桥梁加固用环氧结构胶开发研究

林 浩

（山西省交通科学研究院，新型道路材料国家地方联合工程实验室，山西 太原 030006）

桥梁加固用环氧结构胶开发研究

林 浩

（山西省交通科学研究院，新型道路材料国家地方联合工程实验室，山西 太原 030006）

考查了自制腰果酚改性胺类水下用环氧树脂固化剂与QS-1622T型空气中用固化剂不同比例复配，QS-030N型增韧剂和QS-P24F型增韧剂复配，并调配助剂及填料比例，考查各配方在桥梁加固中空气中及水下固化力学性能。结果表明，QS-030N型增韧剂增多，潮湿表面粘接水下固化抗剪强度减小；自制固化剂与QS-1622T固化剂复配，水下抗剪性能增强；自制腰果酚改性胺类固化剂适用于对抗剪强度要求较高的桥梁加固环境，且其与1622T复配后可发挥更高拉伸强度和水下抗剪强度。

桥梁加固；结构胶；固化剂复配；水下固化；环氧树脂

20世纪70年代，地震的破坏及交通量的增大、车辆荷载的增加，给桥梁加固提出了更高的要求[1]。日本阪神大地震后，道路、桥梁等建筑物的修复和加固又推动了环氧树脂类建筑加固结构胶的快速发展[2]。经过30多年的发展，环氧结构胶的胶种、固化剂、各种助剂及填料发展十分迅速[3，4]。

桥梁加固部位的不同，对环氧树脂结构胶提出不同的要求，如桥上表面加固只需要空气中固化的胶种，桥底面加固需要潮湿表面可固化的胶种，水下桥墩的加固则需要可水下固化的胶种[5]。环氧树脂所用固化剂种类、助剂和填料对胶粘剂的性能起着重要作用[6]。腰果酚对环氧树脂胺类固化剂改性，可降低胺类固化剂黏度，提高低温固化和水下固化效果[7～9]，胡家朋等[10]利用腰果酚对胺类固化剂改性，也证实了这一观点。QS-1622T型固化剂具有黏度低，流动性好，能够完全填充缝隙，且常温固化速度快等优点。QS-030N型增韧剂，具有良好的增韧作用，可提高固化物的综合力学性能和粘接性能。QSP24F型增韧剂可提高固化物的柔韧性、耐磨性和胶粘剂的剥离强度，尤其适合制备常温固化的弹性环氧胶。本文考查自制腰果酚改性胺类水下用环氧树脂固化剂与QS-1622T型空气中用固化剂不同比例复配，QS-030N型增韧剂和QS-P24F型增韧剂复配，并调配助剂及填料比例，考查各配方的力学性能及水下固化效果。根据测试结果，筛选出性能较优的结构胶配方，开发出适用于桥梁不同部位加固用环氧树脂结构胶。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

E-51环氧树脂（EP），工业级，蓝星化工新材料股份有限公司；自制腰果酚改性胺类水下用环氧树脂固化剂；QS-1622T固化剂、QS-P24F增韧剂、QS-030N增韧剂，工业级，北京金岛奇士材料科技有限公司；38 μm硅微粉，工业级，河南郑州市金石耐材有限公司。

FS-0.4试验用分散机，秦皇岛市亿利化工机械制造有限公司；CMT4304型微机控制电子万能试验机，美特斯工业系统（中国）有限公司。

1.2 制备工艺

A组分中环氧树脂、增韧剂、填料和稀释剂按表1配比混合，用高速分散机分散均匀；B组分中固化剂按表1比例混合，高速分散机分散均匀；B组分按比例加入A组分中，分散至胶体均匀细腻，然后真空搅拌脱泡。结构胶配方见表1。

1.3 试样制备及测试

拉伸试件和弯曲试件制备按照GB 2567—2008中尺寸浇筑于相应模具中，振荡消泡，室温养护7 d后拆模，试件样图及尺寸如图1A和图1C；压缩试件的制备按照GB2567—2008中Ⅱ型小圆柱体试件尺寸（高25 mm，直径10 mm），浇筑于相应模具中，振荡消泡，试件样图如图1B。空气中固化的拉伸剪切试件按照GB 7124—2008要求，粘接面长度为12.5 mm，宽度为25 mm的钢对钢拉伸剪切，试件样图如图1D，潮湿表面粘接水下固化的拉伸剪切试件按照GB 50728—2011要求，将粘接面润湿，湿布除去表面明水，涂胶粘接，固定于模具中，静水下养护7 d，晒干3 d，水下浸泡30 d，立即进行检测，试样样图如图1D。

