环氧树脂胶粘剂在建筑结构设计中的应用

万爱国

(河南省洛阳市建设工程造价定额站，河南 洛阳 471000)

近年来，中国的社会事业和经济发展都在飞速的提升，随着人们生活水平的提高，高楼大厦随处可见，建筑工程行业的发展对新型的建筑材料的要求随之越来越高；同时，我国传统的建筑材料越来越不能满足我们技术发展的需要。环氧树脂胶粘剂作为一种新型的建筑加固粘接剂就呈现在我们的面前，这种新型的胶粘剂有着耐水、耐腐蚀、强度高、性能好的优点，在粘接钢加固，密封灌缝，植筋锚固等方面成为主要的应用材料。为更好地让环氧树脂胶粘剂应用在建筑结构中，探讨环氧树脂胶粘剂的应用，为今后环氧树脂在各领域的实际应用奠定基础。

1 环氧树脂建筑用胶粘剂

环氧树脂胶粘剂是有着优良性能的结构型建筑胶粘剂，我国1966年就开始在建筑结构工程中使用了环氧树脂胶粘剂。而国外则是从20世纪50年代起，把新、旧混凝土层之间表面及新、旧水泥砂浆层的粘接问题使用环氧树脂胶粘剂有效地解决了，更彻底的解决了粘接层表面因为湿度，水分等产生的问题，开辟了环氧树脂新市场，得到了大量的使用。我国则是经过多年的实际考核和应用，证实了在建筑工程中的环氧树脂胶粘剂结构作用及粘接效果的稳定可靠性。国内现在也在修补及粘接混凝土构件上广泛使用环氧树脂胶粘剂，在起到力学结构作用的同时保护损坏的混凝土开裂部分的钢筋不受到锈蚀。使用环氧树脂胶粘剂来对预应力各种钢筋混凝土制品进行粘接和补强，比如：桥梁、大坝、闸门、电杆等提前制好的构件的修补，而在生产中或使用中出现的破损、裂缝部分，对提高这些产品的合格率，环氧树脂胶粘剂就成了不能缺少的重要材料。建筑结构工程中使用的环氧树脂胶粘剂大致上可分为几类。

1.1 建筑物的修补

建筑物也常常出现问题，尤其是使用中的建筑物，混凝土结构部分也经常会出现裂缝，还有可能因为接缝地方处理不好的原因产生水渗漏的现象。这些都体现在屋顶、墙面楼板，地下室、立柱、高架桥面等等地方；这些小问题日积月累就成了大问题，会毁坏掉建筑物，影响人民的生活以及生产，而这些裂缝以前都是用沥青来进行修补。用沥青必须要在干燥的表面才能进行修补，修补后的力学分布状态又和其他部分不同，无结构效果，长期就会发生受力面开裂，结构强度下降等问题。而环氧树脂胶粘剂就可以在湿润的表面进行使用，而且在水中环氧树脂胶粘剂还能固化，可以在出现水渗漏问题时及时进行修补，不需要等待干燥、天气干燥后才能修补。环氧树脂胶粘剂在水利工程中常用来给大坝进行水下修补，被广泛应用在水泥船、码头以及桥梁的修补，在实际使用中得到了很好的效果。这类环氧树脂胶粘剂在建筑结构中使用的也很广泛，因为经过它的修补，建筑结构还保持着原来的整体性，保持构件还有原来的性能。

1.2 建筑设施的修补

一般家庭中，卫生间的卫生洁具、墙砖、地砖、瓷砖、浴缸、洗漱池等大多都是陶瓷制造的，多数都处于湿润的空气中，常常被水所染；而环氧树脂胶粘剂可以在湿面以及水里固化，适合用在建筑陶瓷设施上。人们日常生活中，如使用不当或者不小心都会造成洗漱池的棱角破损和产生裂缝、人造大理石洗漱池产生裂缝，以前用水泥砂浆进行修补后的效果不好而报废，现在用环氧树脂胶粘剂进行修补，调色后进行粘接，修补后的样子基本是可以和原来的样子一样的，操作方便简单，价格不贵，价值较高的大理石洗漱池就可以继续使用了，避免花更多的钱。

1.3 混凝土的“整体工程”粘接

混凝土工程中，所有组成的构件都是提前定制好的，不可能现浇制成，即使现浇制成也不可能一次性浇筑出一个大型的整体结构，因为大型的水泥混凝土工程，比如水库大坝、桥梁码头、海上油田等工程，都是要求各个水泥混凝土构件连接在一起，让整个结构工程成为一个大整体，保证力学上的稳定性，所以混凝土构件的连接部位整体性就必须要提高和解决，成为了混凝土工程中很重要的研究课题。以前我们都是用新拌和的水泥砂浆加上混凝土对准备好已硬化的混凝土构件进行粘接，但是这种粘接强度很低，短时间就会发生粘接层分离脱落现象，不持久。此时，环氧树脂胶粘剂就很好地解决了这一问题，经过研究测试抗拉强度和粘接强度，环氧树脂胶粘剂在已经硬化的混凝土构件和水泥砂浆表面之间的粘接，在受力情况下胶粘剂层并没有被拉断，证明了环氧树脂胶粘剂的结构作用，胶粘剂层的强度比水泥混凝土材料的抗拉强度还要高。环氧树脂胶粘剂解决了水泥混凝土构件之间的粘接问题，让整体结构更加稳定，在建筑工业中的广泛使用，推动建筑工业和大规模整体工程发展。比较有名的悉尼歌剧院的屋顶、日本东京成田机场都是用环氧树脂胶粘剂粘接建筑构件来实现整体结构的。

