建筑工程耐久性建筑结构胶的使用探讨

齐朋

摘 要：简述了随着科学技术的发展，耐久性建筑结构胶凭借其优异的性能，被广泛的应用于结构粘接、装修、密封以及施工安装等领域中。耐久建筑结构胶是十分重要的化学建材之一。介绍了建筑结构胶根据胶粘剂的基体树脂的类型分为环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯和硅酮结构胶，及其各自的性能以及适宜应用的领域;在对石材、玻璃材料、木材和金属材料进行粘接时，在粘接前需要考虑的进行了分析，并对其在建筑工程中的使用进行了分析探讨。

关键词：建筑结构胶;种类;耐久性;选用

中图分类号：TQ436+.2 文献标识码：A     文章编号：1001-5922（2021）11-0036-04

Discussion on the use of Durability Structural Adhesive in Construction Engineering

Qi Peng

（The First Company Of China Eighth Engineering Divsion Co.， Ltd.， Ji nan 250100， China）

Abstract：This paper briefly narrate that with the development of science and technology， durability building structure adhesive is widely used in structural adhesion， decoration， sealing and construction and installation with its excellent performance. Durable building structure glue is one of the very important chemical building materials. They are divided into epoxy， polyurethane， polyacrylic and silicone structure resin according to the type of adhesive matrix resin， their respective properties and suitable applications; in the bonding of stone， glass， wood and metal materials， and their use in construction engineering in this paper.

Key words：building structure glue; type; durability; selection

承受拉伸、压缩、抗弯荷载是建筑结构胶在建筑工程中的主要作用，所以会要求它有较高的力学强度。与此同时，建筑结构胶也要求有较高的耐腐蚀、耐老化等耐久性能。根据GB 50728—2011中的规定可知，若建筑结构胶的设计要求其具有50年的耐久性能，那么必须通过耐长期应力作用和耐湿热老化性能的检验。建筑结构胶主要是用于承重结构的构件粘接，同时要保证其能长期承受设计环境和应力作用。当建筑结构胶应用于受力部件时，通常被粘物本身的强度与胶接接头所能承受的应力是相差不大的，其剪切强度至少要达到5～8 MPa[1]。建筑结构胶对美化建筑物、节省工时、提高施工速度、能源环保、改进建筑物质量等方面都有十分重要的意义。耐久建筑结构胶已经成为十分重要的化学建材之一。本文主要介绍了建筑结构胶的发展历程，以及建筑结构胶的种类和选用，同时对建筑结构的发展方向进行了展望。

1 建筑结构胶的发展历程

1.1 胶粘剂的概述

胶粘剂也被称作粘结剂、粘合剂，具有十分优良的粘合性能。其主要作用是在两种物质的表面之间构成薄膜，从而使两种物质粘接起来，胶粘剂的状态多为膏状或者液态。在现代社会中，胶粘剂被广泛地应用到了多个不同的领域，如包装、建筑、航空、水运、汽车、电子、卫生医疗、机械设备等各个领域。

胶粘剂一般为有机合成材料，其配置原料通常包括固化剂、粘结料、稀释剂、增塑剂、改性剂以及填充剂等。粘结料是胶粘剂的主要组成成分，也被称作粘结物质，它决定了胶粘剂的性能，诸如耐热性、粘接强度、耐介质性、韧性等性能。固化剂的作用是对化学反应进行促进，加快胶粘剂固化。增塑剂的主要作用是改善胶粘剂的韧性，也被称作增韧剂，它的使用可以提高胶接接头的抗剥离能力、耐寒性以及抗冲击能力。稀释剂的作用是对胶粘剂进行分散稀释，降低胶粘剂的黏度，使其更便于施工;同时它还能增加被粘材料和胶粘剂的浸润能力，使胶粘剂的使用寿命延长，它也被称为溶剂。填充剂通常不与胶粘剂中的其他成分发生化学反应，它主要起到增加胶粘剂稠度，提高胶结层的机械性能和抗冲击性能，同时降低胶粘剂的膨胀系数，减少其收缩性。改性剂的添加主要是用来改善胶粘剂的某一个方面的性能。

胶粘剂按照强度特性进行分类可以分为结构型胶粘剂和非结构型胶粘剂，以及次结构型胶粘剂。结构性胶粘剂的强度要求较高，最低也有达到被胶结材料的强度，同時要求其耐热、耐油、耐腐蚀、耐水等[2]。非结构型胶粘剂要求有一定的强度，不需要有较大的承受力，它主要是起到定位的作用。次结构型胶粘剂的各项物理性能处于结构型胶粘剂和非结构型胶粘剂之间。

