常见聚合类建筑结构胶粘剂特性与应用优势及发展趋势

2023-11-29王亚兰

粘接 2023年11期

摘要：随着我国建设工程技术的不断发展，建筑行业及配套产业的迅速崛起，带动了建筑胶粘剂行业的快速发展，推动了建筑结构胶粘剂研究开发和生产技术的迅速发展，使其应用场景越来越广泛。为了解决目前建筑行业胶粘剂的固有缺陷、保障建筑工程安全可靠，从结构胶粘剂应用分类为出发点，比较不同胶结材料的特性，并总结归纳出既有胶粘剂的优点和不足。结合当前建筑行业的热点领域和国家政策导向，提出今后绿色、节能、环保的装配式建筑结构胶粘剂是主要发展趋势。

关键词：胶粘剂；建筑材料；应用与发展

中图分类号：TQ437+.1

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）11-0030-04

Characteristics application advantages and development trend of common polymerized building structural adhesives

WANG Yalan

（Shaanxi University of Chinese Medicine Foundation Construction Office，Xianyang 712046，Shaanxi China

）

Abstract：The continuous development of Chinese construction engineering technologyand the rapid rise of the construction industry and supporting industries lead to the rapid development of the construction adhesive industry，promoting the rapid development of the construction of structural adhesive research and development and production technology，and making its application scenarios more and more extensive.In order to solve the inherent defects of adhesives in the current construction industry and ensure the safety and reliability of construction projects，the classification of structural adhesive application was taken as the starting point，the characteristics of different bondingmaterials were compared，and the advantages and disadvantages of existing adhesives were summarized.Combined with the current hot areas of the construction industry and the national policy guidance，it is proposed that the green，energy-saving andenvironmental friendly structural adhesives for assembly buildings are the main development trend in the future.

Key words：adhesive;building materials;application and development

建筑行业及配套产业的迅速崛起，带动了建筑胶粘剂行业的快速发展，使其应用场景越来越广泛，为我国建筑结构胶粘剂的发展带来了巨大的发展空间。采用建筑结构胶粘剂加固改造建筑物，是目前广泛采用的一种加固技术。建筑工程施工用胶的粘连技术，克服了以往常用的施工技术难题，取得了较好的经济效益和社会效益。因此，梳理我国建筑结构胶粘剂的具体应用及发展趋势对我国建筑工程持续稳定发展大有裨益。

1 建筑胶粘剂的定义和分类

1.1 建筑结构胶粘剂的定义

建筑结构胶粘剂是人类使用的最早的胶粘剂之一，在人类建筑史中胶粘剂一直都扮演着重要的角色，无机胶粘剂则是人类历史上最早使用的胶接材料，如粘土、石灰等［1-2］。自18世纪水凝水泥问世以来，水泥成为近现代建筑中使用的主要胶粘剂，至今仍然活跃在工程建筑施工活动中。自20世纪30年代开始，高分子材料科学开始兴起，并在建筑业中得到越来越广泛地应用。建筑结构胶粘剂可以应用于建筑行业的每一个工序，乃至每一种材料。在建筑结构中使用胶粘剂不仅能够提高建筑物的质量，增加审美度、舒适度，还可以改进施工工艺、实现效率倍增［3-4］。

1.2 常见建筑结构胶的类型及特性

以有机高聚物为基础的建筑结构胶粘剂按使用的聚合物种类可分为2种基本类型，热固性和热塑性，如表1所示。

1.2.1 环氧胶粘剂

环氧胶粘剂（Epoxy Adhesive）分为单组分环氧胶、双组分环氧胶等。环氧树脂胶粘剂中含有的羟基、醚键、氨基等多种极性基团和活性很强的环氧基，这些物理化學特点赋予环氧胶粘剂对金属、混凝土、玻璃、木材等以优良的附着力。环氧胶粘剂是目前使用最为普遍的一种高分子胶粘剂。环氧胶粘剂固化后胶性性能好、机械强度高、耐介质、耐老化，还具有较好的电绝缘特性［5-6］。目前市面上的环氧树脂胶粘剂基本无毒无害，符合当前绿色发展和绿色生活的需要。

1.2.2 丙烯酸酯胶粘剂

丙烯酸酯胶粘剂（Acrylate adhesive）是以甲基丙烯酸酯、α-氰基丙烯酸酯或与其他烯类单体为基料，经聚合反应所得的胶粘剂。丙烯酸酯胶粘剂种类繁多，性能各异，因其易加工、耐环境性及色泽清浅等特点得到建筑施工的广泛青睐。其中，α-氰基丙烯酸酯胶粘剂的应用场景最为广泛，几乎所有的建筑基材都可以用α-氰基丙烯酸酯胶粘剂来粘接［7-8］。在建筑行业，丙烯酸酯胶粘剂用于建筑物加固和结构改造的钢筋锚固，玻璃及金属幕墙后加埋件的安装，地铁、轻轨道钉的锚固。

