环氧树脂结构胶的特性与建筑加固应用技术

安亚强,徐 洁

(陕西工业职业技术学院 土木工程学院,陕西 咸阳 712000)

目前,我国经济在不断的发展,在人们生活水平不断提高的背景下,随处可见高楼大厦,建筑工程行业发展对于新型建筑材料要求也在不断提高[1]。另外,我国传统建筑材料已经无法满足对技术的发展需求。为了能够使环氧树脂结构胶应用在建筑加固中,分析环氧树脂结构胶的使用,从而为环氧树脂在各领域中的使用打下基础[2]。

1 环氧树脂结构胶的性能

根据环氧树脂结构胶的用途分为锚固用、加固用、修补用等;根据施工状态划分为涂覆用、灌注用与特殊型建筑结构胶。国内环氧树脂建筑结构胶的品种包括结构灌注胶、粘钢加固结构胶、植筋锚固胶等。环氧树脂结构胶的特点为:建筑结构胶固化时间段,能够在应急抢修工程的加固、补强中使用;粘接工艺简单,施工速度快、操作方便、工期短、效率高;粘接处受力均匀,不容易出现应力集中情况,具有良好的整体性和耐疲劳抗裂性;粘接强度高;能够粘接不同性质材料[3]。

1.1 实验材料

主要实验材料:环氧树脂(工业级,环氧值0.48～0.54 ep/g)、体积分数8%羟基硅油(工业级)、甲苯二异氰酸酯(工业级)、促进剂2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(分析纯)、催化剂二月桂酸二丁基锡(分析纯)、试剂二甲苯(分析纯)、指示剂溴甲酚绿(分析纯)。

主要实验仪器:红外光谱仪、电子天平秤、扫描电子显微镜等。

1.2 实验方法

合成端异氰酸酯有机硅氧烷,然后进行环氧树脂除水和冷却,直到温度降低为40 ℃。最后,将真空解除,充分搅拌,在烧瓶中放入预聚体,利用恒压低液漏斗升温,温度在90 ℃时保温2 h后出料[4]。

2 实验结果与分析

2.1 有机硅掺量对吸水率的影响

在对环氧树脂建筑结构胶性能检验过程中,吸水率为主要指标。在检验环氧树脂建筑结构胶性能时,主要指标为吸水率。在吸水率高时,材料会出现内应力,使力学性能、耐热性能降低,还会对老化性能有影响;表1为固化收缩率实验结果。

由表1可知,对比纯环氧树脂建筑结构胶,改性环氧树脂建筑结构胶具有较大的收缩率[5]。如果有机硅的含量不断提高,还会使改性环氧树脂建筑结构胶的收缩率得到提高。导致出现此情况是因为环氧树脂建筑结构胶添加有机硅的时候,会增加胶粘剂交联密度,使固收缩效果增加。在加入量越大的时候,就会有明显的加固收缩,增加收缩率。吸收率变化趋势和收缩率相反,改性环氧树脂建筑结构胶时吸水率比较小。在增加有机硅含量的时候,就会降低吸水率[6]。此主要是因为有机硅表面能低,就会有很大变化,比如迁移、富集等,导致环氧树脂表面性能改变。另外,因为改性环氧树脂建筑胶存在憎水性,导致存在上述变化趋势[7]。

2.2 力学性能影响

水泥地裂缝修补材料的力学性能比较强,使修补效果得到提高。冲击强度如图2所示,在有机硅含量提升的过程中,断裂伸长率和抗击强度的变化趋势都是先增加之后降低[8];但二者变化趋势不同。在有机硅含量比较少的时候,会使冲击强度增加的幅度得到缩小。在对有机硅含量添加时,结构胶冲击强度并不会大幅度的增加[9]。

图1 冲击强度

拉伸强度与抗剪切的强度变化趋势一样时,增加有机硅含量会使抗剪切和抗拉伸的强度得到降低。导致此情况是因为在增加有机硅含量的时候,也会增加结构胶的柔顺性,降低拉伸强度[10]。

