高温环境下建筑加固用环氧树脂结构胶粘接性能分析

摘 要：研究高温环境下建筑加固用环氧树脂结构胶粘剂粘接性能。采用环氧树脂、低分子聚酰胺、丁基缩水甘油醚以及不同掺量的KH-550硅烷偶联剂，制备3种建筑加固用环氧树脂结构胶试件。结果表明，在高温环境下，偶联剂添加量分别为4%与6%的试件拉剪强度、粘接强度更好。添加2%偶联剂试件在较高温度下粘接性能下降幅度相对较大；添加4%偶联剂试件的导热性能较强，说明环氧树脂结构胶粘剂在添加4%偶联剂时粘接性能最佳。

关键词：高温环境；建筑加固；环氧树脂；胶粘剂；粘接性能；偶联剂

中图分类号：TQ433.4+37" " " " " " " " " " " " " "文献标识码：A" " " " " " " " " " " "文章编号：1001-5922（2024）07-0001-04

Analysis of adhesive properties of epoxy resin structural

adhesive used for building reinforcement

in high temperature environment

WANG Liyan1， ZHAO Yuhang2

（1.Jinan Housing and Urban-Rural Development Bureau，Jinan 251400，China；

2.Beijing Jiaotong University，Beijing 100091，China）

Abstract： The bonding properties of epoxy resin structural adhesive used for building reinforcement in high temperature environment were studied. Three sets of epoxy resin structural adhesive specimens for building reinforcement were prepared by using epoxy resin， low molecular weight polyamide， butyl glycidyl ether and KH-550 silane coupling agent. The test showed that the tensile shear strength， peeling strength and bonding strength of the specimens with 4% and 6% coupling agent addition were better in high temperature environment. The adhesive properties of the specimen with 2% coupling agent decreased significantly at higher temperature. The thermal conductivity of the test specimen with 4% coupling agent was strong， indicating that the adhesion of epoxy resin structural adhesive had the best bonding performance when 4% coupling agent was added.

Key words：high temperature environment；building reinforcement；epoxy resin；adhesive；adhesive property；" " " " " "coupling agent

高温导致结构胶中的溶剂挥发速度加快［1］，胶粘剂的流动性和粘接性能受到破坏［2］。当胶粘剂流动性增加时，胶接面的渗透性下降，降低胶接的强度和耐久性同时，高温会加速结构胶的老化，使其变硬、变脆。胶粘剂的老化会导致胶接性能下降，从而降低结构胶的抗剪强度。

为了应对高温环境对结构胶的影响，制备耐热性较高的结构胶粘剂，以确保建筑的持久性和安全性。有较多学者对胶粘剂进行了研究，如在胶体中掺入了混合固化剂，制备出用于钢板材料的胶粘剂，并测试了材料的耐热性与承载力［3］；研究低温环境下低黏度裂缝修复环氧胶粘剂，制备了用于混凝土裂缝修复的胶粘剂，虽然胶体试件的抗剪、抗压缩强度较高，但该材料在高温环境下的粘合性能较弱［4］。

环氧树脂结构胶粘剂是一种常用于建筑加固的胶粘剂。主要通过环氧树脂、固化剂和填料等组成，其具有良好的流动性和渗透性。通过这一材料可以填充微小的间隙和裂缝，形成紧密的粘接。从而提高加固结构的整体强度和稳定性。

1" "实验材料与方法

1.1" "实验材料及指标

制备过程中采用的主要材料：

（1）环氧树脂。采用双酚A型环氧树脂作为试验材料［5］；

（2）固化剂。在材料制备过程中采用2种固化剂：一种是低分子聚酰胺；另一种为593环氧树脂固化剂，通过这2种固化剂，可以增强环氧树脂的韧性［6］，改善环氧树脂的抗剪能力。按照3∶2比例混合，将2种固化剂放入烧杯中，搅拌5 min至2种液体混合，构成混合固化剂材料；

（3）偶联剂。采用KH-550硅烷偶联剂作为试验材料，该材料密度为0.95 g/cm3，具体性状为无色低黏度透明状态；

（4）稀释剂。采用501丁基缩水甘油醚（BGE）材料作为材料制备过程中的稀释剂，该材料可以与环氧树脂产生固化反应，从而增强环氧树脂粘接效果，该材料黏度小于等于5 mPa·s，色度小于等于40 APHA；

（5）填料。采用2种填料制作建筑加固用环氧树脂结构胶粘剂，分别为纳米CaCO3、5000目硅粉，2种填料性能指标如表1所示。

1.2" "试件制备

通过上述材料制备试验用胶粘剂试件，在配比过程中，环氧树脂质量分数按照100 g标准，固化剂分别占环氧树脂的1/2、1/3，稀释剂含量为环氧树脂的10%，制备3种类型的试件。3种类型中，偶联剂添加量分别为环氧树脂含量的2%、4%与6%。将材料搅拌均匀，并将该混合物粘接在钢板待粘面上，通过工装合拢压紧，之后将其放入恒温、恒湿试验箱中进行48 h固化，制成偶联剂添加量为2%、4%与6%的3个组试件，测试每组试件的粘接性能。