1.2.3 有机硅胶粘剂

有机硅即有机硅氧烷，是指以“Si—O—Si”为主链，硅原子上联接有有机基的交联型的半无机高聚物。有机硅树脂和硅橡胶弹性体是当前应用于建筑结构的2大胶粘剂。其中，有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷。与一般有机树脂胶粘剂相比，硅树脂胶粘剂具有如下特性，耐热性较强，高温下电气特性降低很少，具有一定的憎水性，浸水后能够快速恢复原来的状态［11-12］。

鉴于有机硅优越的分子结构，使其兼具“两性”——即无机材料良好的机械物理性能和耐高低温性，这是一般有机化合物所不能具备的优良特性。另外，由于Si在化学元素中的独特性质和分子的螺旋状结构，使得有机硅胶粘剂具有高模量、透气性、疏水性、易加工性和极低的表面能。

1.2.4 聚氨酯胶粘剂

聚氨酯胶粘剂是指主链上氨基甲酸基团（—NHCOO—）和（或）异氰酸酯基（—NCO）的胶粘剂，它具有优异的性能，且应用领域广泛。聚氨酯胶粘剂中含有极性极强、活性较高的—NCO，能与表面含有活泼氢原子的材料产生共价键，可以参与EPDM的交联，还适用于金属制品之间的附着，因其固化属于加聚反应，所以在胶接过程中不会有副产品产生，不易发生胶合层缺陷。聚氨酯胶粘剂具有优良的耐低温性能，可在-253 ℃下使用［13-14］。除此之外，它还具有良好的耐磨、耐水、耐油、耐溶剂、耐臭氧及防霉菌等性能。在建筑结构中，常被用于粘接泡沫塑料、木材、橡胶等外表光洁的材料。

2 建筑结构胶粘剂的应用优势

2.1 建筑基材粘接加固中的应用

建筑基材的粘接加固作业主要是用结构胶粘剂将钢板、型材、纤维复合材料、纤维混凝土、环氧砂浆等补强加固材料牢固粘接在各种建筑构件上，如柱、梁、楼板、阳台、墙体、钢结构等部位。不过，根据GB 50367—2013《混凝土结构加固设计规范》的规定：“承重结构加固工程中严禁使用不饱和聚酯树脂和醇酸树脂作为胶粘剂”，不饱和聚酯树脂和醇酸树脂的分子量低，耐候性、耐水性、耐久性较差，若用于承重构件的加固补强，很容易埋下安全隐患。而环氧树脂胶粘剂以其优异的力学性能、附着性、固化收缩率、公益性和抗化学药品性能，成为国际上公认的加固混凝土首选的胶粘剂［15-16］。

2.2 建筑装饰工程上的应用

建筑装饰工程中需要粘接的材料设计面很广，其表面形貌和物理化学性质各不相同。例如水泥、黄沙等，它们硬化后强度高、硬度大，属于碱性氧化物，能与酸发生反应；金属材质的物品普遍具有导电导热性，膨胀系数大；还有玻璃、石膏、陶瓷等制品，绝缘性好、耐腐蚀性强，热膨胀系数小。

2.3 建筑结构灌注与修补粘接上的应用

这一应用场景主要是在钢筋表面和混凝土之间使用建筑结构胶粘剂将二者牢固地粘接成一体的胶结工艺，以此达到钢筋混凝土协同作业的目的。除了起到机械性性固定作用外，它还可以应用在普通部件上，实现对普通部件的密封修复，从而使其满足其最初的设计需求，有效预防和控制构件中的裂缝。因此，它不仅适用于一般的民用建筑、工业建筑，还适用于水利工程、军用工程等多种应用分类［17-18］。

2.4 建筑装配式构件中的应用

近年来，由于其施工速度快、造价低、工程效率高以及能降低粉尘、噪声污染、水污染等特点，装配式建筑逐渐得到了广大市民的青睐，并在今后的城市建设中将会得到更加广泛的应用。在装配施工中，结构胶粘剂是一种十分常用且重要的工业材料，能够满足装配式建筑基础的粘接强度要求、各种物理化学性能（如韧性、固化收缩性、耐热性、电绝缘性等）需求，同时还可以对建筑构件进行补强和维护。因此，建筑结构胶粘剂在装配式建筑中的发展和应用前景十分广阔［19-20］。