1.4 水泥制品的修补

环氧树脂胶粘剂对水泥制品的修补也是最有效的，很多企业专门生产各种水泥管、建筑构件、桥梁构件，这些水泥制品在生产和运输途中，经常受到磕碰，产生一些磕损和裂缝，影响了外观，产生了渗水等不好的效果；但其不影响水泥制品的结构性能。这时候使用环氧树脂胶粘剂进行修补，让这些小问题都不在成为问题，修补后长时间的自然变化，修补处还可以保持原样，节省费用，提高使用率和寿命，有很好的经济效益。对出现渗漏问题的水泥管壁进行修补，改变了要等修补表面干燥才可以修补的情况，有效的提升了工效。

1.5 材料的粘接

建筑中的主体重要，装饰工程也重要，有些高档建筑的装饰造价都要和建筑物主体工程的价格相当了，有时候还可能超过。如吊灯的装修、很大很重的装饰灯具、中央空调管道安装等，这些装饰工程施工过程不允许用钉联接机固定的。而使用环氧树脂胶粘剂来定位和连接，就可以简化工程的安装工艺，使其结构稳定、牢固。现在，在建筑工程中已经大量采用了环氧树脂胶粘剂来固定金属结构件和金属吊顶等承重构件，这样能节省时间还节省木材，安装工艺也简化了许多，性能可靠。早前，上海有一项重大的景观建设工程也使用了环氧树脂胶粘剂。调查显示，使用环氧树脂胶粘剂的几个工程，经过几年的实地检测，没有出现问题，可靠安全，没有微小移位。

2 环氧树脂胶粘剂原理

2.1 环氧树脂胶粘剂

环氧树脂是环氧树脂胶粘剂的主要材料，因为环氧树脂结构中含有活跃的环氧基团分子，用芳香族、脂肪族、脂环族等有机化物做为基架，同环氧基团产生交联反应就得到了有热固性产物的高分子低聚体，还有和很多种固化剂反应后得到的不溶性三向网状结构的高聚物。环氧树脂胶粘剂最早出现是在1983年，用于建筑构件的加固修补与连接上。环氧树脂对于非极性热塑性塑料粘接性能不好，比如聚烯烃这种；但是对于金属材料、非金属材料，还有热固性塑料有着非常好的粘接性能，有着“万能胶”之美称。之后，环氧树脂胶粘剂就被大量使用在航天、机械、汽车等等领域，而在建筑领域中也是使用最为多的建筑胶粘剂。

2.2 环氧树脂胶粘剂优缺点

..环氧树脂胶粘剂优点

(1)环氧树脂中所含的化学分子结构紧密、力学强度大、内聚力强，所以它具有优异的力学性能；

(2)环氧树脂胶粘剂可以通过对配制的比例进行优化，以对其性能进行改良，生产出满足所需的功能，满足日常生产所要的基本工艺性能；所以环氧树脂、固化剂，改性剂的品种多样；

(3)环氧树脂和有机物以及无机物混合后有着良好的相容性和反应活性；

子弹外形为轴对称,且为近地抛撒,设弹轴速度与速度方向一致,由此可建立子弹三自由度质点弹道仿真模型,加入随机模型,对子弹从抛撒到着地的整个过程进行数值仿真。

(4)环氧树脂胶粘剂中含有多种极性基团和很高的活性环氧基，所以才能和很多种建材进行牢固的粘接，包括金属、玻璃、水泥、木材、塑料等，都可以在表面上产生很强的粘接力，粘接强度也很高，所以环氧树脂胶粘剂粘接性能很优异；

(5)环氧树脂胶粘剂加固连接的构件不会出现受力面积集中在一处的现象。很多焊接和铆接都受力不均，而环氧树脂胶粘剂就不会，且可以更好地提高建筑构件的整体性、耐疲劳性和抗裂性，所以受力均匀也是环氧树脂胶粘剂的一个优点；

(6)一般的建筑胶粘剂在固化后收缩的比率都有3%～4%左右，很大； 而环氧树脂胶粘剂固化后的体积收缩比较小，为1%～2%左右。环氧树脂胶粘剂同时还有着比较小的线性热膨胀系数，对粘接性能影响小，蠕变量小，粘接建筑结构的稳定性也好，所以固化体积收缩率较小也是它的优点之一；