表1 结构胶配方比例Tab.1 Formulation composition of structural adhesive

图1 环氧结构胶力学性能测试试样Fig.1 est specimens for mechanical property of epoxy structural adhesive

2 结果与分析

2.1 测试结果

通过美特斯CMT4304型电子万能试验机测试，测试速度为2 mm/min，环氧结构胶性能测试结果见表2。

表2 各配方结构胶测试结果Tab.2 Test results of structural adhesives with different formulations

2.2 结果分析

对比GB 50728—2011以混凝土为基材，粘接钢材用结构胶基本性能判定标准及湿面施工、水下固化型结构胶基本性能判定要求对测试结果进行分析：

①弯曲强度均达到A类胶标准，其中4#和9#远超出A类胶标准值，可能是该组配方胶体性能较好，模量高，且抗弯性能易达标，所以该组试件弯曲性能均达标；

②只有8#的抗剪强度达到A类胶标准，1#、2#、6#和9#接近A类胶标准，3#和4#与A类胶标准值相差很大，原因是填料增多，稀释剂增多的情况，降低了结构胶与金属之间的粘接力，导致其抗剪强度较弱；

③1#和5#的压缩强度达到A类胶标准值，2#、7#和8#与A类胶标准值相差很大，原因是用“固1”固化的环氧树脂的抗压性能较高，与“自”复配后，其压缩强度不同程度降低；

④1#、2#、3#、4#、6#、7#和8#的拉伸强度达到A类胶标准值，5#和9#未达标，原因是“固1”固化的环氧树脂拉伸强度较低，与“自”复配后，固化环氧树脂的抗拉性能显著提高；

⑤断裂伸长率均未达标，4#和7#接近标准值，原因是该组结构胶配方增韧效果较差，胶体脆性较大；

⑥拉伸模量均超过A类胶标准值，5#模量最高，4#和8#模量稍低，环氧树脂模量偏大，且“固1”固化的环氧树脂模量大，“固1”与“自”复配后，拉伸模量降低；

⑦湿面施工、水下固化钢对钢抗剪强度远超过合格指标，3#和4#固化效果较佳，说明“固1”与“自”复配后，显著提高湿面施工、水下固化钢对钢抗剪强度。

⑧填料增多，稀释剂增多的情况，胶粘剂的抗剪强度下降；“增2” 增多，潮湿表面粘接水下固化钢对钢抗剪强度抗剪强度有减小趋势；“固1”与“自”复配后压缩强度降低，抗拉强度提高，拉伸模量降低。

3 结语

（1）空气中固化的结构胶弯曲强度、拉伸强度和拉伸模量易达到GB50728—2011标准A类胶标准值；压缩强度、抗剪强度和断裂伸长率还有待进一步提高；

（2）潮湿表面粘接水下固化钢对钢抗剪强度远超过合格指标，且QS-030N型增韧剂增多，其抗剪强度有减小趋势；

（3）自制腰果酚改性胺类水下用环氧树脂固化剂低于QS-1622T型固化剂空气中固化环氧树脂的抗拉性能，1622T适合用于抗拉和抗压有较高要求空气中的桥梁加固环境，但不适合用于对伸长率和抗剪强度有高要求和水下桥梁加固环境；

（4）自制腰果酚改性胺类水下用环氧树脂固化剂适用于对抗剪强度有高要求的桥梁加固环境，且其与1622T复配后可发挥更高拉伸强度和水下抗剪强度。

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Abstract：Through compounding the curing agents (homemade cardanol modified amine curing agent for underwater curing and QS-1622T curing agent for curing in the air), compounding the toughening agents (QS-030N and QS-P24F), and adjusting the weight ratio of additives and filler, the mechanical properties of various formulations cured in the air or in underwater condition were investigated, The results showed that as increasing the QS-030N amount, the shearing strength decreased for underwater curing. Compounding the homemade cardanol modified amine curing agent and QS-1622T curing agent increased the shearing strength for underwater curing. The homemade cardanol modified amine curing agent was suitable for requirement of higher shear strength. And compounding the homemade cardanol modified amine curing agent and QS-1622T curing agent can increased the tensile strength and the shearing strength for underwater during.

Study of epoxy resin structural adhesive for bridge reinforcing

LIN Hao
(National and Local Joint Engineering Laboratory of New Materials in Road, Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030006, China)

bridge reinforcing; structural adhesive; compounding of curing agent; underwater curing

TQ433.4+37

A

1001-5922（2017）03-0050-04

2016-09-21

林浩（1988-），男，硕士，工程师，研究方向：道路与桥梁。E-mail：463368678@qq.com。