建筑结构胶耐湿热老化性能测试方法研究

彭小琴，陈炳耀，姚荣茂，全文高

（1.广东三和控股有限公司 广东 中山 528325）（2.广东三和化工科技有限公司 广东 中山 528429）

关键字：环氧树脂；建筑结构胶；耐湿热老化；快速测试方法。

0 引言

粘钢胶、植筋胶、碳纤维胶等建筑结构胶，普遍适用于建筑工程结构承重与加固改造，对上述结构胶的耐老化和使用寿命都是高标准要求。耐湿热老化性能是衡量建筑结构胶耐老化和使用寿命的重要指标，其检测方法和标准目前仅限在GB 50367《混凝土结构加固设计规范》中有规范。但GB 50367 中耐湿热老化性能的测试周期长达60d 或90d 之久，严重制约了建筑工程进度和施工现场可操作性，探讨出一种测试效果与GB 50367 等同、缩短测试周期的快速检验方法在建筑施工验收中有很大的实际意义。以环氧树脂类建筑结构胶为研究对象，通过增韧剂、填料、固化剂、偶联剂等不同原料调整，对了国标测试GB 50367 方法和快速测试法的检测效果。

1 试验部分

1.1 两种测试比较设想

环氧树脂类建筑结构胶主要成分包含有环氧树脂和固化剂两个重要组成部分，是一款常温条件下就可以固化的双组分胶粘剂。试验中既然选择环氧树脂类建筑结构胶作为研究对象，就必须逐一比较结构胶配方中各个成分的影响，才能真正的反应对试验数据的权威性和可靠性。比如为考查不同增韧剂种类更换对对两种测试方法之差的影响，就必须除了更换增韧剂外的其他主剂保留一致，不得再更改其他任何成分。以此类推，其他成分的考察方法也一样开展试验，这样就可以较系统地得到同一配方样品在不同的两种测试方法下实验结果之差，以数据证明快速测试方法的权威性和真实性。

1.2 试验原料与设备

双酚A 型液体环氧树脂、聚酰胺、芳香胺、脂肪胺、酚醛胺等，山东德源环氧科技有限公司；气相法白炭黑，硅烷偶联剂，环氧稀释剂，山东东岳化工有限公司；石英粉、液体聚硫橡胶，均为工业级；增韧剂1、增韧剂2，自制：

恒温水浴箱，上海汗诺仪器有限公司：恒定湿热试验箱，上海通用制冷实业有限公司：电子万能材料试验机，广州珀泰检测仪器有限公司。

1.3 性能测试

1.3.1 耐湿热老化性能国标测试方法

按照GB/T 7124《胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）》为每一个配方制作15 对金属试片样品，将样品随机分成3 组（每组5 对金属试片样品）。在室温条件下放置7d 后，用防锈油漆喷涂保护好试验样品。随机选取1 组做空白实验为对，另取1 组试片放入恒定湿热老化箱，按GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》附录H=结构胶粘剂湿热老化性能测试方法试验90d 后，逐个进行剪切测试。

1.3.2 耐湿热老化性能快速测试方法

耐湿热老化性能快速测试方法需要每个配方制作5 对金属剪切试片，然后将制好的试片放入80℃左右的恒温水浴箱中，在恒温80℃左右的水浴箱放置7d，最后取出在室温条件下自然降温，直到试样温度至常温时立即测试剪切强度。

2 结果与讨论

2.1 增韧剂

增韧剂主要在于提高环氧结构胶膜层柔韧性，达到提高承载强度、增强延长率的目的。但增韧剂本身一般会带有巯基、羟基等极性基团，所以普遍具有亲水的特性，降低了胶粘剂的耐湿热老化性；同时，增韧剂在部分胶粘剂中聚集成球形颗粒，降低了环氧树脂分子之间的交联密度，影响到环氧结构胶的粘接强度，所以选择适当的增韧剂才会获得良好的综合性能。增韧剂对2 种测试方法结果的影响见表1。

表1 增韧剂的影响

从表1 数据可以看出，增韧剂的添加降低了环氧结构胶的耐湿热老化性能，但无论是国标测试还是快速测试，2 种不同测试方法检测出的的强度剪切强度偏差值（绝对值）≤0.18，剪切强度下降率之差有正有负，且正负偏差的绝对值均小于1%。

