一種改性環氧膠粘劑在橋梁改造施工中的粘接性能

摘要：為提高修復質量，完善施工工藝，研究橋梁改造施工中改性環氧膠粘劑的粘接性能。以聚乙烯醇作為原料配制聚乙烯醇縮丁醛，分別選擇質量分數0%、4%、8%、12%的聚乙烯醇縮丁醛改性環氧樹脂，并測試不同質量分數聚乙烯醇縮丁醛改性后，膠粘劑的拉伸強度、粘接強度與剝離強度，以及固化時間對于粘接性能的影響。試驗結果顯示，質量分數8%的聚乙烯醇縮丁醛改性環氧樹脂膠粘劑具有較強拉伸強度，且該改性膠粘劑粘接強度與剝離強度均較高，斷裂后呈現韌性斷裂，該改性膠粘劑固化時間為24 h，應用在橋梁改造施工時的粘接性能較好。

關鍵詞：橋梁改造施工；膠粘劑；粘接性能；聚乙烯醇縮丁醛；粘接強度

中圖分類號：TQ433.4+37文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）02-0020-04

The bonding performance of a modified epoxy adhesive in bridge reconstruction construction

AN Yongchang

（Guangxi Guitong Engineering Management Group Co.，Ltd.，Nanning 530029，China）

Abstract：In order to improve the repair quality and perfect the construction process，the bonding performance of a modified epoxy adhesive in bridge reconstruction construction was studied.Polyvinyl butyral was prepared using polyvinyl alcohol as the raw material.Epoxy resin was modified with polyvinyl butyral at mass fractions of 0%，4%，8%，and 12%respectively.After modification with different mass fractions of polyvinyl butyral，the tensile strength，bonding strength，and peel strength of the adhesive were tested，as well as the influence of curing time on the bond-ing performance.The test results showed that the epoxy resin adhesive modified with 8%mass fraction of polyvinyl butyral had strong tensile strength，and this modified adhesive had relatively high bonding strength and peel strength.It showed ductile fracture after breaking.The curing time of this modified adhesive was 24 hours，and it has good bonding performance when applied in bridge reconstruction construction.

Key words：bridge reconstruction construction；adhesive；bonding performance；polyvinyl butyral；bonding strength

橋梁是重要的交通設施之一，其安全性、穩定性和使用壽命直接關系到人們的出行安全和交通的順暢[1]。在橋梁改造施工中，改性環氧膠粘劑作為一種高性能的粘接材料，具有優異的粘接性能、耐久性和施工便利性，得到了廣泛的應用[2]。改性環氧樹脂粘接強度高，能夠與被粘接材料形成牢固的化學鍵合，確保橋梁結構的穩定性和安全性[3]。改性環氧膠粘劑具有良好的韌性和耐沖擊性能，能夠有效改善橋梁結構的抗震性能，提高橋梁的安全性[4]。

有學者對于環氧樹脂進行了諸多研究，如使用活性吸附劑和復配雙酚改性環氧樹脂基料[5]。使用石英石等骨料改性環氧樹脂，改變原料的比熱容和斜率，應用在橋梁改造時能夠提升環氧樹脂和混凝土之間的粘附性[6]。研究應用在橋梁修復用的環氧樹脂，分析不同固化劑和顏基比（P/B）對于環氧樹脂的影響[7]。研究環氧樹脂的固化動力學特性，以此確定環氧樹脂的應用效果[8]。

為此，研究橋梁改造施工中改性環氧膠粘劑的粘接性能，為今后橋梁修復材料改進提供全新方向。

1實驗材料與方法

1.1實驗材料

1.1.1原材料

聚乙烯醇：陜西唐堯生物科技有限公司，需在20℃環境中使用，黏度約為55～66 mPa·s；表面活性劑：宜興市嘉騰化工有限公司，工業級，滲透力小于5 s，pH值5～7，25℃折光率1.44；鹽酸：四川普西奧標科技有限公司，易溶于水，沸點為-85℃;正丁醛：邯鄲市叢臺區少杰化工有限公司，工業級，折射率1.38，自燃點230℃;氫氧化鈉溶液：濟南金桔天生物科技有限公司，工業級，水溶液具有澀味和滑膩感，具有腐蝕性；尿素：南寧市冠德化工有限公司，含氮量超過46%，沸點196.6℃，具有全水溶性；六亞甲基四胺：茂名市雄大化工有限公司，工業級，易溶于水、乙醇或氯仿，微溶于乙醚，水溶液呈堿性，受熱至263℃以上會分解；乙酸乙酯：湖南齊魯新材料有限公司，毒性低，一級易燃物。

