建筑结构加固胶快速耐老化性能研究

赖永安

(杭州固安科技有限公司，浙江 杭州 310011)



建筑结构加固胶快速耐老化性能研究

赖永安

(杭州固安科技有限公司，浙江 杭州 310011)

摘要：建筑胶粘剂的耐湿热老化性能备受关注，今研究环氧树脂固化剂以及各种助剂对建筑胶粘剂的快速耐湿热老化的性能影响，并通过选用合理的固化剂进行复配的方法，达到了国家规范规定的标准和要求。

关键词：建筑胶粘剂；耐湿热老化；环氧树脂；固化剂及助剂

老建筑物随着时间的流逝而致其功能性的缺失。功能性的改变等因素导致不能满足现代的需要。若推倒重建会产生大量的建筑垃圾，同时也浪费资源、污染环境。通过排查的办法，可以对部分建筑物进行建筑加固改造，以便满足现代的需求。这种办法既绿色环保、节能减排，也经济，所以建筑加固改造旧建筑物是大势所趋，也是可行的必由之路。建筑加固势必用到建筑加固材料，尤其是建筑加固的胶粘剂，建筑胶粘剂的好坏直接影响到加固的效果。根据目前的《混凝土结构加固设计规范(GB 50367—2013)》的规定，结构性的建筑加固不能采用不饱和树脂以及醇酸树脂等，主要是使用环氧树脂，同时规定使用环氧树脂加固时，不能使用乙二胺做固化剂[1]。建筑加固物的耐久性直接涉及到人民群众的生命财产的安全，所以，有必要对环氧树脂加固材料的耐久性进行考察。

由于环氧树脂固化物交联密度大、存在内应力、脆性大等缺陷；因此，需要进行改性才能满足建筑加固的需要。本文主要是对环氧树脂改性所用到的助剂以及固化剂进行考察，根据《混凝土结构加固设计规范(GB 50367—2013)》以及《建筑结构加固工程施工质量验收规范(GB 50550—2010)》的规定，结构加固的胶粘剂必须通过耐湿热老化试验，因此，本文主要是考察建筑加固用胶的耐湿热老化性能。

1原材料及仪器

1.1原材料

原材料等级见表1。

表1　原材料等级

1.2试验仪器

试验仪器及产地见表2。

表2　试验仪器及产地

2实验方法

依据《建筑结构加固工程施工质量验收规范(GB 50550—2010)》，每一种配方粘结10对金属剪切试片，在室温的条件下固化，取5对试片做空白实验，余下的5对试片，放入到恒温水箱中，加温到80 ℃，保持7 d，然后自然降温到常温，立即测试剪切强度[2]。

3试验分析

3.1增韧剂对快速耐湿热老化性能的影响

双酚A环氧树脂固化物是一种脆性材料，如果不加增韧剂进行改性，在合适的固化剂固化的前提下钢-钢剪切、钢-钢抗拉、抗压缩、耐湿热老化等强度达到A级胶是没问题的。然而，关键在于其他的一些与韧性相关的性能指标是达不到A级胶的标准，甚至很难达到B级胶的标准，如胶体的拉伸强度、伸长率和抗弯强度以及钢-钢不均匀扯离强度等。于是，要全面达到A级胶的标准势必要对胶体进行增韧改性，可是引入增韧剂后，会导致双酚A环氧树脂的固化物的交联密度降低，从而降低了胶体的耐湿热老化性能。具体见图1。

图中固化剂采用改性胺和脂环胺复配，增韧剂用量为树脂质量的10%。图1　增韧剂对耐湿热老化性能的影响

固化物在恒温80 ℃的水中浸泡7 d后，从图1可以看出，聚酯为非活性增韧剂，由于部分水解，所以下降的幅度最大。聚硫橡胶、端环氧基聚氨酯醚、端基多活性增韧剂是活性增韧剂，参与环氧的反应下降的幅度较小，耐湿热效果较好，但聚硫橡胶由于黏度大，气味比较大，造成施工的工艺性能不是很好。

3.2偶联剂对快速耐湿热老化性能的影响

偶联剂在整个胶体中占的比例相对比较小，一般不超出树脂量的1%，但对提高耐湿热老化性能的效果是明显的，试验结果见图2。

在加端环氧基聚氨酯醚增韧剂的基础上加入树脂量1%的偶联剂。图2　偶联剂对耐湿热老化性能的影响

通过使用硅烷偶联剂，可在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”，把两种性质完全不同的材料连接在一起，这样不但有效地改善了界面层的胶接强度，而且提高了耐水性和耐温性，对改善快速耐湿热老化性能有很大的帮助。

