建筑结构胶抗冲击剥离性能研究

吴健涛，陈炳耀，姚荣茂，全文高，冼丽屏

（1. 广东阜和实业有限公司 广东 中山 528325）

（2. 广东三和化工科技有限公司 广东 中山 528429）

关键字：建筑结构胶；抗冲击剥离；环氧树脂；固化剂与增韧剂。

0 引言

改性环氧树脂类建筑结构胶综合性能稳定、施工工艺简洁高效，凭借优异的机械粘接性能一直独霸建筑胶粘剂市场。近年来，国家层面连续出台的《建筑结构加固工程施工质量验收规范》和GB50367《混凝土结构加固设计规范》都一致对建筑结构胶性能指标提出了严格的要求，房屋验收中重点检查建材结构胶施工后的抗冲击剥离性，以此判定建筑的牢固情况。试验过程围绕结构胶抗冲击剥离性能，研究环氧树脂类建筑结构胶树脂、填料以及固化剂等型号、用量的选择，总结出提升建筑结构胶综合性能方法。

1 试验部分

1.1 试验原料与设备

原料：液体环氧树脂，山东德源环氧科技有限公司；增韧剂（KH-07A）、改性胺固化剂（CP-05G），大连凯华新技术工程有限公司；石英粉等无机粉末填料，辽宁海城越芳矿产粉体制造有限公司；环氧活性稀释剂（LS-692），湖北绿色家园材料技术股份有限公司；气相白炭黑（BET=150m2/g），卡博特（中国）投资有限公司。

仪器：BSA2201 电子分析天平，南京莱步科技实业有限公司；LE5105 电子万能试验机，力试（上海）科学仪器有限公司；FLZ200 真空脱泡分散机，江阴鑫隆化工机械有限公司；SG-5A超级恒温水箱，常州恒隆仪器有限公司。

1.2 样品制备

首先按照工艺量逐一投入液体环氧树脂，增韧剂、消泡剂和环氧活性稀释剂，开启分散设备搅拌均匀；然后根据结构胶定位分别投入石英粉、气相白炭黑等填料，高速搅拌25min 左右制得结构胶的A 组分；最后，将硅烷偶联剂和改性胺固化剂按照配方量比例加一起，充分搅拌均匀后制出结构胶的B 组分。

1.3 性能测试

建筑结构胶的粘接与胶体性能，按照GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》方法测试，测试项目包含结构胶的拉伸、粘接、弯曲和压缩等性能；

建筑结构胶的抗冲击剥离与加速湿热老化性能，参照GB 50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》标准检测，通过T 形冲击剥离试样测试，判断样品韧性优劣。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂的影响

环氧树脂建筑结构胶的主要成分有环氧树脂及其复合体系、增韧剂、固化剂、填料等原料配置而成，其中环氧树脂比例高达30%~50%，其种类或用量对结构胶最终性能的影响非同小觑。为了验证环氧树脂不同种类和配比对建筑结构胶冲击剥离性能的影响，本试验研究过程中在其余成分不变情况下，分别选用了E-51、E-44、双酚F 环氧等3 种环氧及其混合物制备出7 个试样，并进行冲击剥离性能检测，结果如表1 所示。

表1 环氧树脂种类对冲击剥离性能的影响

由表1 数据可以看出，环氧树脂品种选用对建筑结构胶的冲击剥离性能具有直接性的影响。试验发现，E-44 环氧树脂机械粘接性能最好（E-51 次之），所制备的胶体收缩率低，无论是单独或混合使用均能到达A 级胶的标准；F（830）环氧树脂性能最差，不宜单独使用。实际生产中除了工艺性能还要结合成本方面考虑，E-44 环氧树脂虽然粘接性能最好，但是原料价格比较高。结合上述表1 试验数据，笔者建议以E-51 和E-44 搭配使用性价比更高，搭配值以=4:1 为宜。

2.2 填料的影响

建筑结构胶填料不仅仅是降低结构胶生产成本需要，而且赋予了结构胶某些特殊性能满足消费者各项要求，所以填料的种类、填料添加量等都会影响到建筑结构胶的冲击剥离强度。本次试验以石英粉为填料，在在其余原材料型号与配比不变的情况下，通过增减石英粉的用量考查建筑结构胶冲击剥离强度的变化过程，试验数据详见表2。

