不同填料種類及摻量對植筋膠性能影響研究

關鍵詞：植筋膠；填料；環氧樹脂；耐久性；植筋錨固中圖分類號： .1 文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2025）05-0001-04

Abstract：The efects of silica fume and gas silicon with diferent dosages and fineness on the properties of planting baradhsive were discussed.Theresults showthat the finer the silica fume particles，the greater the density of the matrix，andthe higher the compressivestrengthand spliting tensile strength.With the increaseof silica fume，the tensile shear strength and forward tensile bonding strength decrease，and the resistance to damp heat aging will be atenuated.The increase intheamountof gas silicon is notconducive to the formationof aregular cross-linked network structureof the planting baradhesive，andthestrength decreasessignificantly，onthecontrary，it willbe weakened by high temperature damage，and the atenuation range of heat aging resistance will be reduced.Therefore，it was determined thatthe planting bar adhesive prepared by3.5parts of gas silicon and175 parts of3OO mesh silica fume could meet the standard of grade A glue in GB 5O728—2O11，and had excelent heat aging resistance and damp heat aging resistance.The reinforcement glue is applied to the U-shaped reinforcement of the tunnel cushion splicing joint，which can play a good anchoringrole.

Key Words ： planting bar adhesive；filler；epoxy resin ；durability ； planting bar anchorage

近年來，隨著基礎設施維修養護日益增加，較多的工程面臨著修補加固的需求[1]。傳統加固技術與材料已不能滿足現階段維修養護提出的高強度、高承載、高耐久需求，新一代結構膠加固、碳纖維加固等新技術日漸成熟[2-3]。其中結構膠包括封縫膠、粘鋼膠、碳纖維膠、預制節段拼接膠、植筋錨固膠[46]。植筋膠可用于橋梁拓寬、隧道襯砌等場景，在既有結構中鉆孔、打膠、植入鋼筋，待固化后使鋼筋錨固在結構中，提高承載力和穩定性[7-8]

常用植筋膠為環氧樹脂類，其粘接強度高、穩定性高[9-10]，但是由于環氧樹脂易發生紫外、熱氧老化，導致其粘接、耐疲勞性迅速下降[11]。在環氧樹脂加入微硅粉、滑石粉、納米碳酸鈣等填料，可減少樹脂相對用量、減緩老化，另一方面可提升植筋膠剛度和耐磨性[12-13]。填料的摻量及種類影響在植筋膠中的分散及潤濕效果，膠體性能差異較大[14]。植筋膠常采用雙槍頭式包裝，膠體擠出時需具備觸變性，頂面植筋需具備抗流掛性。同時，GB50728-2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》標準中對A級膠的拉伸抗剪強度、鋼筋拉拔提出較高的要求，規定設計年限50年的植筋膠需具備耐老化和耐介質侵蝕能力。

選取不同細度的微硅粉和氣硅作填料，制備滿足A級膠標準且耐老化性能優異的植筋膠。通過垂流度、抗壓強度、拉伸抗剪強度、劈裂抗拉強度、混凝土正拉粘接強度以及耐熱、耐濕熱老化性能的測試，確認植筋膠配方。結合隧道墊層拼接縫的U型筋植筋加固應用，進一步驗證性能及使用效果。

1試驗部分

1.1 試驗原材料

環氧樹脂：CYD-128，環氧當量為 184～194g/mol 工業級；稀釋劑：AGE-748，市售；偶聯劑：KH560，市售；固化劑：改性胺類固化劑，工業級，山東同藍新能源科技公司；氣硅：R202，工業級，贏創德固賽特種化學有限公司；微硅粉：1000目、600目 ？300 目，工業級，市售。

1.2 試驗方法

1.2.1 制備方法

（1）A組分的制備。按照配方中的配比，稱取A組分原材，先將環氧樹脂、稀釋劑、偶聯劑在混合機攪拌 30min ，制備得到環氧樹脂A組分，加入到強力分散機后添加氣硅，轉速 2500r/min，分散30min ；再加入微硅粉，保持分散速度，抽真空至-0.098MPa ，保壓攪拌 25min ；通冷卻水降溫，A組分制備完成。

