结构加固用涂刷型粘钢胶伸长率的影响因素研究

黄翠华，梅爱华，盘文坚，汤小平（.广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广东 广州 50440；.广州建筑科学研究院有限公司，广东 广州 50440）



结构加固用涂刷型粘钢胶伸长率的影响因素研究

黄翠华1，梅爱华2，盘文坚2，汤小平2
（1.广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广东 广州 510440；2.广州建筑科学研究院有限公司，广东 广州 510440）

摘要：通过调整固化剂种类、增韧剂种类及用量、填料种类及用量、稀释剂用量来研究各组分对结构加固用涂刷型粘钢胶的伸长率的影响。结果表明：聚酰胺类固化剂与环氧树脂形成的胶体伸长率最大，其次是脂环胺，酚醛胺与环氧形成的胶体伸长率最小；在粘钢胶体系中添加液体聚硫橡胶和奇士增韧剂能提高胶体伸长率；填料的加入使胶体的伸长率急剧下降；增加稀释剂用量能提高胶体伸长率；养护21d的胶体伸长率小于养护7d的胶体伸长率。

关键词：粘钢胶；伸长率；加固胶

前言

GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》规定了以混凝土为基材粘贴钢材用结构胶的基本性能鉴定标准，其中包括了胶体伸长率,Ⅰ类A级胶的伸长率应不小于1.2%，Ⅰ类B级胶的伸长率应不小于1.0%，Ⅱ类和Ⅲ类胶的伸长率应不小于1.5%[1]。目前市场上涂刷型粘钢胶的品种繁多，但伸长率合格的较少。当胶两侧的材料因热或者其它原因发生变形时，结构胶可能受到拉伸作用力而需要产生相应的伸长，若胶体伸长率小，不能产生相应形变而发生破坏，将影响其加固作用。目前关于环氧胶黏剂的伸长率研究报道主要为无填料体系[2～4]和中高温固化体系[5,6]，尚未见关于室温固化的结构加固用涂刷型粘钢胶（含填料等助剂体系）伸长率的研究报道。导致粘钢胶伸长率不合格的因素有很多，包括胶本身的质量和检测过程等。本文将通过调整粘钢胶中各组份的种类及其含量研究组分对结构加固用涂刷型粘钢胶伸长率的影响，同时考察养护7d和养护21d时胶体伸长率的变化，为开发涂刷型粘钢胶提供参考，也希望相关各方重视粘钢胶的胶体性能。

1　实验部分

1.1原料和仪器

环氧树脂（6101，无锡树脂厂）；脂环胺（金岛奇士J002R）、聚酰胺5920、酚醛胺910；奇士增韧剂、端羟基丁腈橡胶、液体聚硫橡胶、邻苯二甲酸二辛酯；692；硅微粉、石英粉。

微机控制电液伺服万能试验机、高速搅拌机。

1.2测试方法

胶体成型、养护及伸长率测试按照GB/T 2567-2008《树脂浇铸体性能试验方法》进行。

2　结果与讨论

2.1固化剂类型

粘钢胶需常温固化，其常用固化剂有脂环胺、聚酰胺和酚醛胺[7]。分别采用脂环胺、聚酰胺和酚醛胺类固化剂按照厂家提供的用量与6101进行固化反应，测得胶体的伸长率如表1所示。

表1　不同固化剂与6101反应所得胶体的伸长率Table 1　The elongation at break of the 6101 adhesive reacts with different curing agents

由上表可以看出，不同固化剂与6101固化反应后，胶体伸长率由大到小依次为：聚酰胺＞脂环胺＞酚醛胺。脂环胺和酚醛胺分子中分别有饱和脂环或杂环、芳环，分子结构柔性差，不容易蜷曲，因此伸长率较小；而聚酰胺分子中无环形结构，全为直链，分子结构柔性强，容易蜷曲，因此伸长率较大。由此可见在固化剂分子的两个氨基之间引入适当长度的柔性碳链将有利于提高胶体的伸长率。

固化剂用量也是影响伸长率的重要因素。固化剂用量越大，固化产物交联度越高，分子结构可变形量就越小，胶体伸长率越小。但是固化剂含量减少，固化产物将因交联度小而导致拉伸强度、弯曲强度等性能下降。

