公路用胶粘剂制备与工程造价应用研究

2024-05-07刘浩忠

粘接 2024年3期

摘要：为了提升公路建设用高质量高性价比的胶粘剂，研究制备了环氧树脂配比、固化剂和增韧剂对胶粘剂表干时间、拉伸性能、冲击性能、拉剪强度和压剪强度的影响。结果表明，当环氧树脂816与环氧树脂862配比即m（816）∶m（862）为1∶1时，胶粘剂的表干时间较短、拉剪强度和压剪强度最大，破坏形式为内聚破坏；随着PPG-2000增韧剂（PPG）含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的拉伸强度都表现为先增后减特征，冲击强度都表现为先增而后趋于稳定，当PPG含量为4%时取得拉伸强度最大值。随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的拉剪强度和压剪强度都表现为逐渐减小特征。适宜的PPG含量为4%，m（816）∶m（862）为1∶1，固化剂选择脂肪胺类6610，此时胶粘剂具有良好的综合性能。

关键词：公路建设用胶粘剂；环氧树脂配比；固化剂；增韧剂；综合性能

中图分类号：TQ433.4+37

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2024）03-0031-04

Research on preparation and engineering cost application of adhesives for highways

LIU Haozhong

（Qinghai Province Traffic Construction Project Cost Station，Xining 810001，China）

Abstract：In order to improve the use of high-quality and cost-effective adhesives for highway construction，the effects of epoxy resin ratio，curing agent，and toughening agent on the surface drying time，tensile performance，impact performance，tensile shear strength，and compressive shear strength of the adhesive were studied.The results showed that when the ratio of m（816）∶m（862） was 1∶1，the surface drying time of the adhesive was shorter，and the tensile shear strength and compressive shear strength were the highest.The failure mode was cohesive failure.As the PPG content increased，the tensile strength of the adhesive showed a characteristic of first increasing and then decreasing when the curing agents were 6610 and D2238，and the impact strength showed a characteristic of first increasing and then stabilizing.The maximum tensile strength was achieved when the PPG content was 4%.As the PPG content increased，the tensile and compressive shear strengths of the adhesive gradually decreased when the curing agents were 6610 and D2238.The suitable PPG content was 4%，and the ratio of m（816） to m（862） was 1∶1.The curing agent selected was fatty amine 6610.At this time，the adhesive had good comprehensive performance.

Key words：adhesives for highway construction；epoxy resin ratio；curing agent；toughening agent；comprehensive performance

公路建設是实现高质量发展的必经之路，国家《公路“十四五”发展规划》中已明确公路建设目标，这给公路施工相关单位带来巨大发展机遇的同时，对公路建设所需要的胶粘剂等原材料也提出了严格的要求［1］。尤其是随着全过程工程造价在公路建设中的应用，基于工程造价的施工管理对公路建设用胶粘剂提出了更高的要求，公路建设用胶粘剂除需满足传统胶粘剂的使用性能外［2-4］，还需要考虑施工维护、成本和使用寿命等因素，这就要求公路建设用胶粘剂有更好的综合性能。为了提升基于工程造价的公路建设用胶粘剂的使用性能，研究了环氧树脂配比、固化剂和增韧剂对胶粘剂表干时间、拉伸性能、冲击性能、拉剪强度和压剪强度的影响，结果将有助于高综合性能的公路建设用胶粘剂的开发。

1 试验材料与方法

1.1 试验原料

为了制备基于工程造价的公路建设用高质量高性价比的胶粘剂，选取脂肪胺类6610和脂肪胺加成物D2238为固化剂，用于胶粘剂制备的促进剂、增韧剂和偶联剂分别为商用DMP-30促进剂、PPG-2000增韧剂（PPG）和KH550硅烷偶联剂，填料为纳米碳酸钙，树脂为双酚A型环氧树脂816和双酚F型环氧树脂862。

1.2 试样制备

基于工程造价的公路建设用胶粘剂的配方设计（质量份/phr）：环氧树脂50、增韧剂10、固化剂10、促进剂1、偶联剂1.5，余量为无机填料。环氧树脂由双酚A型环氧树脂816和双酚F型环氧树脂862组成，质量配比分别为5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4和1∶5。将不同成分配比的上述原料加入DLH-5L型双行星真空搅拌釜中进行室温搅拌，搅拌介质为酒精、时间设定为75 min。搅拌后转入特定模具中进行压平和固化处理（0 ℃/2 h）［8］，脱模后得到测试试样。