2.3 不同含量有机硅对人工老化性能影响

表2为不同含量有机硅对人工老化力学性能的影响。 通过人工老化处理之后,拉伸强度和剪切强度都会降低,在添加有机硅后能够提高保留率,说明提高了有机硅改性环氧树脂胶的耐湿热老化性能。导致此情况是因为有机硅能够使材料耐热性能与输水性能得到提高,在水泥地裂修补中使用能够使耐湿热老化能力增加,提高应用耐久性[11]。

表2 不同含量有机硅对人工老化力学性能的影响Tab.2 Mechanical properties of artificial aging

由表2可知,在材料通过老化处理之后,会提高力学性能变化,从而降低力学性能[12]。主要是由于在湿热环境中的水分子会破坏基体化学键,提高基体固化程度。总体分析可知,力学性能下降, 主要是因为基体和粘接面具有不可逆破坏,使力学性能降低[13]。

2.4 稀释剂添加量对胶粘剂流动性的影响

在选择环氧树脂建筑结构胶粘剂稀释剂过程中,使用三羟甲基丙烷缩水甘油醚。由于此稀释剂的性能良好,使环氧树脂建筑结构胶粘剂流动性能得到提高,还能够使胶粘剂软化温度提高,使胶粘剂凝胶时间延长;表3为不同稀释剂量对胶粘剂流动性能的影响。

表3 不同稀释剂添加量对流动性能的影响Tab.3 Effects of different dilution doses

由表3可知,在稀释剂用量越来越大的时候,胶粘剂渗透深度和凝胶时间也会越来越大,但黏度越来越小;在黏度比较小的时候,浸润性能良好,能够使施工工艺得到提高。在稀释剂用量增加的时候,剪切强度变化趋势为先增加后减少。软化温度在稀释剂用量增加过程中降低。为了提高胶粘剂性能,在稀释剂用量20 phr的时候,剪切强度最好[14]。

3 环氧树脂结构胶在建筑加固中的应用

3.1 外部粘钢加固法

此加固法在承受静力作用受弯和受拉构件中使用,且环境温度、湿度分别低于60 ℃、70%;若构件混凝土强度等级低于C15,不能使用此方法。混凝土构件表面的处理方法:

(1)针对原本混凝土构件粘合面,使用硬毛刷蘸取洗涤剂将表面油垢污物刷除,之后使用冷水冲洗,打磨粘合面,除去2～3 mm厚表层,直到新面露出,并且使用无油压缩空气吹除粉粒。假如混凝土表面不是很旧、很脏,可以打磨粘合面,取出1～2 mm表层,使用压缩空气将粉尘除去,在干燥之后使用脱脂棉蘸取丙酮擦拭表面;

(2)针对新混凝土粘合面,利用钢丝刷刷去表面松散浮渣、硬毛刷蘸取洗涤剂洗刷表面,在完全干后涂抹粘结剂;

(3)针对龄期3个月内的混凝土构件,通过人工干燥处理。

要对钢板粘合面实现粗糙和除锈的处理,如果钢筋没有生锈或轻微锈蚀,可以使用纱布、喷砂打磨,直到金属光泽。打磨粗糙度越大越好,之后使用脱脂棉蘸取丙酮擦拭。如果钢板存在严重的锈蚀,使用盐酸浸泡20 min,锈层脱落后使用石灰水冲洗,中和酸离子,最后使用平砂轮打磨纹道。

在粘贴钢板之前要卸荷加固构件,如果使用千斤顶的方式卸荷,针对承受均布荷载梁,要使用多点均匀顶升。针对有次梁作用的主梁,每根次梁要设置千斤顶[15]。

3.2 植筋

(1)钻孔。根据设计需求钻取植筋孔,根据需求设计深度,不能够小于10 cm,孔径大于筋径45 cm;

(2)清孔。使用气泵、钢丝刷等工具将孔内的粉末、水分、泥灰清除,使用丙酮对孔壁擦洗;

(3)钢筋处理。利用粗砂纸将钢筋杂质、锈痕除去,使用丙酮擦拭;