(7)环氧树脂胶粘剂可以不受很多种介质的腐蚀，有着良好的耐腐蚀性和耐电性之优点；

(8)环氧树脂胶粘剂的原料环氧树脂和改性剂、固化剂的来源比较广泛，而且产量多，操作简单方便，生产方法也简单，可以大规模生产使用。

..环氧树脂胶粘剂缺点

(1)实现粘接时候必须对粘接的东西进行表面活性处理，比如在对聚乙烯、氟塑料、聚丙烯等材料粘接时，需要进行处理后才能粘接；

(2)普通的环氧树脂胶粘剂固化后也有着不耐冲击，比较容易剥离，比较脆的地方存在；

(3)环氧树脂胶粘剂在施工现场使用时候要注意防护和通风处理。因为环氧树脂胶粘剂的某些改性剂和固化剂有一定的刺激性和毒性，容易挥发，在实际加固工程的时候一定要做处理，或者就选择好的避免使用带刺激类的。

3 环氧树脂胶粘剂的主要组成

3.1 环氧树脂

环氧树脂在没有加入固化剂的时候，加热是不会发生固化的。当加入固化剂后可以发生交联反应，变成不熔、不溶体型结构的三向网状高聚物。而什么是环氧树脂呢？环氧树脂就是大分子主链之内有2个或2个以上环氧基的缩聚物，这就是环氧树脂。加入固化剂就是环氧树脂胶粘剂，固化后的环氧树脂化学、物理性能优良，对于金属等材料都有很好的粘接性。而环氧树脂也有分类，按照化学结构可以分为6类：缩水甘油酯、缩水甘油胺、缩水甘油醚、新型的环氧树脂、脂肪族环氧树脂和环氧化烯烃类。环氧树脂的原理结构，其中有醚键和羟基，极性基团环氧基，可以让环氧树脂胶粘接力更强，力学性能更好，且能广泛投入和应用在建筑结构胶领域中。表1是双酚A型环氧树脂技术参数，选择的是几种有代表性的。

表1 双酚A型环氧树脂技术参数

3.2 固化剂

固化剂在环氧树脂胶粘剂中有着至关重要的作用，它影响着固化后的环氧树脂胶粘剂的耐腐蚀、耐介质、强度等工作性能。鉴于环氧树脂在单独加热时不会固化，未固化后的环氧树脂不可以在建筑结构中投入使用，所以环氧树脂胶粘剂必须加入固化剂，这样可以在一定的条件下发生固化反应，变成有三向交联网状结构的高聚物，呈现优良的工作能力，成为在建筑工程中使用的环氧树脂胶粘剂。

4 环氧树脂胶粘剂配制施工时注意事项

首先就是不要在阴雨潮湿的天气进行施工作业。调配环氧树脂胶粘剂的时候，一定要带上口罩手套，因为固化剂是有毒的，必须要在空气流通的地方进行调配，不然会中毒。调配胶粘剂所使用的的一切工具都要干燥无水分，环氧树脂若粘到手上时，立刻擦掉，然后用温水、肥皂洗净，长时间粘在身上，对身体不利。调配时使用的稀释剂都是容易挥发的液体，千万不能靠近火源，防止发生火灾。调配时的数量要严格按照配比进行调配，不能马虎，一旦出错调制成的胶粘剂就不能使用了。调配完成后要记得立即把瓶口盖上，以防挥发。调配时所用到的一切工具，都要在使用后立即清洗干净，若放置时间长，胶水凝固，工具就无法使用。

5 环氧树脂胶粘剂在建筑结构设计中的应用

选择几个不同的工程和设备零件中使用环氧树脂胶粘剂，解决工程中缺乏材料的问题，比如修补混凝土的裂缝、耐酸地坪的施工、粘接断裂的构件、设备零件粘接等，还有机工处的一台有很多内套级管漏油的油压冷却器，设备正等着安装，使用石棉绳堵塞没有效果，电焊也没办法进行，则用环氧树脂胶粘剂就能将漏油管处全部粘接好。经过测试，完全符合使用要求。环氧树脂胶粘剂在施工时的应用图，如图1所示。

图1 环氧树脂胶粘剂在施工时的应用

施工中已经应用环氧树脂胶粘剂的实例，具体如表2所示。由表2可知，经过实际使用发现，使用环氧树脂胶粘剂修补混凝土产生的裂缝，粘接设备构件、施工地坪，不仅效果好，而且价格也经济实惠，环氧树脂胶粘剂今后的发展前途也是很大的。

表2 施工实例

6 结语

结合上文来看，我国建筑业对于环氧树脂的使用需求在大幅度的增加，我国2002年的时候，环氧树脂的需求量就已经达到了29万t以上了，目前对环氧树脂的需求量更加大了，建筑行业在我国经济发展中起着经济支柱的作用，民用建筑的大规模建设，需要大量的建筑材料，对高分子材料的数量需求更多，各种混凝土、水泥工程都在大量增加，这些都需要应用到合成高分子材料，我国环氧树脂胶粘剂用在建筑结构工程上的使用还没有做到很好，需要做更多的研究，让环氧树脂胶粘剂在建筑结构上有更有效的使用方法，今后几年将是我国环氧树脂胶粘剂应用技术在建筑领域深入发展和普及的阶段。