1.3 测试方法

将混合均匀的胶粘剂涂抹在纸张上，采用刮平器刮至厚度1.5 mm，置于LRHS-250AB多型号恒温恒湿箱中，间隔1 min轻触表面，以不粘附手指的

时间作为表干时间［9］；根据ASTM D638—08进行室温拉伸性能测试［10］，结果取3组试样平均值，拉伸速度为2 mm/min；根据GB/T 2571—1995［11］进行室温无缺口冲击性能测试，结果取3组试样平均值；根据JC 887—2001进行室温拉剪强度和压剪强度测试［12］，结果取3组平行试样的平均值；采用TESCAN VEGA3型钨灯丝扫描电镜观察断口形貌。

2 试验结果与分析

2.1 环氧树脂配合比

表1为不同m（816）∶m（862）时胶粘剂的综合性能的测试结果。

由表1可知，随着m（816）∶m（862）从5∶1降至1∶5，胶粘剂的表观从软逐渐过渡为较软、焦脆、脆至很脆，破坏形式从粘附破坏转变为内聚破坏；当m（816）∶m（862）为2∶1～1∶5时破坏形式为内聚破坏。当m（816）∶m（862）分别为5∶1、4∶1、1∶2和1∶3时，表干时间为40 min；当m（816）∶m（862）分别为1∶4和1∶5时，表干时间为45 min；当m（816）∶m（862）为3∶1和2∶1时，表干时间为35 min;当m（816）∶m（862）为1∶1时，表干时间为33 min。由此可见，当m（816）∶m（862）为1∶1时，表干时间最短。随着m（816）∶m（862）从5∶1降至1∶5，胶粘剂试样的拉剪强度先增加后减小，在m（816）∶m（862）为1∶1时，取得胶粘剂试样拉剪强度最大值。随着m（816）∶m（862）从5∶1降至1∶5，胶粘剂试样的压剪强度先增加后减小，在m（816）∶m（862）为1∶1时，取得胶粘剂试样压剪强度最大值。对比分析可知，在相同m（816）∶m（862）时，胶粘剂试样的压剪强度都高于拉剪强度。整体而言，当m（816）∶m（862）为1∶1时，胶粘剂的表干时间较短，拉剪强度和压剪强度最大，破坏形式为内聚破坏，其为适宜的m（816）∶m（862）配比。这主要与双酚A型环氧树脂816和双酚F型环氧树脂862产生了交联作用，且交联密度较大，有助于改善固化物综合性能有關［13-14］。

图1为不同m（816）∶m（862）时胶粘剂的断面形貌。

由图1可知，

当m（816）∶m（862）为2∶1时，胶粘剂断面较为平整、光滑，填料与固化物相容性较好；当m（816）∶m（862）为1∶1时，2种树脂与填料相容性较好，在断面呈现均匀分布形态；当m（816）∶m（862）为1∶2时，填料与树脂间产生局部空隙，且存在局部聚集现象。整体而言，当m（816）∶m（862）为1∶1时，填料和树脂相容性较好，呈现均匀分布特征，具有良好的力学性能，这与表1的测试结果相吻合。

2.2 固化剂和增韧剂

图2为增韧剂PPG含量对胶粘剂拉伸强度的影响，固化剂为6610和D2238。

由图2可知，随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的拉伸强度都表现为先增后减特征。当PPG质量分数为4%时，取得拉伸强度最大值，分别为25.4、23.2 MPa。此外，当PPG质量分数小于6%时，相同PPG含量时固化剂为6610的胶粘剂的拉伸强度要高于固化剂为D2238的胶粘剂；当PPG质量分数达到6%及以上时，相同PPG质量分数时固化剂为6610的胶粘剂的拉伸强度要低于固化剂为D2238的胶粘剂。

图3为增韧剂PPG含量对胶粘剂冲击强度的影响，固化剂为6610和D2238。

由图3可知，随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的冲击强度都表现为先增而后趋于稳定的特征。当PPG质量分数达到6%及以上时，胶粘剂的冲击强度变化幅度较小。在PPG含量相同条件下，相同PPG含量时固化剂为6610的胶粘剂的冲击强度要高于固化剂为D2238的胶粘剂。

图4为增韧剂PPG含量对胶粘剂拉剪强度的影响，固化剂为6610和D2238。

由图4可知，随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的拉剪强度都表现为逐渐减小特征。当PPG质量分数在6%及以下时，相同PPG含量时固化剂为6610的胶粘剂的拉剪强度要高于固化剂为D2238的胶粘剂；当PPG质量分数达到8%及以上时，相同PPG含量时固化剂为6610的胶粘剂的拉剪强度要低于固化剂为D2238的胶粘剂。

图5为增韧剂PPG含量对胶粘剂压剪强度的影响，固化剂为6610和D2238。

由图5可知，随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的压剪强度都表现逐渐减小的特征。在增韧剂PPG含量相同条件下，相同PPG含量时固化剂为6610的胶粘剂的压剪强度要高于固化剂为D2238的胶粘剂，且当PPG质量分数增加至8%及以上时，胶粘剂的压剪强度较低，已无法满足使用需求［15-17］。