表2 填料添加量对冲击剥离强度的影响

由表2 数据可以看出，建筑结构胶胶粘剂体系中不加补强填料，所制的结构胶冲击剥离性能是不合格的。填料的加入可以降低胶体的收缩率、提高机械强度等性能，最终提高建筑结构胶的冲击剥离强度。但硬质填料用量不断增加的同时，结构胶的刚度和弹性模量会也会持续增加，结构胶的冲击剥离强度在填料量超过60%后逐渐下降。为兼顾结构胶的生产成本以及粘接、冲击剥离等性能，笔者建议建筑结构胶胶粘剂需加入50%~60%石英粉填料为宜。

2.3 增韧剂的影响

从试验可知，建筑结构胶生产体系必须加入填料才能达到良好的冲击剥离性能。为此，以下试验均在加有填料的基础上进行研制比较。环氧树脂建筑结构胶虽然粘结性能优异，但受环氧树脂自身局限性的影响，胶条固化后经常出现弹性低、柔韧性差等力学质量问题，急需在生产体系同引进增韧剂提高胶条柔韧性，达到提高承载强度、增强延长率的目的。表3 数据表示，增韧剂不同用量对建筑结构胶冲击剥离强度的影响。

表3 增韧剂添加量对冲击剥离强度的影响

由表3 数据可以看出，未添加增韧剂的建筑结构胶剥离长度95mm（剥离性能不合格），只要加进少量的增韧剂就明显减少近50%，这说明结构胶体系中加入增韧剂可以显著的提高胶的冲击剥离性能。但增韧剂也不是越多越好，过量的增加增韧剂会对结构胶体系的内聚强度造成影响。综上考虑，为了研制出最好的冲击剥离性能结构胶，添加25%~30%的增韧剂最佳。

2.4 固化剂的影响

环氧树脂建筑结构胶受环氧树脂性能的影响，决定固化剂成分在胶粘剂体系中的重要性。固化剂作为影响结构胶冲击剥离性能最重要的决定因素，只要选择适当的品种和用量，才能达到提高结构胶冲击剥离强度意义。为了进一步验证不同品种固化剂对结构胶冲击剥离性能的影响，试验中分别选用了7 种不同的固化体系，研究不同固化种类单独使用或搭配使用对结构胶冲击剥离性能的影响，结果见表4。

表4 固化剂种类对冲击剥离强度的影响

由表4 数据可以看出，建筑结构胶B 组分中固化剂单一品种使用时，环氧化合物加成多元胺固化剂所制结构胶比其他固化剂体系制胶的冲击剥离性能都要好，迈克尔加成多元胺固化剂所制结构胶冲击剥离性能稍差些，而曼尼期碱固化剂所制结构胶冲击剥离性能不合格。这是因为环氧化合物加成多元胺固化剂在生产体系中通过与环氧树脂等化合物反应后，生产韧性较好的长链状分子结构。此外，如果不同固化剂体系复配使用时，明显的弥补了曼尼期碱冲击剥离性能不足的缺陷，增长补断协调效果十分显著。综合考虑，本试验优选多种固化剂体系复配使用，所制备建筑结构胶不仅冲击剥离性能超过A 级，而且湿热老化性也表现十分优异，有效的克服了潮湿环境下施工和固化难题。

3 结语

（1） 建筑结构胶加入无机填料可以明显提高抗冲击剥离强度，但超额度的填料用量又会造成结构胶粘接能力下降，影响到建筑结构胶的冲击剥离性能，将填料量控制在50%~60%之间为宜。

（2） 增韧剂对提高建筑结构胶的冲击剥离强度是非常有效的，不同用量所制结构胶性能差异非常明显。但增韧剂也不是越多越好，经试验发现25%~30%的增韧剂用量可研制出最好的冲击剥离性能结构胶。

（3） 固化剂种类的选择对结构胶的冲击剥离性能起到关键作用，不同固化剂体系间复配使用具有良好的协同效果。试验中，曼尼期碱固化剂单独使用时剥离性能不达标，但复配迈克尔加成多元胺一起使用的话，显著的提升了结构胶的冲击剥离强度。