桥面覆层用弹性环氧胶粘剂的研究

许新武

摘 要：在对桥面覆层用弹性环氧胶粘剂进行制备时，结合对相关稀释剂、增韧剂、固化剂的研究，从不同配方出发进行优化，最终获得性能良好的弹性环氧胶粘剂。结合拉伸测试发现：该桥面覆层用弹性环氧胶粘剂的拉伸强度、断裂伸长度和混凝土粘接强度等方面均表现不错，其综合性能优异，能够适用于桥面铺装工程。

关键词：桥面覆层;弹性环氧胶粘剂;粘接强度;拉伸强度;断裂伸长度;稀释剂

中图分类号：TQ343       文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2022）02-0189-03

弹性环氧胶粘剂属于不错的桥面覆层，其主要由环氧胶粘剂和防滑耐磨骨料所组成。在具体使用期间，该覆层具有较好的力学性能特征，并且能够和水泥、钢板、骨料、混凝土等相粘接，整体性能良好[1]。环氧覆层能够有效降低桥面的铺装厚度，具备防水、抗裂、耐磨且防离子渗透等特点[2]。不过，从实际情况观察，普通类的环氧胶粘剂和混凝土在热膨胀系数方面有较大差异，且不具备良好的相容性，在温度发生改变的条件下，会导致基材与覆层中间出现较大的内应力，很容易使桥面覆层出现脱落现象。结合相关研究，发现在低弹性模量、具备较好的变形能力的材料可以降低桥面覆层和混凝土之间存在的内应力，能够改善脱落情况[3]。基于此，研究桥面覆层用弹性环氧胶粘剂具有重要的意义。依据要求，对于桥面覆层使用的弹性环氧胶粘剂其抗拉强度要保持在12～34 MPa，断裂伸长率要控制在30%～70%[4]。本次研究结合相关固化剂、增韧剂和稀释剂的使用情况，对环氧胶粘剂的拉伸状况与柔韧性能展开研究，力求制备出满足桥面覆层使用要求的弹性环氧胶粘剂。

1 实验内容

1.1 实验材料

结合此次实验过程，选择的原材料种类如下：

增韧剂：4种，分别为R1、R2、R3和R4。其中，R1为自制反应型的长链脂肪族的增韧剂;R2为具有端巯基的液态聚硫橡胶;R3为改性的聚氨酯;R4为端环氧基反应型液态丁腈橡胶。

稀释剂：3种，分别为X1、X2、X3。其中，X1为正丁基缩水甘油醚（单氧环）;X2为间苯二酚二缩水甘油醚（双氧环）;X3为三羟甲基丙烷三缩水甘油醚（三氧环）。

固化剂：6种，分别为G1、G2、G3、G4、G5和G6。其中，G1属于改性脂环胺;G2为聚酰胺;G3为改性脂肪胺;G4为酚醛胺;G5为聚醚胺;G6为自制改性胺。

环氧树脂：液态环氧树脂e-51。

1.2 实验仪器设备

电子万能试验机、旋转黏度计、恒温箱、研磨分散计等。

1.3 主要项目测试

（1）对制备出来的环氧胶粘剂进行拉伸性能测试：其中包括拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率;

（2）对环氧胶粘剂的黏度予以测试，遵从《塑料、环氧树脂黏度测定方法》所提出的要求。

1.4 试件的有效制备

（1）制备拉伸试件。把增韧剂或者稀释剂添加到环氧树脂中，将其混合品转移至研磨粉碎机中，并且按照2 000 r/min的频率进行搅拌，搅拌时间控制在10 min左右;然后，再添加固化剂，继续执行搅拌过程并最终混合均匀状态。最终将其注入到特定的拉伸模具中完成浇注成型操作;

（2）固化方法。主要分成2种，其一是在恒温23 ℃状况下保持1周;其二是在温度23 ℃条件下固化1 周。最后在温度80 ℃条件下固化1 d。

2 实验结果和讨论

2.1 添加增韧剂对环氧胶粘剂拉伸性能的影响

增韧剂在发挥作用期间，主要借助物理作用有效降低聚合物的玻璃化温度，通过改变固化树脂交联点间链运动的壁垒发挥出帮助固化产物获得柔韧性的目标。本次研究结合4种不同种类的增韧剂R1、R2、R3和R4 ，探究其对环氧固化体系拉伸性能的影响。按照实验试件制备流程，在23 ℃条件下固化1周，最终判断其拉伸性能，结果如表1所示。

由表1可知，在加入R1和R2两种增韧剂时，固化产物的柔韧性能发生显著改变。从实际情况来看，当增韧剂加入到环氧树脂以后，在环氧树脂的交联结构中接引柔性较好的分子链，有效提升了环氧交联结构的自由活动性，从而改变了固化产物的柔韧状况。总体上在上述两组增韧剂掺量达到40%时，获得的固化产物拥有大的伸长率，显然对比早期没有经过改性处理的环氧固化产物在断裂伸长率方面有了显著提升。不过，结合数据观察，固化产物的弹性模量却呈现出降低的趋势。究其原因，主要在于引入长链段分子后促使其内聚强度降低，固化产物的抗拉能力、弹性模量也会受到明显影响所致[5]。