2.3 工程造价对交通建设的影响与应用

从上述的试验结果可知，随着m（816）∶m（862）从5∶1降至1∶5，胶粘剂的表观从软逐渐过渡为较软、焦脆、脆至很脆，破坏形式从粘附破坏转变为内聚破坏，当m（816）∶m（862）为1∶1时表干时间为33 min，表干时间最短。

随着环氧树脂m（816）∶m（862）比例从5∶1降低至1∶5，胶粘剂试样的拉剪强度和压剪强度先增加后减小，在m（816）∶m（862）为1∶1时，取得胶粘剂试样拉剪强度最大值、压剪强度最大值。在相同m（816）∶m（862）时，胶粘剂试样的压剪强度都高于拉剪强度。整体而言，当m（816）∶m（862）为1∶1时，胶粘剂的表干时间较短、拉剪强度和压剪强度最大，破坏形式为内聚破坏，为适宜的m（816）∶m（862）配比。

从固化剂和增韧剂对胶粘剂拉伸强度、冲击强度、拉剪强度和压剪强度的影响规律分析，随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的拉伸强度都表现为先增后减特征，冲击强度都表现为先增而后趋于稳定的特征，当PPG质量分数为4%时取得拉伸强度最大值，当PPG质量分数达到6%及以上时，胶粘剂的冲击强度变化幅度较小。随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的拉剪强度和压剪强度都表现为逐渐减小特征。当PPG质量分数在6%及以下时，相同PPG质量分数时固化剂为6610的胶粘剂的拉剪强度要高于固化剂为D2238的胶粘剂。

基于工程造价对公路建设过程用胶的影响，交通建设的设计、胶粘剂制备成本考虑，质量及性价比至关重要，正确用胶的选择不仅需要较快的表干时间以加快施工进度［18］，又需要胶粘剂具有良好的力学性能，如拉伸性能、冲击性能、拉剪强度和压剪强度［19-20］，综合上述因素，适宜的PPG含量为4%，适宜的环氧树脂m（816）∶m（862）配比为1∶1，固化剂适宜选择脂肪胺类6610，此时胶粘剂具有良好的综合性能，破坏形式为内聚破坏。

3 结语

（1）随着m（816）∶m（862）从5∶1降至1∶5，胶粘剂的表观从软逐渐过渡为较软、焦脆、脆至很脆，破坏形式从粘附破坏转变为内聚破坏。当m（816）∶m（862）为2∶1～1∶5时，破坏形式为内聚破坏。当m（816）∶m（862）为1∶1时，胶粘剂的表干时间较短、拉剪强度和压剪强度最大，破坏形式为内聚破坏，其为适宜的m（816）∶m（862）配比;

（2）随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的拉伸强度都表现为先增后减特征，当PPG质量分数为4%时取得拉伸强度最大值，分别为25.4、23.2 MPa。随PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的冲击强度都表现为先增而后趋于稳定的特征，当PPG质量分数达到6%及以上时，胶粘剂的冲击强度变化幅度较小;

（3）随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的拉剪强度都表现为逐渐减小特征。当PPG质量分数在6%及以下时，相同PPG含量时固化剂为6610的胶粘剂的拉剪强度要高于固化剂为D2238的胶粘剂。随着PPG含量增加，当固化剂为6610和D2238时胶粘剂的压剪强度都表现逐渐减小的特征。

【参考文献】

［1］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.

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

［3］卢强.既有建筑结构加固技术应用分析［J］.工程抗震与加固改造，2022，44（5）：181-183.

［4］张猛.在建筑工程中胶粘剂的应用与发展［J］.粘接，2020，44（11）：108-112.

［5］邓正云，谭占进，张建，等.建筑混凝土胶粘剂的制备及其性能［J］.化学与粘合，2023，45（2）：124-127.

［6］戴辰阳.碳纤维增强建筑复合板材与钢件的粘接效果及影响研究［J］.粘接，2023，50（5）：36-39.

［7］冷科翰，谭向东.佛寺建筑木材修复用聚氨酯胶粘剂的制备及性能研究［J］.合成材料老化与应用，2021，50（4）：50-52.

［8］李晨晨，任伟强.建筑施工中的新型环保复合胶工艺分析［J］.粘接，2023，50（3）：13-17.

［9］王刚.胶粘剂在大型钢结构建筑工程施工中的应用分析［J］.居业，2023，184（5）：141-143.

［10］元强，王攒，姚灏，等.活性改性剂合成及其对环氧胶粘剂力学与界面粘接性能影响研究［J］.材料导报，2024（11）： 1-18

［11］李志才.耐久性建筑结构胶在建筑工程中的应用研究［J］.粘接，2020，41（4）：11-15.