(4)配胶。根据规定的质量将胶倒入容器中,搅拌均匀。

(5)注胶。采用合适方法与器具使调好的胶粘剂注入到孔中,胶粘剂在使用期用完;

(6)栽筋。采用处理的钢筋插入到孔中,转动、提动,固定24 h。

3.3 裂缝修补

此方法主要对混凝土结构裂缝进行修补,恢复其使用功能和整体性。针对结构承载力不足导致的裂缝,还可使用相应加固措施,保证结构安全性。使裂缝构成密闭性空腔,有控制的要预留进出口,根据专用灌浆泵将浆液压入到缝隙后填满,灌浆之前要处理。裂缝灌浆工艺流程:

(1)表面处理法。针对混凝土构件比较小的裂缝,使用钢丝刷将裂缝表面的浮渣、白灰、灰尘等污物清除。之后使用毛刷蘸取酒精、甲苯等有机溶液,使裂缝两侧20～30 mm擦洗干净,并且保持干燥;

(2)凿槽法。针对混凝土构件比较宽的裂缝,根据裂缝使用风镐凿V形槽,槽深和槽宽以裂缝的宽度确定。在凿槽的时候沿裂缝打开,之后对两侧加宽,使用压缩空气或者钢丝刷清除混凝土碎屑;

(3)钻孔法。针对大型结构和大体积混凝土的深裂缝,在裂缝中钻孔,针对走向不规则裂缝。除了骑缝钻孔,要加钻斜孔,使灌浆通路扩大。钻孔直径风钻为56 mm,机钻孔桩为最小孔径。裂缝宽度在0.5 mm以下,孔距为2～3 m,裂缝宽度不超过0.5 mm,使距离缩小。钻孔后将孔内碎屑粉尘清除,在孔径10 mm以上,使用小粒径的卵石填到孔内,使耗浆量降低。

使用表面灌浆处理裂缝,利用灌浆盒或者灌浆嘴。凿V形槽裂缝使用灌浆嘴,钻孔内使用灌浆管。在裂缝交叉、端部或者裂缝贯穿处,钻孔埋设灌浆嘴。间距缝宽小于1 mm的时候为350～500 mm,在裂缝宽大于1 mm的时候,为500～1 000 mm。在每条裂缝中设置出浆嘴、排气嘴、进浆嘴,在埋设的时候将环氧胶泥涂抹在灌浆嘴底盘中,进浆孔在预定位置粘贴,钻孔灌浆管在孔内埋设铁管。

裂缝封闭之后实现压气试漏,对密闭效果进行检查。

3.4 混凝土整体工程粘接

混凝土工程的构件要提前定制,主要是由于大型水泥混凝土工程的构件要相互链接,主要包括水库大坝、桥梁码头、海上油田等,将结构工程作为一个大整体,保证力学性能。要求良好连接混凝土构件,此为混凝土工程研究的主要工程。之前,都是新拌和水泥砂浆联合混凝土粘接硬化混凝土构件,但粘接强度比较低,短时间会出现粘接层分离脱落的情况。可以使用环氧树脂胶粘剂能够使此问题得到解决,通过研究测试抗拉和粘接强度,环氧树脂胶粘剂在硬化水泥砂浆表面和混凝土构件粘接,在受力时的胶粘剂层没有拉断,表示环氧树脂胶粘剂具备良好结构作用,胶粘剂层强度比较高。环氧树脂胶粘剂能够使水泥混凝土构件粘接问题得到解决,使整体结构更加稳定,应用到建筑工业中,促进建筑工业与大规模整体工程的发展。

4 结语

目前,我国修建的大批民用和工业建筑正在加固、维修时期。就工业建筑来说,二级建筑与危险厂房比较多。为了避免建筑结构中潜伏危险导致的事故,拟定了混凝土结构加固技术规定草案,包括粘贴钢板加固法。在粘贴钢板法不断完善下,安全、快速的新品种结构粘结剂在混凝土建筑结构维护改造与加固中具有重要作用,具备较大市场潜力。目前,环氧涂层钢筋具备钢业标准,国内也有生产厂家,并且被重点工程大量使用,其价格适宜,为目前性能良好的建筑结构胶。