高温环境下建筑结构胶的性能研究

郑全成 张启志

摘要：高温环境下，建筑结构胶的性能会发生一定的变化。为了安全起见，在高溫下使用建筑结构胶时必须对其进行性能检测。文章通过实验研究的方式，研究在不同温度下两种建筑结构胶的拉伸性能和拉伸剪强度。研究结果表明，高温环境下建筑结构胶的性能会发生显著变化;当温度不断升高时，建筑结构胶的拉伸强度、拉伸弹性模量和拉伸剪切强度都会随之降低，拉伸蠕变和拉伸断裂伸长率会随之增加。

关键词：高温环境;建筑结构胶;性能

中图分类号：TQ437+.1

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）06-0006-05

建筑结构胶因其具有良好的力学性能、耐久性能等，在建筑维修加固中有着广泛的应用。国内外学者对粘接纤维复合材料用来加固混凝土构件的研究比较多[1-3]。也有学者单独对建筑结构胶进行研究，研究其性能对粘接纤维复合材料的影响[4-6]。这些研究很多情况下是在常温环境中或者是低温环境中进行，没有考虑到高温情况下建筑结构胶的性能是否会发生变化。根据国家的相关规范要求在使用建筑结构胶用来加固结构时温度不能超过60℃[7]。当常温环境时，需要测试建筑结构胶的性能随着温度的变化，可知当在高温环境下进行施工时，高温必然会对建筑结构胶的性能造成一定的影响，所以对高温环境下建筑结构胶的性能进行研究是非常有必要的。

1 实验部分

1.1 实验材料和设备

本文选择了两种类型的建筑结构胶，分别为建筑结构胶A和建筑结构胶B。实验所需的仪器为高低温万能材料试验机，该试验机能够根据不同温度不同的要求实现自动转换。

1.2 性能测试标准

性能测试标准见表1所示。

1.3 试验方法

本实验主要研究的是高温环境下建筑结构胶的拉伸性能，所以使用的试样如图1所示，两块钢板的尺寸为40mmx40mrux4mm，钢板之间所使用的建筑结构胶厚度为1.5mm，所使用的钢板是Q235钢，其Ep= 2.08×10⁵MPa，fpy=235MPa。试样的样本制作好之后，为了能够将其夹在试验机上，在两块钢板的中间焊接一节钢筋，如图1所示。让后再将其夹在实验机上进行实验研究。将试验机的加载速度设置为ION/min，极限拉力为10000N，当试验机将两块钢板拉开时即停止实验，试验机会自动做好记录。

2 实验结果

建筑结构胶最重要的两个性能就是粘接性能和拉伸性能，所以实验将主要研究高温对这两种性能的影响。拉伸性能的测试方法比较简单，通过拉伸试验能够反映出建筑结构胶的蠕变、拉伸强度和弹性。而粘接性能不能直接进行测试，可以通过拉伸剪切强度来进行表[8]。

2.1 高温对建筑结构胶的拉伸性能影响

为了更加突出高温下结构胶性能的变化，不仅研究了高温对建筑结构胶的影响，还分析了在常温环境下的建筑结构架性能，两者可以形成对比。所以实验研究了在23℃、60℃、70℃和80℃下建筑结构胶的拉伸性能。其中拉伸性能包含着拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量和拉伸蠕变。

2.1.1 拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量的变化

得到的结果如表2所示的不同温度下建筑结构胶的拉伸性能，图2所示的不同温度下两种建筑结构胶的粘接强度变化，图3所示的两种建筑结构胶的弹性模量和断裂伸长率的变化。

从表2和图2可以明显的看出温度的变化能够大幅度的改变建筑结构胶的拉伸强度。当温度不断升高时，建筑结构胶的拉伸强度不断降低。从表2中可以计算出，与23qC时的拉伸强度相比，60℃、70℃和80℃环境下的建筑结构胶A的拉伸强度分别降低了24.7%、39.4%和71.6%，从而可以得出当温度不断升高时，建筑结构胶A的拉伸强度降低幅度不断上升。建筑结构胶B的拉伸强度随着温度的升高也在不断降低，总的来讲，当温度不变时，建筑结构胶A的拉伸强度比B的好，尤其是当高温环境时，建筑结构胶A的拉伸强度显得更好。

从表2和图3中可以看出，当温度发生变化时，建筑结构胶的断裂伸长率和拉伸弹性模量发生了非常大的改变。当温度不断升高时，建筑结构胶A的拉伸弹性模量不断下降，且当温度越高时，其下降的幅度就越大;而建筑结构胶B也会随着温度的升高其拉伸弹性模量也在不断下降，但是其下降幅度没有建筑结构胶A的明显。当温度不断升高时，建筑结构胶A和B的断裂伸长率不断的升高，且当温度越高时，断裂伸长率的增长幅度就会越大。从图3中还可以发现，在23℃时，2种建筑结构胶的弹性模量相差不大，但是当温度不断升高时，两者的比值就不断增加，而当温度达到最高即80℃时，2种建筑结构胶的弹性模量相差又不大。出现这种现象的原因就是2种建筑结构胶的固化体系不一样，温度对它们的影响也会不同，在60℃和70℃的环境下，建筑结构胶A的抗变形能力表现得更好，当温度不断升高达到80℃时，此时的2种建筑结构胶发生了玻璃化转变的现象，于是弹性模量就相差不大。