（2）B組分的制備。按照配方中的配比，稱取B組分原材，改性固化劑和氣硅加入到強力分散機，轉速 2500r/min ，分散 30min ；再加入微硅粉，保持分散速度，抽真空至 -0.098MPa ，保壓攪拌 25min ，通冷卻水降溫，B組分制備完成。

1.2.2 配合比設計

植筋膠A組分的組成為 m （環氧樹脂） ：m （稀釋劑）： m （偶聯劑） 組分為改性固化劑。氣硅和微硅粉均按組分A、B的比例份計算。將A、B組分按3：1的比例混合均勻制得植筋膠成品。配合比如表1所示。

1.2.3 性能測試

（1）垂流度。按照GB/T13477.6—2002《建筑密封材料試驗方法》測試。

（2）抗壓強度。按照GB/T2567—2008《樹脂 澆注體性能試驗方法》測試，成型、養護條件（ 23± 2）% ，養護

（3）拉伸抗剪強度。按照GB/T7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定》方法，成型、養護條件 ，養護 。

（4）劈裂抗拉強度。參照GB50728—2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》中附錄E測定方法，養護7d。

（5）混凝土正拉粘接強度。參照GB50728-2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》，混凝土強度等級C45，單位計為 。

（6）耐濕熱老化性能測試。參照GB50728—2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》標準，在 相對濕度 95% 的恒溫恒濕箱中老化90d后，冷卻至室溫測試。計算拉伸抗剪強度降低百分比。

（7）耐熱老化性能測試。參照GB50728—2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》標準，在 環境中老化30d后，以同溫度測試；計算拉伸抗剪強度降低百分比。

2 結果與討論

2.1 不同細度的微硅粉對植筋膠性能的影響

研究 1000 、600、300 目3種不同細度的微硅粉對植筋膠的垂流度、抗壓強度、拉伸抗剪強度和混凝土正拉粘接強度的影響，結果如表2所示。

由表2可知，微硅粉顆粒越細，環氧植筋膠的垂流度越小，1000目的微硅粉摻量為175份時，垂流度等于 0mm ；當微硅粉顆粒越細，與環氧樹脂分子接觸面積大，提高環氧樹脂的黏度，縮短流淌距離。微硅粉細度越細，與環氧樹脂分子結合顆粒越多，基體整體密實程度越大，抗壓強度、劈裂抗拉強度越高，1000目制備試樣抗壓強度達 100MPa ，劈裂抗拉強度達 9.5MPa ，破壞形狀為碎裂破壞。微硅粉顆粒越細，植筋膠黏度提升，導致植筋膠在表面鋪展、潤濕性越差，1000、600目的拉伸抗剪強度較300目樣品分別下降了 43% 和 36% 。

2.2不同摻量的微硅粉和氣硅對植筋膠性能的影響

研究 2：，3.5：，5：phr：3 種氣硅摻量和150、175、200及 225phr4種微硅粉摻量對植筋膠性能的影響，如表3和表4所示。

由表3可知，氣硅能與環氧樹脂及固化劑形成氫鍵，限制分子鏈的自由運動，增加觸變性，膠體流淌現象減少。但氫鍵過多、交聯密度下降，不利于植筋膠形成規整的交聯網絡結構，致密性和剛性下降[16]。氣硅用量增加，結構膠的抗壓強度、拉伸抗剪切強度及混凝土正拉粘接強度均下降。摻量為5% 時，拉伸抗剪強度降低至 ，混凝土正拉粘接強度降低至 2MPa 。

由表4可知，微硅粉為剛性填料，顆粒均勻分散于環氧樹脂中時，能起到骨架支撐作用，所以植筋膠的抗壓強度隨填料用量增加顯著提高。但用量越多，微硅粉難以分布均勻，導致植筋膠黏度進一步增大，成型時試件內部會產生空隙，造成脆性增大，拉伸抗剪強度、正拉粘接強度下降。微硅粉的用量不應超過 200phr 。

