水下环境用胶黏剂力学性能影响研究

张海雷

（山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600）

0 引言

交通运输是经济发展的命脉，随着经济的不断发展，交通量随之增大，这就要求提高服役桥梁的承载力和安全性；另一方面，地震、泥石流等各种自然灾害及桥梁服役环境的复杂性等因素都对桥梁加固维修技术提出了新的挑战。

环氧树脂（EP）通过与相应的胺类发生固化反应，而形成一种固化物，该固化物性能稳定，且具有良好的黏结性能、耐腐蚀性和耐久性，从而使其在构筑物的加固补强中普遍应用[1-2]。桥梁服役环境错综复杂多为潮湿或水下环境，所以要求环氧类结构胶要有适用不同环境的能力。一方面要求环氧固化物在空气环境中有较高的强度，另一方面要求其适用于以桥墩、基础等水下环境的使用[3-4]。

环氧类胶黏剂配方主要包括：黏结材料、胺类固化剂、活性促进剂，稀释剂和固体填料。而固体填料的主要作用是提高固化物的黏结强度和耐候性，并能有效降低固化物的收缩，降低配方的总成本[5]。

目前对环氧类胶黏剂的研究主要是考虑其在空气中固化情况，对通过改变无机填料因素考察其在水下环境固化力学性能的研究较少。本文考察硅微粉、高岭土、膨润土、碳酸钙、水泥和粉煤灰作为胶黏剂A组分的主要填料，在空气固化和在水下固化的黏接强度，分析各种填料胶黏剂固化物的力学性能，在水下固化的强度损失，并初步分析了水下强度损失的影响因素及填料密度对固化物力学性能的影响。从而对不同种类无机填料作为胶黏剂主要固体填料的性能研究提供理论依据。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

蓝星化工新材料股份有限公司生产的E51环氧树脂（工业级）；河南郑州市金石耐材有限公司生产的400目硅微粉；工业级高岭土、膨润土、滑石粉、碳酸钙、水泥、粉煤灰为太原市永翔顺商贸有限公司购置；南京五金有限公司加工的100 mm×25 mm×1.8 mm型C45号钢片。

上海基玮试验仪器设备有限公司生产的实验养护箱；秦皇岛亿利化工机械有限公司生产的FS-0.4分散机；美特斯工业系统有限公司（中国）生产的CMT4304万能试验机；常熟市天量仪器有限责任公司购置的电子天平。

1.2 结构胶的配方组成

A组分中环氧树脂、各种固体填料等改性剂均按配方配比混合，分散机800转每分钟分散搅拌半小时；B组分加入A组分后，立即真空搅拌脱泡直至颜色均匀一致。

1.3 试样制备及测试

按照《胶黏剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）》GB/T 7124—2008要求制备拉伸剪切试件。空气中固化的拉伸剪切试件，试件按照要求养护后，立即测试，钢片表面光亮并无铁锈；对于水下固化的拉伸剪切试件，各组分在5℃的保温箱中降温至少半小时，并保证温度一致后，立即混合A/B组分，钢片完全在水下完成黏接和养护全过程，养护后的钢片表面无光泽且锈蚀十分严重。

2 结果与分析

各不同固体填料的胶黏剂固化物力学性能测试结果见表1。

表1 不同填料胶黏剂力学性能

对表1的测试结果进行详细分析如下：

填料为硅微粉的胶黏剂固化物强度在空气中固化的情况下，强度未达到标准值，占标准值的97.27%，已经很接近标准值，而固化物的水下强度12.81 MPa，为所有填料胶黏剂的固化物中，水下固化强度最高的配方，且水下强度损失为最小，水下强度损失仅为12.20%，强度损失远低于其他固体填料胶黏剂的固化物。说明硅微粉做填料的胶黏剂，在水下固化十分有利，而空气中固化的固化物力学性能也十分接近标准值。

填料为高岭土的胶黏剂固化物空气中黏接强度为11.51 MPa，与标准强度比值为76.76%，未达到标准，且水下强度较小，仅为4.74 MPa，强度损失较大，达到58.81%，不适合水下使用。因为高岭土做填料的胶黏剂固化物空气中强度未达标，且水下强度损失较大，所以高岭土做固体填料不适合此配方，尤其不适合在水下使用。

膨润土做填料的胶黏剂固化物空气中强度仅为3.32 MPa，仅占标准值的22.13%，是所有固体填料胶黏剂固化物中，空气中固化强度最低的配方，且水下固化物的强度仅为1.42 MPa，也是所有固体填料胶黏剂固化物中水下固化强度最低的配方，且水下强度损失为57.23%，强度损失较高。所以膨润土不适合做此配方下的胶黏剂的固体填料。

滑石粉做填料的胶黏剂固化物空气中黏接强度为15.05 MPa，与标准强度的比值为100.33%，达到标准要求，水下固化物的黏接强度为7.36 MPa，水下强度损失为51.10%，强度损失较大。说明滑石粉适合做空气中使用的胶黏剂固体填料，而在水下使用时，固化物的强度损失较大，不适合做水下使用的胶黏剂固体填料。

碳酸钙做填料的胶黏剂固化物空气中黏接强度为15.53 MPa，与标准强度的比值为103.53%，达到标准要求，且较大幅度超过标准值要求，而水下固化物的黏接强度为7.27 MPa，水下强度损失为53.19%，强度损失较大。说明碳酸钙适合做空气中使用的胶黏剂固体填料，而在水下使用时，固化物的强度损失较大，不适合做水下使用的胶黏剂固体填料。

水泥做填料的胶黏剂固化物空气中黏接强度为15.83 MPa，与标准强度的比值为105.53%，为此配方下所有填料胶黏剂固化物中空气中固化强度最高，而水下固化物的黏接强度仅为2.87 MPa，水下强度损失高达81.87%，强度损失最大。说明水泥非常适合做空气中使用的胶黏剂固体填料，而在水下使用时，固化物的强度损失非常大，不适合做水下使用的胶黏剂固体填料。

粉煤灰做填料的胶黏剂固化物空气中黏接强度为13.67 MPa，与标准强度的比值为91.13%，未达到标准要求，而水下固化物的黏接强度为5.98 MPa，水下强度损失为56.25%，强度损失较大。说明粉煤灰不适合做此配方胶黏剂的固体填料。

高岭土、膨润土和粉煤灰的相对密度较小，而其作为填料的胶黏剂固化物固化强度相对较低，由于此配方是以质量计量，所以三者的相对体积较大，所以密度小可能是导致此配方胶黏剂固化物固化强度较低的原因。水泥作为填料的胶黏剂固化物水下强度损失最大的原因可能是因为水泥在水下与水发生水化反应导致。

3 结语

a）胶黏剂此配方情况下，硅微粉作为EP胶黏剂的填料，水下固化物固化强度最高，非常适合用于水下加固使用；水泥、碳酸钙和滑石粉作为EP胶黏剂的固体填料，适合用于空气中加固使用；而高岭土、膨润土和粉煤灰不适合作为此配方胶黏剂的固体填料。

b）下一步计划对不同比例无机填料混配，以体积计量胶黏剂配方等因素，系统考察不同填料对EP胶黏剂固化力学性能的影响。