总体上在掺入R3时，固化产物的柔韧性能改善状况并不明显，其抗拉强度与弹性模量表现出先持續递增后逐渐降低的走势。当掺入量控制在10%的时候，固化产物的抗拉强度、弹性模量属于最大状态;这主要是因为在环氧树脂性状没有发生变化时，整体上具有脆性。随着聚氨酯的加入，其和环氧树脂逐渐融合，就会使该体系的内应力减弱[6]。随着R3掺入量逐渐超过了10%，固化产物的弹性模量和抗拉强度表现出下降趋势;这主要是因为伴随着聚氨酯的掺量逐渐增多，与环氧树脂的协同性降低，总体上朝着柔韧性能提升的方向发展，但是总体强度明显下降[7]。在掺入R4以后，固化产物的拉伸强度与弹性模量逐渐降低，断裂伸长率表现为先升高后降低的情况;在掺入量达到20%时，断裂伸长率达到最大状态，一旦掺入量超过该数值，就会促使断裂伸长率降低。通过上述分析，发现虽然使用R3和R4可以适度提升拉伸强度，但是存在柔韧性不足的缺点;而在具体使用期间，要求桥面覆层拥有较好的柔韧性能。因此排除上述两种增韧剂。对于R1和R2两种类型，发现整体上在掺入R1时获得的拉伸强度、柔韧状况更佳。

2.2 稀释剂对环氧固化体系性能的总体影响

表2为稀释剂的掺量对抗拉强度伸长率、弹性模量的影响结果。

由表2可知，发现应用稀释剂X1时，虽然能够起到较好的稀释效果;但是会对固化物的抗拉强度产生影响，不宜使用X1。在使用X2时，虽然可以保持较高的抗拉强度，可是对伸长率的影响并不稳定。从表2中的数据还可观察到，选择X3作为稀释剂时效果相对较好，在抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量方面数值较为稳定，并且掺量控制在30%，此时伸长率和弹性模量更好。

2.3 固化剂种类对环氧固化体系性能的影响

按照上述固化操作，分析固化剂的种类对拉伸性能的影响，结果如表3所示。

对比在使用不同的固化剂种类条件下，对抗拉强度、断裂伸长率以及弹性模块的影响，在抗拉强度方面，应用固化剂G3达到最大值24.85 MPa，断裂伸长率达到57%（与G1一致，但G1在抗拉强度和弹性模量方面弱于G3），弹性模量最大，达到1.03。总体上发现在使用G3时，能够使固化产物获得较好的性能。因此，可选择G3作为此次制备弹性环氧胶粘剂的种类[8]。

3 结语

通过分析上述结果，在对桥面覆层用弹性环氧胶粘剂展开研究时，发现掺入增韧剂能够提升固化产物的柔韧性，积极改善其柔韧性能;在掺入三环氧稀释剂的情况下，能够使环氧固化产物获得较好的柔韧性能与抗拉强度，效果较好;不同种类的固化剂对固化产物柔韧性的影响程度不同，本次选择G3时效果较佳。通过合理的配方设计，才能为制备出力学性能良好且柔韧性较强的环氧胶粘剂创造条件，最終应用于现实，提升桥面的防滑能力和质量。

【参考文献】

[1] 杨侣珍，张平，赵锋军.水泥混凝土桥面环氧覆层铺装设计方法的研究[J].中外公路，2018，38（1）：63-67.

[2] 张宇娜，匡怡，郑益.硅烷偶联剂对桥面铺装环氧树脂胶粘剂粘结性能的影响研究[J].中国水运（下半月），2021（1）：95-96.

[3] 林浩.触变剂对桥梁加固用环氧树脂胶粘剂的影响研究[J].中国胶粘剂，2018，27（5）：58-60.

[4] 刘希方.钢桥面铺装环氧树脂防水粘结层施工质量控制研究[J].建筑·建材·装饰，2019（10）：76.

[5] 张卫华.环氧沥青桥面粘结防水层试验研究[J].山西交通科技，2019（3）：58-60.

[6] 张勇.桥梁加固用环氧树脂胶粘剂体系固化动力学研究[J].中国胶粘剂，2021，30（1）：39-43.

[7] 林浩.触变剂对桥梁加固用环氧树脂胶粘剂的影响研究[J].中国胶粘剂，2019，27（5）：58-60.

[8] 林浩，周秀茹.填料对桥梁加固用环氧树脂胶粘剂性能的影响研究[J].粘接，2018，39（3）：31-34.