.33%，達到標準要求，水下固化物的黏接強度為7.36 MPa，水下強度損失為51.10%，強度損失較大。說明滑石粉適合做空氣中使用的膠黏劑固體填料，而在水下使用時，固化物的強度損失較大，不適合做水下使用的膠黏劑固體填料。

碳酸鈣做填料的膠黏劑固化物空氣中黏接強度為15.53 MPa，與標準強度的比值為103.53%，達到標準要求，且較大幅度超過標準值要求，而水下固化物的黏接強度為7.27 MPa，水下強度損失為53.19%，強度損失較大。說明碳酸鈣適合做空氣中使用的膠黏劑固體填料，而在水下使用時，固化物的強度損失較大，不適合做水下使用的膠黏劑固體填料。

水泥做填料的膠黏劑固化物空氣中黏接強度為15.83 MPa，與標準強度的比值為105.53%，為此配方下所有填料膠黏劑固化物中空氣中固化強度最高，而水下固化物的黏接強度僅為2.87 MPa，水下強度損失高達81.87%，強度損失最大。說明水泥非常適合做空氣中使用的膠黏劑固體填料，而在水下使用時，固化物的強度損失非常大，不適合做水下使用的膠黏劑固體填料。

粉煤灰做填料的膠黏劑固化物空氣中黏接強度為13.67 MPa，與標準強度的比值為91.13%，未達到標準要求，而水下固化物的黏接強度為5.98 MPa，水下強度損失為56.25%，強度損失較大。說明粉煤灰不適合做此配方膠黏劑的固體填料。

高嶺土、膨潤土和粉煤灰的相對密度較小，而其作為填料的膠黏劑固化物固化強度相對較低，由于此配方是以質量計量，所以三者的相對體積較大，所以密度小可能是導致此配方膠黏劑固化物固化強度較低的原因。水泥作為填料的膠黏劑固化物水下強度損失最大的原因可能是因為水泥在水下與水發生水化反應導致。

3 結語

a）膠黏劑此配方情況下，硅微粉作為EP膠黏劑的填料，水下固化物固化強度最高，非常適合用于水下加固使用；水泥、碳酸鈣和滑石粉作為EP膠黏劑的固體填料，適合用于空氣中加固使用；而高嶺土、膨潤土和粉煤灰不適合作為此配方膠黏劑的固體填料。

b）下一步計劃對不同比例無機填料混配，以體積計量膠黏劑配方等因素，系統考察不同填料對EP膠黏劑固化力學性能的影響。