2.1.2 拉伸蠕变

图4为不同温度下2种建筑结构胶的阶段拉伸试验，从图4中可以看出，当温度不断升高时，建筑结构胶的糯变随之增长，且其增长非常的明显。当温度在23。C时，2种建筑结构胶的应变与应力呈正比关系，即当应力不断升高时，应变也随之升高，此时建筑结构胶是普弹性阶段，其发生的蠕变是很小的。当温度不断升高时，升高到60℃时，2种建筑结构胶的曲线差不多还是线性关系，但是建筑结构胶B发生了明显的蠕变在应力为8MPa时。当温度上升到70℃时，建筑结构胶A发生了明显的蠕变，但是应力应变曲线差不多还是线性相关，而建筑结构胶B已经不呈线性了，可以观察到蠕变更加的明显。当温度达到80℃时，2种建筑结构胶都不成线性，蠕变比之前就更加明显。

表3为不同温度下2种建筑结构胶的拉伸蠕变，图5为其变化曲线。从图5中可以看出当温度在70℃之前时，建筑结构胶A的蠕变增长非常的缓慢，当温度大于70℃是，增长速度就非常快。建筑结构胶B在60℃之后，其蠕变增长才较为快速，很显然，建筑结构胶A比建筑结构胶B大的蠕变发生得更加急促。从表3中可以看出，当温度小于或等于70℃时，建筑结构胶A的蠕变比建筑结构胶B小很多，当温度达到80℃时，2个建筑结构胶的蠕变差别就比较小，以此反映了小于或者等于70℃时，建筑结构胶A的抗形变性能较好，当温度非常高，到达80℃时，2种建筑胶就没有什么区别。

表4为在不同温度下两种建筑结构胶的拉伸弹性模量，表中E代表的是初始弹性模量，Es代表的是割线模量，Ed代表的是1h延时弹性模量。通过计算，将60℃、70℃和80℃下3种弹性模量与23℃下的3种弹性模量相比，当温度为70℃和60℃时，建筑结构胶A的弹性模量比建筑结构胶B下降少，当温度达到80℃时，2种建筑结构胶的弹性模量就没多大区别。

有相关规定表明Ed/Es≥0.75。通过表4可以计算出温度在70℃时建筑结构胶A的Ed/Es≥0.79，温度为60℃时建筑结构胶BDE的Ed/Es≥0.76，这2个温度正好比0.75大一点，符合标准规范，即建筑结构胶A和B的最高温度应该分别在70℃和60℃左右。从图4中可以看出，当70℃建筑结构胶A和60℃建筑结构胶B已经发生了一定的蠕变，所以为了保证建筑结构胶的使用安全，在高温环境下应该采取一定的锚固措施。

2.2 高温对建筑结构胶的拉伸剪切强度的影响

表5和图6为不同温度下2种建筑结构胶的拉伸剪切强度。本实验研究了6个不同的温度。从图6中可以看出，当温度不断升高时，2种建筑结构胶的拉伸剪切强度不断下降，且其下降较为明显。从图中可以仔细观察到，当温度在60℃以下时，剪切强度下降的趋势比较平缓，当温度在60-80℃之间时，下降趋势比较快，当温度继续上升时，下降又比较平缓。

从表5和图7中可以看出，当温度上升到lOOcC时，虽然2种建筑结构胶都有一定的剪切强度，但是其破坏面已经发生了非常大的变化。尤其是从图7的高温下破坏形式是非常的明显，其原因可能是当高温环境时，建筑结构胶的粘附力出现了大幅度的降低。从表5中可以看出，2种建筑结构胶复合规范时所合理的最高温度分别是70℃和60℃，正好与拉伸蠕变研究的结果一样。

3 结语

综上所述，当温度发生变化时，对建筑结构胶的性能会造成非常严重的影响，尤其是当温度上升到一定程度之后，建筑结构胶的性能就不符合规范，不能在建筑维修加固中使用。通过上面的实验研究，建筑结构胶A和建筑结构胶B满足规范时的最高温度分别是70℃和60℃，然而在此环境下，2种建筑结构胶发生了一点蠕变，需要对其进行防护措施。

参考文献

[1]肖建庄，于海生，秦灿灿，复合材料加固混凝土结构耐久性研究[J].玻璃钢/复合材料，2003（03）：16-21.

[2]杨勇新，王敬，张小冬.碳纤维布加固混凝土结构耐久性能初步研究[J].港工技术，2002（2）：25-27.

[3]任慧韜，胡安妮，赵国藩，冻融循环对玻璃纤维布加固混凝土梁受力性能影响[J].土木工程学报.2004，37（4）：104-110.

[4]张首文，王文军，李红旭.混凝土加固改造用建筑结构胶黏剂在中国的发展[J]化学与粘合，2005（01）：38-41.

[5]申德妍，刘伟区，班文彬，等.纳米聚氨酯改性环氧建筑结构胶粘剂的研制[J].绿色建筑，2005，21（4）：35-38.

[6]张新涛，郑耀臣，孙生霞，低温固化环氧建筑结构胶的研制[J].新型建筑材料，2007（10）：47-49.

[7]岳清瑞，杨勇新.《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（ CECS146：2003）介绍[J].建筑结构，2003（06）：69-72.

[8]林美，建筑结构胶粘剂拉伸剪切强度测定因素的分析[J].福建建设科技，2011（1）：56-57.

作者简介：郑全成（1972-），男，汉族，河南驻马店人，大学本科，高级工程师，研究方向：建设工程造价管理。

通讯作者：张启志（1968-），男，汉族，河南驻马店人，大学本科，正高级工程师，研究方向：建设工程管理。 E-mail： 13939676800@163.com