3 建筑结构胶粘剂的施工工艺优势及不足

3.1 建筑结构胶粘剂的优点

（1）若胶粘剂均匀地敷抹在连接点表面，在加固处则能够实现应力分布均匀的效果。（2）建筑结构胶粘剂能把各种性能的建筑材料紧密胶接在一起，即使在当今的建筑材料多元化的时代，这种优势也是其他施工工艺所无可比拟的［21-22］。（3）胶粘剂的密封性能良好，能够有效隔绝空气、水等环境介质。（4）使用胶粘剂进行施工，工序简单，可以显著加快工程进度，在施工中还可以提高效率、降低成本、节约能源等。（5）通常可以在常温或中等温度下进行施工，而且对环境、资源也十分友好。（6）选择功能性胶，还可使接缝处具有绝缘性、导电性、导磁性和快速固化等特性，能满足多样化的建筑需求［23-24］。

3.2 建筑结构胶粘剂的不足

（1）胶粘剂70％以上是高聚物，其耐老化、抗化学药品性能差强人意。（2）胶粘剂以极性基团的分子间实现物质之间的胶结，其粘接强度还有待改善。（3）胶粘剂的工作温度不够宽泛，非结构胶不耐高温，只能在-60～100 ℃下使用，结构胶的使用温度为-253～315 ℃；无机胶粘剂虽可达到700～800 ℃，但附着性、耐久性能上却有较大缺陷。（4）目前尚无一种有效科学的胶粘剂无损检测技术。

4 建筑结构胶粘剂未来的发展趋势

据统计分析，未来5～10年内，我国胶粘剂行业需求将以8%～10%的速度增长，而建筑行业是胶粘剂应用最为集中的一大市场。在过去5年中，受多项国家政策带动，装配式建筑迅猛发展，其对胶粘剂的需求也水涨船高［25-26］。由于装配式建筑特有的建造流程，其单位面积用胶量显著高于传统建筑的需求，在2021年装配式建筑对胶粘劑的需求已经超过600 kt。从整体来看，装配式建筑对胶粘剂的需求将是未来5年建筑机构胶粘剂最大的增长点。装配式建筑中混凝土构件表面特性及板块位移等因素对胶粘剂粘接性能、弹性、耐候性和可涂饰性提出了更高的要求［27-28］。因此，建筑结构胶粘剂行业的主流发展趋势将是硅酮胶粘剂向改性硅酮胶粘剂的需求转变。

5 结语

在科技进步和生产实践中，建筑结构胶粘剂被越来越多地运用到建设工程的各个领域中。目前，虽然胶粘剂已经不断地取得新的成果，但是就目前的情况来看，某一类的建筑用胶粘剂还不能完全满足建筑结构的全方位需求。所以，在今后的建筑工程中，必须从不同类型的胶粘剂组合应用来实现建筑物的补强、装饰、改造等要求。同时，还要掌握建筑行业新的发展趋势以及国际国内施工规范的变动，进一步提高胶粘剂的各项性能，使之助力新世纪建设工程的良性发展。

【参考文献】

［1］崔晨华.基于施工造价管理的改性建筑密封胶粘剂性能影响分析［J］.粘接，2022，49（10）：32-35.

［2］林永华.建筑表面胶粘剂结合层防水性研究［J］.中国胶粘剂，2022，31（9）：42-47.

［3］陈煜阳，陈炳耀，欧佳丽，等.不同种类环氧树脂对胶粘剂力学性能的影响［J］.化学与粘合，2022，44（5）：397-399.

［4］王汉民.建设工程常用胶粘剂的发展与展望［J］.粘接，2022，49（9）：35-38.

［5］刘知习，张安佶，李胜伟，等.建筑结构胶粘剂的研究现状与展望［J］.四川建材，2022，48（9）：1-2.

［6］邓桃益，孙佳春，王书平，等.聚氨酯胶粘剂在陶瓷增强树脂基抗弹复合材料中的应用［J］.工程塑料应用，2022，50（8）：135-139.

［7］万爱国.环氧树脂胶粘剂在建筑结构设计中的应用［J］.粘接，2022，49（7）：41-44.

［8］汤丁，朱璐.石材建筑膠粘剂综述［J］.广东化工，2022，49（10）：97-98.

［9］薛雪雪，周洪芝，罗仕刚，等.不中断交通条件下的板梁桥铰缝修复系统用胶粘剂的性能研究［J］.粘接，2022，49（2）：181-184.

［10］王庆龙.胶粘剂在大型钢结构建筑工程施工中的应用［J］.粘接，2022，49（1）：192-196.

［11］滕朝晖，冯秀艳，张彦鹏，等.水泥基构筑体用结构胶粘剂的研究概述［J］.散装水泥，2021（6）：11-13.