2.3不同配合比植筋膠耐久性能測試

經過不同填料種類及摻量制備的植筋膠性能評估，氣硅摻量不宜超過 3.5phr ，微硅粉摻量不宜超過 200phr ；對3#、5#、7#進行耐熱老化、耐濕熱老化性能測試評估，結果如表5所示。

由表5可知，高溫會破壞植筋膠的內部分子交聯結構，致使植筋膠軟化；當溫度降低時，內部產生不可避免的內應力，粘合性、力學性能會迅速下降[17]。隨著氣硅用量增加，交聯密度較低，受高溫破壞影響減弱，且氣硅與樹脂間的氫鍵連接進一步延緩老化。隨著微硅粉用量增加，植筋膠中的環氧樹脂含量相對減少，對水分子的阻隔能力也不斷下降，植筋膠的耐濕熱老化能力不斷下降。當微硅粉用量 $200＼mathrm{＼phr}$ 時，拉伸抗剪強度降低百分比高達14% 。綜合各項性能，確定氣硅摻量為3.5phr、300目微硅粉摻量為 175phr 。

3 工程應用

3.1 工程概況

隧道路面墊層拼接中混凝土預制箱梁為C30混凝土，拼接縫區域采用鋼纖維混凝土。為保證鋼纖維混凝土與預制箱梁連接，采用U型植筋加固。以某過江通道接縫植筋錨固工程為依托，如圖1所示，拼接縫跨徑 100cm ，深度 35cm ；U型筋長度為 、寬為 ，植筋深度為 。結合項目指標和實施效果，評估7#植筋膠在墊層接縫加固中的適用性。

植筋錨固步驟如下：通過鋼筋定位儀初步定位底板鋼筋，鉆孔定位；確定孔徑（ 18～22mm 和孔深（ ？150mm ）進行鉆孔；硬毛刷刷孔壁 + 壓縮空氣清理灰塵，反復進行不少于3次；使用膠槍自孔底向孔口注膠，膠體占孔洞2/3以上；植入預制U型筋，保證植筋高度一致；靜置等待固化，養生時間1d以上，期間保持孔洞及周邊干燥，如圖2所示。

3.2 應用效果

現場使用雙槍混合器制備植筋膠，進行性能測試，與設計指標即GB50728—2011中A級膠標準對比。同時對植筋拉拔測試，采用HRB400級熱軋帶肋鋼筋，直徑 25mm ，植入深度為 150mm ，結果如表6所示，測試結果與配合比結果一致，且滿足A級膠標準。

4結語

（1）微硅粉細度越細，抗壓強度、劈裂抗拉強度越高；顆粒越細導致黏度提升，垂流度降低，但在界面的鋪展、潤濕性差，拉伸抗剪強度和混凝土正拉粘

接強度均下降；

（2）隨著氣硅用量增加，植筋膠的抗壓強度、拉伸抗剪切強度及混凝土正拉粘接強度均下降，其摻量不宜超過 3.5phr 。植筋膠的抗壓強度隨微硅粉用量增加顯著提高，用微硅粉用量越多，植筋膠黏度進一步增大，造成拉伸抗剪強度、正拉粘接強度下降；微硅粉的用量不應超過 200phr （3）氣硅用量增加，受高溫破壞影響減弱，耐熱老化能力提升；隨微硅粉用量增加，植筋膠的耐濕熱老化能力不斷下降。當微硅粉用量 200phr 時，拉伸抗剪強度降低百分比高達 14% 。綜合確定氣硅摻量為 3.5phr，300目微硅粉摻量為 175% 。植筋膠應用于隧道墊層接縫植筋錨固工程，現場性能測試滿足GB50728—2011A級膠標準。

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（責任編輯：蘇幔）