1.2 结构胶的发展历程

胶粘剂的使用最早可以追溯到数千年前，古人使用淀粉和黏土以及松香等材料制成胶粘剂来使用。距今两千年前的秦长城就是使用石灰和糯米浆粘合作为长城的基石的，这项伟大的建筑工程也成为了中华民族伟大文明的象征之一。此外，在秦俑博物馆中的大型彩绘铜车马的制造过程中，也有用到磷酸盐无机胶粘剂，如图2所示。

另外，我国东汉时期，人们在制作棺木的过程中使用糯米浆糊对棺木进行密封，再加上防腐剂的使用，达到了很好的防腐作用，在马王堆出土的古尸被发现时其关节和肌肉仍然保持了一定的弹性。由此可见中国古代胶结技术是十分高超的。到了20世纪初，人们发明了合成酚醛树脂，推动了胶粘剂进一步的发展。随着科学技术的不断进步，胶粘剂的使用领域也在不断的扩大，它已经成为了现代工业生产中必不可少的技术之一。

目前，我国已经有百余家较大规模的建筑结构胶粘剂生产企业，建筑结构胶的生产技术、种类以及规范标准等都得到了很好的完善和发展，同时建筑结构胶的使用范围也在不断的扩大，包括建筑加固、桥梁、公路修造、飞机跑道、水利工程、隧道、港口码头加固、地下工程等各个方面[3]。室温固化多官能团环氧树脂、改性脂肪胺/脂环族固化剂、互联网络合成技术的应用和发展，尤其是纳米材料的使用，改善了建筑结构胶粘剂的性能，建筑结构胶的应用如图3所示。

2 建筑结构胶的种类和性能

根据胶粘剂的基体树脂的类型可以将建筑结构胶分为环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯以及硅酮结构胶。

（1）环氧树脂结构胶俗称万能胶，它的种类很多，其中使用最多的是双酚A醚型环氧树脂结构胶。它是环氧烷与二酚基丙烷在碱性条件下通过缩聚反应生成的，然后加入一定量的固化剂，在特定的条件下，可以固化生成网状的固化物，使得两种物质能够坚固的粘接起来。环氧树脂结构胶有很多优点：①具有很高的粘接强度，能够与大多数的材料进行粘接，同时还能够使用不同种类的固化剂在加温或者室温条件下固化;②环氧树脂结构胶不含有溶剂，所以可以在接触压力下固化，其反应过程中不会生成小分子，收缩率较小[4];③环氧树脂结构胶固化后的产物还具有优良的电绝缘性、耐油性、耐腐蚀性和耐水性。除此之外，绝大多数高分子材料和填料与环氧树脂结构胶地混溶性都较好，这更加利于改性。当然，环氧树脂结构胶也存在一定的缺陷：①当不添加增韧剂时，环氧树脂结构胶的固化物通常偏脆，其抗冲击、抗开裂、抗剥离性能较差;②环氧树脂结构胶与极性小的分子以及油性金属的粘接能力较差，如聚丙烯、聚乙烯分子等;③环氧树脂结构胶存在一定程度的刺激性和毒性，所以在使用时要注意防护、保持通风;④环氧树脂结构胶固化时会放出热量，其耐候性不太理想。其化学结构如图4所示。

（2）聚氨酯结构胶是由软、硬段合成的嵌段共聚物。其中，软段分子使其具有良好的耐疲劳性和耐冲击性;硬段分子使其具有良好的耐热性能，剥离、剪切性能。根据分子软段和硬段的不同组成比例，可以制得符合不同使用要求的聚氨酯结构胶。聚氨酯结构胶的优点：能与多种基材进行良好的粘接，具有优良的粘接性能、稳定性能，粘合工艺相对简单;此外，其韧性可以进行调节。缺点：其毒性较大，固化时间较长，耐高温性能较差;与环氧树脂结构胶相比，其粘接性能相对较差。此外，聚氨酯结构胶的保存期较短[5]。

（3）聚丙烯酸酯结构胶可以分成两类：一是非反应型结构胶，它是一种热塑性聚丙烯酸酯，或者是某些单体与丙烯酸酯的共聚物。还有一种则是胶过程由化学反应而固化，这类是反应型的聚丙烯酸酯结构胶。非反应型聚丙烯酸酯结构胶中比较典型的就是氰基丙烯酸系列结构胶，通常也被称作万能胶，生活中常见的502胶、501胶、504胶都是这一系列的。这种类型的结构胶对于非金属和金属材料都具有优良的粘接强度，能够应用机械施工和手工，使用起来也十分方便。其缺点是耐热性、抗冲击性差，耐水、耐潮性和耐久性也相对较差，并且这类胶粘剂只能在70～80℃条件下使用。此外，因为它的固化速度过快，无法形成大面积的粘接，并且对人体黏膜也会造成一定的伤害，不能长时间存储，保存期半年左右。而反应型的聚丙烯酸酯结构胶的优点：剪切强度高，抗剥离强度高，抗冲击性能好;其缺点：较脆，有刺激性气味，有一定程度的毒性，耐温性较差，耐溶剂性能较低。