1.3" "性能测试

1.3.1" "导热性能测试

采用保温材料导热系数测定仪测试每种试样的热导率从每组试件中取出参数相同的2个样品，在其中间放入线热模块，当2个试件达到热平衡后，即可对线热模块进行加热［7-8］，加热温度最高达到90 ℃，此时线热模块可将热量传递给试件，测试试件的导热系数，并通过式（1）计算试件热导率：

[λ=Q4πd（∆T）∕d（lnt）]" " " " " " " " " " "（1）

式中：[λ]为试件热导率；[t]为试验时间；[∆T]为线热模块温度变化；[Q]为热线产生的热量。

1.3.2" "试件热变形温度测试

热变形温度试验是指对试件在固定的跨中负荷弯曲应力下，温度升高时的挠度变化情况［9-10］。采用热变形温度测试仪，记录试件在不同温度下的挠度变化，从而衡量试件在高温环境下的耐热性能，以此验证其粘接效果。在试验过程中，设置3种跨中负荷弯曲应力［11］，分别为0.50、2.00和4.5 MPa，对这3种应力状态下试样热变形效果进行测试。

1.3.3" "试件高温环境下黏度测试

黏度是衡量胶粘剂的一种有效性指标［12-13］。采用恒温水浴锅旋转黏度计测试试件在不同温度下的黏度变化。通过恒温水浴锅加热试件，在加热过程中通过旋转黏度计测量试件黏度，从而判断试件的粘接性能。

1.3.4" "试件高温环境下粘接强度测试

通过电子拉力试验机测试不同试件在常温与高温环境下的粘接强度情况［14］，为确保试验结果精准，从每1组试件中选取5个样品，取每个样品平均值。

1.3.5" "拉伸剪切性能测试

按照GB/T 7124—2008标准［15］，测试试件在不同温度下的拉伸剪切强度与断裂伸长率。在测试过程中，加载速度为50 N/s，将试件在不同试验温度下放置10 min，等待温度平衡后，即可进行试验。

试验过程中，按照式（2）计算试件拉伸剪切强度：

[τ=Pb×l]" " " " " " " " " " " " " " " " （2）

式中：[τ]为试件拉剪强度; [b]、[l]分别为试件宽度与长度；[P]为最大破坏荷载。

2" "结果与讨论

2.1" "试件导热性能分析

测试每组试件在不同温度变化下的导热性能，并通过热导率表示，测试结果如图1所示。

由图1可知，在高温环境下，试件的导热性能会逐渐降低，从而影响试件散热功能；在3组试件中，偶联剂添加量为2%的试件热导率始终保持最低，而过量添加偶联剂也会影响试件散热效果，可以看出，添加4%偶联剂的试件热导率最高。

2.2" "热变形温度分析

对3个组试件进行热变形温度测试，测试过程中升温速率为2 ℃/min，测试每组试件在不同应力下的挠度变化情况，测试结果如图2所示。

由图2可知，在试验过程中弯曲应力较大时，3组试件在温度70 ℃左右挠度就开始逐渐增高；而弯曲应力在0.5 MPa时，3组试件的挠度提升速度较慢。

2.3" "试件黏度变化分析

分析试件在高温环境下的黏度变化情况，测试结果如图3所示。

由图3可知，偶联剂添加量为4%、6%的试件黏度均保持在600 mPa·s以上，可以看出在该温度下2组试件依然可以保持有效的粘接效果，而偶联剂添加量为2%的试件在该温度下黏度达到600 mPa·s以下，说明高温环境对该组试件粘性存在一定影响，从而降低其粘接效果。

2.4" "试件粘合强度分析

测试试件在不同温度下的粘接强度变化，测试结果如图4所示。

由图4可知，在3个组试件中，偶联剂添加量为4%的试件粘接强度下降幅度最小，其最低粘接强度保持在5～6 MPa；而其他2组试件的粘接强度最低均达到5 MPa以下，说明在高温环境中，试件的粘接性能有所减弱。但添加4%偶联剂试件仍然可以保持良好的粘接能力。

2.5" "试件拉剪强度分析

（1）测试每组试件在高温环境下的拉剪强度变化，以此分析在拉伸-剪切测试时试件的粘接效果，结果如图5所示。

由图5可知，当偶联剂添加量较少时，高温环境会

明显影响试件粘接能力。

（2）测试3种试件在高温环境下的断裂伸长率，结果如图6所示。

由图6可知，在高温90℃条件下，添加2%偶联剂的胶粘剂试件断裂伸长率已达到7%以上，此时胶体粘接面已明显发生界面粘附破坏，从而影响胶体附着力，进而影响试件粘接效果；而提高偶联剂添加量后，试件的断裂伸长率明显得到下降，从而改善试件粘接能力。在3种试件中，添加4%偶联剂的试件断裂伸长率最低，因此，该组试件的粘接性能最佳。

3" "结语

研究高温环境下建筑加固用环氧树脂结构胶粘剂粘接性能，制备环氧树脂胶体试件，测试不同偶联剂含量试件在不同温度下的粘接能力变化，从中获取最佳材料配比环氧树脂结构胶粘剂。

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