高層裝配式建筑環氧樹脂防水膠耐高溫性能試驗分析

摘 要：為了提升高層裝配式建筑環氧樹脂防水膠的耐腐蝕性與粘接強度，降低固化收縮率，對高層裝配式建筑環氧樹脂防水膠進行耐高溫性能試驗分析。采用分數階微積分理論的方法構建環氧樹脂粘彈性流變本構模型，在時間-溫度等效原理的基礎上，分析環氧樹脂分子鏈活性和速度情況。環氧樹脂防水膠力學性能測試結果表明，溫度升高時環氧樹脂防水膠的拉伸強度下降，斷裂伸長率上升，拉伸彈模減小，拉伸蠕變提高、拉伸剪切強度降低。溫度對環氧樹脂防水膠具有一定的影響，其耐高溫性能越好，實用效果越強。

關鍵詞：高層裝配式建筑；環氧樹脂；防水膠；時間-等效原理；耐高溫性能

中圖分類號：

TQ433.4+3

文獻標志碼：

A文章編號：

1001-5922（2024）01-0005-04

Experimental analysis of high temperature resistance of epoxy

resin waterproof adhesive for high-rise prefabricated building

HUANG Xiaoxing，PENG Zhongpei，WANG Hao

（China Construction Eighth Bureau First Construction Co.，Ltd.，Jinan 250100，China）

Abstract：In order to improve the corrosion resistance and bond strength of epoxy resin waterproof adhesive for high-rise prefabricated buildings，and reduce the curing shrinkage，the high temperature performance of epoxy resin waterproof adhesive for high-rise prefabricated buildings was experimentally analyzed.The viscoelastic rheological constitutive model of epoxy resin was constructed by fractional calculus theory，and the molecular chain activity and speed of epoxy resin were analyzed on the basis of time-temperature equivalence principle.The mechanical performance test results of epoxy resin waterproof adhesive showed that the tensile strength of epoxy resin waterproof adhesive decreased，the tensile creep increased，and the tensile shear strength decreased when the temperature rise.The temperature had a certain influence on epoxy resin waterproof adhesive，and the better the high temperature performance，the stronger the practical effect was.

Key words：High rise prefabricated building;epoxy resin;waterproof adhesive;time-equivalence principle;high temperature performance

高層裝配式建筑快速發展，防水工程在其中扮演著極為重要的角色。而防水膠作為防水體系中不可或缺的組成部分，其性能的優異與否直接影響著整個防水體系的質量和安全性。尤其是在建筑領域中，環氧樹脂防水膠作為建筑修補膠，可以有效修復建筑結構裂縫［4］。環氧樹脂的力學性能、耐熱性等多項指標都會對材料的使用產生影響［5］。因此，進行耐高溫性能試驗并研究其成因具有重要的意義。

如提出環氧樹脂液體膠粘劑耐高溫性能的分析，并通過高溫下的熱重測試來分析其耐高溫性能［6］。提出石油測井儀器用耐高溫高濕熱環氧樹脂復合材料的制備與性能分析，該復合材料耐高溫高濕熱性能優越，在高溫高壓濕熱試驗后，依然保持了良好的力學性能和絕緣性能［7］。雖然上述方法在一定程度上可以有效研究環氧樹脂的耐高溫性能，但是得到的分析結果存在一定誤差。因此，為了解決上述方法中存在的問題，提出高層裝配式建筑環氧樹脂防水膠耐高溫性能試驗分析方法。

1 試驗部分

1.1 環氧樹脂粘彈性流變本構模型

在數學分析領域中分數階微積分是較為重要的部分，主要研究內容是微分的數學性質及應用和函數任意階積分［8］。在研究環氧樹脂粘彈性本構關系理論體系的過程中利用分數階微積分可以有效獲取具體參數數值。

高層裝配式建筑環氧樹脂防水膠耐高溫性能試驗分析方法通過Riemann-Liouville分數階導數［9］構建粘彈性流變本構模型。

Riemann-Liouville分數階導數的定義：

設f（x）代表任意函數，函數f（x）的α階積分在D點處的初始條件定義為Dαf（x），公式如下：

Dαf（x）=∫

x0（x－t）α－1Γ（α）f（t）dt

（1）

式中：Dαf（x）代表函數f（x）的α階積分在D點處的初始條件;α代表分數階導數對應的階數；Γ代表Gamma函數。初始條件提供了環氧樹脂粘彈性流變本構模型在開始時的狀態，然后，進一步約束模型的行為，確保解在邊界上滿足特定條件，為此設定邊界條件H（x），公式如下：

H（x）=Dαf（x）［Γ（m－α）dx］m）

（2）

式中：H（x）代表環氧樹脂粘彈性流變本構模型的邊界條件；m代表大于階數α的最小整數；dx是微分符號，表示對Gamma函數進行求導運算。構建環氧樹脂粘彈性流變本構模型表達式如下：