（4）硅酮主要是由二氧化硅和聚二甲基硅氧烷等组成的[6]。硅酮结构胶可以凭借空气中的水分进行固化，从而获得性能优良耐用的胶粘剂，其具有很高的模量和弹性。硅酮结构胶具有较高的拉伸强度，优良的粘接强度，并且其耐潮性、耐候性十分优良，耐温性和抗臭氧、抗震性等性能良好，可以与绝大对多数的材料进行良好的粘接，具有很高的应用价值。不同种类结构胶的性能如表1所示。

3 建筑结构胶的选用

由于不同材料的化学和物理性能不同，所以材料之间的粘接力也不同，因此在选择结构胶时，要尽可能地与建筑材料相适应;同时在进行粘接时，需要对建筑材料进行一定的表面预处理。

在对水泥进行粘接时，通常需要粘接剂可以长时间的防水，同时耐室外热循环，耐候。这种情况下我们可以选择使用环氧树脂胶粘剂，也可以使用添加改性剂的水泥灰浆。在进行粘接操作前，需要对粘接物表面进行充分的清洁处理，确保粘接物表面没有污染物[7]。在对石材进行粘接时，通常可以选用环氧树脂胶粘剂或者不饱和聚酯胶类。使用不饱和聚酯树脂搭配引发剂、促进剂以及其他材料制成的结构胶，能够对石材进行定位和修补。作为结构承载用胶粘剂的干挂胶在使用到石材粘接时，主要起到结构性支撑和固定的作用，其粘接强度较大。它的树脂通常是环氧树脂，在对超薄的石材复合板进行粘接时，通常选用改性环氧树脂结构胶。由于不饱和树脂的耐碱、耐水性差，耐紫外老化性差，遇水遇光会发生开裂、变色、翘起等问题，现在已经逐渐不使用这类胶粘剂了，改性环氧树脂已经逐渐取代这类树脂，被广泛的应用于建筑工程等各个领域。

众所周知，在石材的粘接中，环氧树脂等树脂的有效寿命大约50年，但是石头的寿命几乎是无限的，所以每隔30年左右就应该对其进行拆除、检修[8]。同样在粘接前，需要对材料的表面进行彻底的清洁，石材的粗糙背面能够提升其粘接性能。在对玻璃材料进行粘接时，应该考虑到与其他建筑材料相比，其膨胀系数的差异，所以为了防止玻璃破裂，在选用结构胶时要求其具有足够的弹性，我们通常会选用硅酮胶粘剂。这种类型的胶粘剂断裂伸长率达到了200%，对其进行长时间的拉伸实验，结果表明其破坏伸长率也达到了25%～40%。此外，聚氨酯、环氧树脂等胶粘剂也比较适合用于玻璃材料的粘接[9-10]。在對其进行粘接操作前，需要对玻璃材料表面进行充分的清洁，某些时候还需要使用硅烷对其表面进行涂层。在对木材进行粘接时，由于木材在吸湿和干燥的过程中会发生膨胀和收缩，在选用结构胶时，必须确保其具有一定的柔韧性，通常可以使用聚氨酯结构胶、丙烯酸结构胶、环氧树脂结构胶等进行粘接。在对金属材料进行粘接时，通常会有限选择环氧树脂结构胶来进行粘接，在粘接前对金属材料表面进行清洁处理，可与表面化学处理方法进行结合。在对塑料和增强塑料进行粘接时，通常可以选用聚丙烯酸酯、聚氨酯胶粘剂进行粘接，偶尔也会使用特殊的溶剂型胶粘剂，例如在对PVC与其配件进行粘接时就会用到这类胶粘剂。在对碳纤维增强胶接材料进行粘接时通常选用环氧树脂结构胶。

4 结语

我国建筑行业发展迅猛，对建筑的质量要求和美观要求也在不断提升，这也对建筑结构胶的各项性能有了许多新的要求，建筑结构胶粘剂的发展方向逐渐趋于高性能化、专门化、功能化。随着现代社会的可持续发展的要求，以及生态文明建设和节能环保的建设理念，建筑结构胶粘剂的主流产品逐渐被水基型、热熔型、无溶剂型、对环境友好安全无毒的结构胶所取代。随着建筑结构胶粘剂使用的越来越广泛，需要一套完整的统一的检测方法和技术，这样才能够使得整个行业更加健康的发展，对社会起到更加积极的作用。

参考文献

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