2.2 填料

建筑结构胶所使用的填料，一般不会与主体材料发生化学反应，但可以达到降低胶体的收缩率、提高机械强度等综合性能，是结构胶生产过程中不可或缺的部分。石英粉性能稳定，加入建筑结构胶中可以显著的提高结构胶的硬度与抗压性能，被广泛运用于各类胶粘剂的生产。但添加石英粉，同样会降低了建筑结构胶的耐湿热老化性能。为了进一步验证石英粉填料对建筑结构胶的耐湿热老化性能的影响，试验中分别加入不同粒的石英制备出3 个样品，实验结果见表2。

表2 填料的影响

从表2 数据可以看出，填料粒径大小对石英粉耐湿热老化性能有重要影响。石英粉粒径越大，耐湿热老化性能越好，但如果不同粒径的石英粉搭配使用，耐湿热老化性能效果最佳。

此外，表2 数据中还可以看出：无论是何种粒径的石英粉作为填料，国标测试与快速测试检测出的的剪切强度基本相近，不同方法间下降率之差虽有正负，但正负偏差的绝对值小于0.5%。

2.3 触变剂

气相法白炭黑表面性能与链状结构等方面的独特性，赋予了它流变控制的优异性能，少量的用量就能达到控制流变的效果。不仅表面活性高，而且粒径较小、比表面积大，是胶粘剂产品生产中最好的触变剂材料。但在结构胶的耐湿热老化性能方面，气相法白炭黑的加入明显的胁弱了耐湿热老化的性能，试验结果见表3。

表3 触变剂的影响

从表3 数据可以看出，无论是亲水型还是疏水型气相法白炭黑，都会明显的胁弱了低建筑结构胶的耐湿热老化性能。但是，国标测试和快速测试所检测出的的剪切强度数据基本相近，两种测试方法之差之所以有正有负，这可能和气相法白炭黑在检测过程中分散程度差异有关。

2.4 偶联剂

硅烷偶联剂是胶粘剂生产不可或缺的功能助剂，只需很少的添加量就可以影响整体增粘效果。本试验分别选用了KH550 和KH570 两个不同种类的偶联剂，共同探讨不同种类偶联剂对结构胶耐湿热老化效果的影响，试验数据见表4。

表4 偶联剂的影响

从表4 数据可以看出，两种不同类型的偶联剂所制备的结构胶耐湿热老化性能基本相近，试验证明偶联剂种类对耐湿热老化性能影响不太明显。此外，无论是国标测试还是快速测试，两种不同测试方法检测出的的剪切强度基本相近，KH-550 偶联剂剪切强度下降率之差为-0.06%，KH-570 偶联剂剪切强度下降率之差为+0.05。

2.5 固化剂

双组份体系的环氧树脂类建筑结构胶，通常是由环氧树脂（助剂）、固化剂两个部分组成。环氧树脂本身不能单独使用，只有加入固化剂体系才能发挥其作用。建筑结构胶环氧树脂种类确定后，固化剂对环氧树脂结构胶耐湿热老化性能起到决定作用。为了验证不同固化剂种类对结构胶耐湿热老化性能的影响，以及求证同一固化剂不同测试方法检测结果的差异，试验中共选用了5种不同的固化剂制样，最终试验结果见表5。

表5 固化剂的影响

从表4 数据可以看出，不同固化剂种类所制备的结构胶，耐湿热老化性能也是不一样的。但国标测试方法与快速测试方法检验的结果基本一致，因为不同检测方法之差的绝对值1.5%之间。

3 结语

环氧树脂类建筑结构胶中固化剂、增韧剂、触变剂等各个组分都会直接或间接的影响到结构胶的耐湿热老化性能，所以配方选用前必须结合结构胶定位去选用。结构胶的耐湿热老化性能检测，单纯的依靠GB 50367《混凝土结构加固设计规范》 规范远远无法满足现场施工需求。经过试验发现，将检测样品放入80℃的恒温水浴槽中放置7d，同样可以快速检测出建筑结构胶的耐湿热老化性能，该快速测试方法检验结果与国标GB 50367 检测结果基本一致。两种检测方法之差虽有正负，但二者测定值误差不大于1.5%。