3.3气象白炭黑对快速耐湿热老化性能的影响

为提高胶体施工的工艺性和常温储存的稳定性，按常规会加入一定量的气象白炭黑来提高胶体的触变性能以及防止储存过程中出现沉淀现象等。白炭黑有沉淀法和气象法，沉淀法相对来说颗粒较大，对提高施工工艺性和储存稳定性效果不是很理想，所以，选用气象法白炭黑进行试验，气象白炭黑主要有亲水型和疏水型两大类，试验结果见图3。

气象白炭黑加入量为树脂量的4%。图3　气象白炭黑对耐湿热老化性能的影响

亲水型白炭黑强度下降的幅度大于疏水型的白炭黑，估计是由于存在亲水的基团，在80 ℃的水浴中，有可能少量破坏胶体性能所导致的。另外，造成下降的幅度比较大，可能与分散方式和分散程度有关。

3.4固化剂对快速耐湿热老化性能的影响

环氧树脂的固化剂琳琅满目，种类繁多，按固化温度分类有低温、中温、高温等种类固化剂；按固化机理分为加成型和催化型。加成型固化剂主要有脂肪胺类、芳香族类、脂肪环类、改性胺类、酸酐类、低分子聚酰胺类和潜伏性胺；催化型固化剂主要有三级胺类和咪唑类。能够满足建筑加固施工工艺、常温固化的固化剂主要有脂肪胺类、芳香族类、脂肪环类、改性胺类和低分子聚酰胺类。本文选用5种常用的环氧树脂固化剂，试验结果见图4。

1)主剂为含10%端环氧基聚氨酯醚增韧剂的双酚A型环氧树脂；2)固化剂为图中的单一的5种固化剂；3)每100g环氧树脂固化剂的用量=环氧值×固化剂的活泼氢。图4　单一固化剂对耐湿热老化性能的影响

脂肪胺固化剂粘度低、毒性小、常温能固化环氧树脂，柔韧性好，但耐温性能不理想；芳香胺活性低，耐热性能好，固化速度慢，但常温下固化不完全；脂环胺粘度低，固化速度适中，耐热耐水性能好，但常温下固化不完全；聚酰胺具有与环氧树脂配合比例较宽，常温使用时间长，固化物韧性好，但耐温耐水解的性能差；改性胺一般为基础胺和有机低分子加加成或缩聚而成胺类固化剂，它能改进和环氧树脂固化物部分性能，但随气温的变化不一定能够满足不同季节的施工要求。因此，为满足建筑加固的施工工艺的要求，同时满足耐湿热老化，需要对固化剂进行改性复配，具体见图5。

聚酰胺固化剂由于分子结构所决定存在先天性的不足，耐温性和耐水性差，本试验没复配；芳香胺、脂环胺耐热性能好，对提高耐湿热老化性能有很大的帮助，脂肪胺和改性胺耐湿热老化性能一般，通过合理的复配能够使得环氧树脂在同一温度下不同的固化速度满足施工工艺的要求，同时满足耐湿热老化性能的要求。

图5　复配固化剂对耐湿热老化性的影响

4结语

1)增韧剂会降低建筑胶粘剂的耐湿热老化性能。

2)偶联剂能够提高建筑胶粘剂的耐老化性能。

3)气象白炭黑会降低建筑胶粘剂的耐老化性能，但疏水型的气象白炭黑对耐湿热老化性能影响小于亲水型的气象白炭黑。

4)固化剂对建筑结构胶粘剂的耐湿热老化性能起到决定性的作用，聚酰胺耐湿热老化性能差不宜做建筑结构胶的固化剂，芳香胺和脂环胺能够显著提高建筑结构胶粘剂的耐老化性能，脂肪胺、脂环胺、改性胺、芳香胺通过合理的复配能够满足快速耐湿热老化性能。

参 考 文 献

[1]四川省建筑科学研究院.GB 50367—2013混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]四川省建筑科学研究院.GB 50550—2010建筑结构加固工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

收稿日期：2015-12-28

作者简介：赖永安(1971—)，男，浙江杭州人，工程师，主要从事建筑胶粘剂的研究及应用。

中图分类号：TU58+1

文献标志码：A

文章编号：1008-3707(2016)04-0059-03

Study on the Fast Aging Performance ofReinforce Glue for Building Structure

LAI Yongan