2.2增韧剂类型及用量

粘钢胶常用的增韧剂有：奇士增韧剂、端羟基（或羧基）丁腈橡胶、液体聚硫橡胶、邻苯二甲酸二辛酯等。在其它成分和用量相同的条件下，在粘钢胶配方中加入不同的增韧剂，所得胶体的伸长率如下表所示。

表2　不同增韧剂对粘钢胶伸长率的影响Table 2　The effect of various toughening agents on the elongation at break of the adhesive for steel

由上表可以看出，添加以上增韧剂均能提高胶体的伸长率，液体聚硫橡胶的效果最佳，但液体聚硫橡胶较臭。其次是奇士增韧剂，液体丁腈橡胶和邻苯二甲酸二辛酯对胶体伸长率的影响均较小，邻苯二甲酸二辛酯是小分子化合物，分子中不含可以与胶中其它成分发生化学反应的官能团，长时间后易从胶体中渗出。

在一定范围内调整液体聚硫橡胶的用量后胶体的伸长率见图1。由图1可知，在聚硫橡胶用量为环氧树脂的10%～30%范围内，胶体的伸长率随着增韧剂用量的增加而升高；增韧剂量较少时，随着增韧剂用量的增加，胶体伸长率升高较快，液体聚硫橡胶增加1倍，伸长率增加约45%；当增韧剂用量较大时，胶体伸长率的增长速度变慢。

图1　增韧剂用量对粘钢胶伸长率的影响Fig.1　The effect of the amount of toughening agent on the elongation of adhesive for steel

2.3填料类型及用量

涂刷型粘钢胶中加入较大量的填料既可以改善胶的施工性能，也可以降低成本。常用的填料有硅微粉、石英粉等。在其它成分和用量相同的条件下，在粘钢胶配方中分别加入硅微粉和石英粉，所得胶体的伸长率如下表所示。

表3　不同填料对粘钢胶伸长率的影响Table3　Theeffectoffillersontheelongationofadhesiveforsteel

由上表可以看出，硅微粉的影响相对较小。这是因为硅微粉的结构跟石英粉不一样导致的。

环氧树脂6101和脂环胺固化剂反应得到的胶体伸长率为2.5%（见表1序号1），在此体系中加入硅微粉，用量为胶体总质量的47%，胶体伸长率降至0.4%，下降幅度达到84%。在伸长率合格范围内对填料的用量稍作调整测得胶体的伸长率见表4。

表4　不同填料用量对粘钢胶伸长率的影响Table 4　The effect of amount of fillers on the elongation of adhesive for steel

由表4可知，填料用量减少2%，伸长率升高9%。由此可见填料对伸长率的影响非常大。伸长率显著下降的原因是填料本身没有粘结力，且不能参加交联反应，完全是孤立的存在于胶体中，将胶体的交联网隔开甚至阻断，因此单位体积内，交联的化学键减少，另外填料的表面粗糙，增大了分子链运动的阻力，阻碍交联高分子的变形，从而使伸长率大幅降低。但是填料用量也不能太少，否则会影响粘钢胶的可操作性，且生产成本升高。

2.4稀释剂类型及用量

692（卞基缩水甘油醚）为环氧加固胶常用的活性稀释剂，分子中含有环氧基，能与固化剂发生化学反应，将稀释剂分子接入交联高分子中，从而使其长时间也不会渗出。在其它成分和用量相同的条件下，在粘钢胶配方中加入不同量的稀释剂，所得胶体的伸长率如下图所示。

图2　稀释剂用量对粘钢胶伸长率的影响Fig.2　Effect of the amount of thinner on elongation of adhesive for steel

由图2可知，稀释剂用量较小时，随着稀释剂用量的增加，粘钢胶的伸长率将增大，稀释剂用量增加1倍，伸长率增加约60%。虽然添加稀释剂能提高伸长率，但同时会降低拉伸强度和拉伸弹性模量等其它性能，因此应根据胶体的综合性能确定稀释剂用量。