1.1.2儀器設備

HJ-4磁力攪拌器：山東天大實驗儀器有限公司，大攪拌量5 L，攪拌功率3 W，加熱功率500 W；DL-1電爐：沈陽科瑞永興化玻儀器有限公司，電壓220 V，可調溫度0～200℃，控溫精度±1℃，分辨率1℃;EF-2800溫度控制儀：合肥恩帆儀器設備有限公司，光學穩定性小于0.001A/10 min，重復性小于±3%，分辨率0.001 mg/Lmm；SYP恒溫水浴鍋：鄭州卓成儀器科技有限公司，溫度分辨率0.1℃，加熱功率1 500 W；CT-C-Ⅱ烘干箱：常州市貝奇干燥設備有限公司，熱風介質干燥處理量300 m3/d，傳熱面積50 m2，電加熱。

1.2實驗方法

1.2.1合成聚乙烯醇縮丁醛

（1）同時將去離子水與聚乙烯醇倒入燒杯中，使用磁力攪拌機，將2種原料混合均勻，并將該混合物置于電爐上，升高混合物的溫度，為幫助溶液升溫至95℃，通過溫度控制儀實現溫度控制，經過加熱后，聚乙烯醇完全溶解在去離子水中。將溶解后的溶液置于溫度為25℃的恒溫水浴鍋，為溶液水冷降溫至25℃[9]。完成降溫后把表面活性劑倒入溶液中，水浴鍋溫度調至零下，溶液降溫至約10℃;

（2）完成溶液降溫，分次慢速倒入正丁醛溶液，按照1∶1的質量比將鹽酸緩慢滴入溶液中，磁力攪拌機實現攪拌，測試攪拌后溶液pH值，確定控制在4～5時，停止使用鹽酸，混合后的溶液在20℃環境下pH值靜置反應60 min。電爐將溶液溫度升至60℃，在該溫度下攪拌溶液至乳白色，緩慢添加氫氧化鈉，磁力攪拌30 min；

（3）合成后還會有一部分沒有充分反應的正丁醛，為進一步溶解，加入尿素采用減壓過濾方式處理溶液，分4次使用去離子水沖洗溶液，最終獲得沉淀物，使用烘干箱烘干沉淀物3.5 h[10]，將干燥后的產物裝瓶以待后面使用。

1.2.2改性環氧樹脂制備

（1）將環氧樹脂和聚乙烯醇縮丁醛按照預定的比例混合（根據試驗需求調整）[11-12]，倒入去離子水溶解；

（2）倒入六亞甲基四胺和乙酸乙酯，使用磁力攪拌機攪拌20 min；

（3）當催化反應完成后，加入固化劑使混合物固化。

1.3性能測試

1.3.1試件制備

橋梁改造施工時，需要使用改性環氧樹脂粘接修復混凝土材料，因此試驗將改性環氧樹脂應用在混凝土材料上。將提前配制好的混凝土材料澆筑在模具中，制備成30 cm×30 cm×30 cm的混凝土塊[13]。試驗過程中會按照試驗需求將不同規格的改性環氧樹脂涂覆在其中一塊混凝土上，完成涂覆以后，與另一塊干燥的混凝土粘合，固化一段時間后，測試各項性能。

1.3.2拉伸強度測試

測試不同聚乙烯醇縮丁醛含量制備的環氧樹脂實際應用在混凝土粘接時的拉伸強度。聚乙烯醇縮丁醛質量分數分別設定為0%、4%、8%、12%，使用萬能試驗機測試各個試驗樣品在不同荷載作用下的拉伸強度變化情況，試驗過程中參照GB/T 2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗方法》標準[14]。

1.3.3粘接強度測試

在拉伸強度測試基礎上，測試各個試驗樣品的粘接強度與剝離強度，試驗過程參考GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》標準，萬能試驗機在試驗過程中的拉伸速率設定為4.5 mm/min[15-17]，收集并記錄發生拉伸斷裂時，粘接強度數值與剝離強度數值。