Γ（z）=H（x）×∫+SymboleB@0e－xdx

（3）

1.2 時間-溫度等效原理

根據分子運動學可知，分子鏈發生應力-應變響應在高分子材料中是需要時間的［10］。分子鏈活性隨著溫度的升高而增加，分子鏈響應的速度也不斷加速［11］。這一現象在宏觀上表現為：相同實驗對象的力學響應在低溫條件和高溫條件下都可以觀察到［12-13］；但所用的時間不同，低溫條件下所用的時間高于高溫條件下所用的時間，被稱為時間-溫度等效原理。在時間-溫度等效原理的基礎上將位移因子設置為分子鏈主要變化參數，以此得到特定溫度條件下的模量變化曲線［14-16］。為了保證模量曲線在溫度發生變化時其曲線不發生形變，需要將曲線在T溫度下做平移處理，確保參考溫度Tr與實測溫度T下的曲線為疊合狀態，由此獲得參考溫度Tr下存在的主曲線，此時位移因子αT即為平移的量，通過下式描述時間-溫度等效性：

E（T，t）=E（Tr，tαT）×Γ（z）

（4）

式中：E代表材料對應的模量；t代表實驗時間；T代表測試過程中的實驗溫度；αT代表溫度水平位移因子。

材料受到的應變或應力在動態力學分析過程中呈現交變載荷，時間的倒數即為荷載頻率［17-19］。在動態力學測試中如果使用時間-溫度等效原理分析數據，動態模量E（T，f）可通過下式得到：

E（T，f）=E（Tr，fαT）×E（T，t）

（5）

式中：f代表動載荷頻率，以此完成時間變化對環氧樹脂分子鏈的活性和速度分析。

1.3 主要原料

環氧樹脂防水膠耐高溫性能試驗主要原料見表1。

1.4 實驗儀器

環氧樹脂防水膠耐高溫性能試驗主要實驗儀器見表2。

2 試驗結果與討論

2.1 拉伸性能

2.1.1 斷裂伸長率、彈性模量和拉伸強度

高層裝配式建筑環氧樹脂防水膠耐高溫性能試驗分析方法，通過連續加載方式測試環氧樹脂防水膠的斷裂伸長率、彈性模量和拉伸強度，依據動態模量將加載速度設置為2 mm/min，直到環氧樹脂防水膠試件被破壞，測試結果如表3所示。

由表3可知，2種環氧樹脂防水膠在常溫下的拉伸強度差異不大，但在高溫下的差異不斷增大。隨著溫度的升高不斷下降，環氧樹脂防水膠A、B的拉伸強度降低幅度不同，通過對比可知，環氧樹脂防水膠A在高溫下的拉伸強度較好。

由表3還可知，環氧樹脂防水膠的斷裂伸長率和拉伸彈模受溫度變化的影響較大。2種環氧樹脂防水膠的固化體系不同，溫度對其彈性模量產生的影響也不相同。

2.1.2 拉伸蠕變

環氧樹脂防水膠的粘彈性特征較為明顯，其形變在恒定荷載作用下隨時間的增大而增大，即蠕變。環氧樹脂防水膠的蠕變行為受溫度升高的影響，不同溫度下環氧樹脂防水膠的階段拉伸測試結果見圖1。

由圖1可知，環氧樹脂防水膠的蠕變隨著溫度的升高不斷增長。2種環氧樹脂防水膠的拉伸應變在20 ℃環境下隨著應變的增大不斷增長，環氧樹脂防水膠在此時為普通彈性階段；2種環氧樹脂防水膠的應力應變曲線當溫度為40 ℃情況下接近線性；但當溫度為60 ℃時，環氧樹脂防水膠B的曲線不是線性的，環氧樹脂防水膠A的曲線仍呈線性；2種環氧樹脂防水膠當溫度升到80 ℃時的蠕變十分明顯。

由表4可知，在60 ℃之前環氧樹脂防水膠A的拉伸蠕變增長緩慢；在60～80 ℃環氧樹脂防水膠A的拉伸蠕變增長速度變快。與環氧樹脂防水膠A的撓度增長速度相比，環氧樹脂防水膠B的撓度增長速度較慢。分析可知，環氧樹脂防水膠A當溫度低于60 ℃時的抗形變性能較好，2種環氧樹脂防水膠當溫度達80 ℃時的差別較小。

2.2 拉伸剪切強度

為了更全面地了解溫度變化對環氧樹脂防水膠產生的影響，研究鋼-鋼拉伸剪切強度在不同溫度下的變化情況。在不同測試溫度下將環氧樹脂防水膠放置10 min，當溫度平衡后開始進行測試;不同溫度下環氧樹脂防水膠的拉伸剪切強度，如表5所示。

由表5可知，隨著溫度的升高環氧樹脂防水膠的拉伸剪切強度不斷下降，在測試過程中2種防水膠對應的剪切強度平緩下降。拉伸剪切強度當溫度由60 ℃上升到80 ℃時下降速度變快，當溫度繼續升高時，環氧樹脂防水膠拉伸剪切強度的下降速度變慢。

3 結語

由于環氧樹脂防水膠具有優良的耐腐蝕性和力學性能，目前已被大量地用于高層裝配式建筑混凝土結構的修復。大多數環氧類防水材料的試驗都是在常溫下進行的，但溫度會對環氧樹脂防水膠的性能產生影響，因而必須對其進行耐熱特性的分析，通過在不同溫度下對環氧樹脂防水膠進行力學性能測試，發現環氧樹脂防水膠受溫度變化的影響較大，隨著溫度的升高，拉伸強度、拉伸彈模和拉伸剪切強度下降，斷裂伸長率和拉伸蠕變增加。

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