2.5龄期

胶体的养护龄期也对环氧类粘钢胶伸长率产生影响，特别是21d以内。同一配比的粘钢胶养护7d和养护21d测得的伸长率如下表所示。

由上表可知，21d胶体伸长率均比7d胶体伸长率低。因为养护初期，固化反应不完全，交联度不高，此时高分子中的一些链段还能自由运动，随着养护时间增长，固化反应更加完全，交联度增大，高分子中可以自由运动的链段变短，胶体伸长率变小。因此检测胶体性能时应严格按照规范规定的龄期进行养护和实验。

表5　养护7d和21d粘钢胶的伸长率Table 5　The elongation of adhesive for steel after 7days and 21days maintains respectively

3　结　论

固化剂、增韧剂、填料、稀释剂以及龄期均对粘钢胶的伸长率有影响。聚酰胺类固化剂形成的胶体伸长率最佳，其次是脂环胺类固化剂，酚醛胺类固化剂的伸长率较小；液体聚硫橡胶的增韧效果最显著，其次是奇士增韧剂，端羟基丁腈橡胶和邻苯二甲酸二辛酯的增韧效果均较小。固化剂、填料用量增加，胶体伸长率变小，填料对伸长率的影响显著。增韧剂和稀释剂用量增加，胶体伸长率将增大，增韧剂用量较大时，伸长率增加缓慢。21d胶体伸长率均小于7d胶体伸长率。因此在配置粘钢胶时必须选择恰当的组分并合理添加，不能为了降低成本而过量添加填料和稀释剂。

粘钢胶组分的变化使伸长率提高的同时，胶的其它性能也会跟着改变，因此在调整配方时，一定要全面考察胶的各项性能。

参考文献：

［1］ 四川省住房和城乡建设厅.GB 50728-2011工程结构加固材料安全性鉴定技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

［2］ 王伊珺，朱喻麟，韩果，等.室温固化高柔韧性环氧体系的制备及性能［J］.热固性树脂，2015,30（5）：63～66.

［3］ 白天，薛刚，李坚辉，等.室温固化柔性环氧胶黏剂的制备研究［J］.化学与黏合，2014,36（6）：418～421,454.

［4］ 张炜，刘宇星，赵世琦.室温固化弹性环氧树脂的初步研究［J］.粘结，2013（11）：28～31.

［5］ 朱蓓蓓，马群锋，张守道.高断裂伸长率柔性环氧树脂体系的研究［J］.南通纺织职业技术学院学报:综合版，2014,14（3）:16～17.

［6］ 于倩倩，陈刚，崇琳，等.PES增韧高性能环氧树脂力学性能研究［J］.工程塑料应用，2012,40（9）：22～24.

［7］ 贺曼罗.建筑胶黏剂［M］.第二版.北京：化学工业出版社，2006.

Study on the Influence Factors on Elongation of the Adhesive for Steel

HUANG Cui-hua1,MEI Ai-hua2,PAN Wen-jian2and TANG Xiao-ping2
（1.Guangzhou Testing Center of Construction Quality and Safety Co.Ltd.,Guangzhou 510440,China;2.Guagnzhou Institute of Building Science Co. Ltd.,Guangzhou 510440,China）

Abstract:The influences of curing agent type,toughening agent type and contents,filler type and contents and diluent contents on the elongation at break of the adhesive for steel were studied.The results showed that the epoxy resin colloid cured by polyamide had the maximum elongation,the secondly was by alicyclic amine and the elongation were minimum which was cured by phenolic aldehyde amine.Adding liquid polysulfide rubber and Qishi toughening agent in the adhesive for steel as well as increasing the dosage of diluent would improve the elongation of the colloid;however adding filler would severely reduce the elongation.The elongation of colloid maintained for 21 days was smaller than that for 7days.

Key words:Adhesive for steel;elongation;adhesive for structure strengthening

中图分类号：TQ433.437

文献标识码：A

文章编号：1001-0017（2016）03-0186-03

收稿日期：2016-02-09

作者简介：黄翠华(1974-)，女，湖南汨罗人，高级工程师，硕士研究生，主要从事结构加固胶产品研发和建筑检测研究。