1.3.4拉伸斷裂微觀形貌

使用掃描電子顯微鏡[18]觀察各個不同聚乙烯醇縮丁醛含量制備的環氧樹脂，在極限荷載作用下發生斷裂時的微觀形貌，分析聚乙烯醇縮丁醛含量對于環氧樹脂微觀結構的影響。

1.3.5固化時間對粘接性能的影響

經過以上試驗研究，基本確定使用質量分數8%聚乙烯醇縮丁醛改性環氧樹脂，能夠具備較為理想的粘接性能。但是固化時間也嚴重影響改性環氧樹脂最終的粘接效果。試驗環境溫度設定為28℃，分別固化1、12和24 h，完成固化后，使用萬能試驗機測試各個試驗樣品的剝離強度與粘接強度。

2結果與討論

2.1拉伸強度測試結果

萬能試驗機在不同荷載作用下，對不同聚乙烯醇縮丁醛含量改性的環氧樹脂作拉伸試驗，試驗結果如圖1所示。

由圖1可知，長期荷載會導致改性環氧樹脂的拉伸強度下降。對比不同聚乙烯醇縮丁醛含量改性的環氧樹脂，不添加聚乙烯醇縮丁醛的環氧樹脂拉伸強度較小，且荷載較大情況下，會導致該環氧樹脂喪失拉伸強度。對比來看，質量分數8%聚乙烯醇縮丁醛改性的環氧樹脂拉伸強度最高，且受到荷載影響，該拉伸強度下降變化較為平緩。可見，該聚乙烯醇縮丁醛用量改性的環氧樹脂實際粘接混凝土應用在橋梁改造施工時，具有良好的粘接拉伸性能。

2.2粘接強度測試結果

在不同聚乙烯醇縮丁醛用量下，改性環氧樹脂的粘接強度與剝離強度變化情況如圖2所示。

圖2（a）與圖2（b）分別為不同聚乙烯醇縮丁醛含量改性的環氧樹脂受到不同荷載影響以后，環氧樹脂粘接橋梁改造施工用混凝土時的粘接性能變化結果，當增加荷載，會導致改性環氧樹脂的粘接性能下降，這一變化符合環氧樹脂疲勞變化。環氧樹脂未改性時，粘接強度在2 MPa以下，剝離強度在0.4 MPa以下，且隨著荷載長期作用影響，導致這2項粘接強度更低；聚乙烯醇縮丁醛質量分數為8%時，改性環氧樹脂的粘接強度與剝離強度始終保持在較高水平，盡管也會受到荷載影響出現平穩下降，但是粘接強度保持在8 MPa以上，剝離強度保持在0.8 MPa以上。這說明該聚乙烯醇縮丁醛用量改性環氧樹脂，能夠保證改性環氧樹脂應用在橋梁改造施工中具備較高粘接性能。

2.3拉伸斷裂微觀形貌

在不同聚乙烯醇縮丁醛含量下，改性環氧樹脂發生斷裂時，斷口處的微觀形貌變化如圖3所示。

圖3（a）為環氧樹脂基料，從微觀形貌來看，環氧樹脂基料微觀結構較為光滑，發生斷裂時呈現出脆性斷裂特征；圖3（b）中添加少量聚乙烯醇縮丁醛，改性環氧樹脂微觀結構中出現少量褶皺，結構韌性得到一定提升；圖3（c）中聚乙烯醇縮丁醛用量較為適宜，微觀結構中出現適量毛刺，發生拉伸斷裂時呈現出韌性斷裂特點。圖3（d）中使用大量聚乙烯醇縮丁醛，導致出現團聚析出，降低改性環氧樹脂的韌性。整體來看，質量分數8%聚乙烯醇縮丁醛用量改性環氧樹脂韌性較高，粘接性能較高。

2.4固化時間對粘接性能的影響

測試不同固化時間處理后的改性環氧樹脂粘接強度與剝離強度，試驗結果如圖4所示。

由圖4可知，固化24 h后的改性環氧樹脂粘接強度與剝離強度均較高，固化時間較短的試驗樣品受到外力作用容易出現失效脫落的情況。

3結語

（1）聚乙烯醇縮丁醛改性環氧樹脂膠粘劑顯示出優秀的粘接強度，能夠有效地將修復材料與橋梁結構牢固地結合在一起，這種強粘接力有助于確保修復部分的穩定性和耐久性；

（2）聚乙烯醇縮丁醛用量為8%時，粘接修復混凝土材料時的粘接性能最好；

（3）固化時間設定為24 h時，能夠獲得粘接強度更高的改性環氧樹脂。

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（責任編輯：蘇幔，平海）