橋梁加固用環氧結構膠開發研究

林 浩

（山西省交通科學研究院，新型道路材料國家地方聯合工程實驗室，山西 太原 030006）

橋梁加固用環氧結構膠開發研究

林 浩

（山西省交通科學研究院，新型道路材料國家地方聯合工程實驗室，山西 太原 030006）

考查了自制腰果酚改性胺類水下用環氧樹脂固化劑與QS-1622T型空氣中用固化劑不同比例復配，QS-030N型增韌劑和QS-P24F型增韌劑復配，并調配助劑及填料比例，考查各配方在橋梁加固中空氣中及水下固化力學性能。結果表明，QS-030N型增韌劑增多，潮濕表面粘接水下固化抗剪強度減小；自制固化劑與QS-1622T固化劑復配，水下抗剪性能增強；自制腰果酚改性胺類固化劑適用于對抗剪強度要求較高的橋梁加固環境，且其與1622T復配后可發揮更高拉伸強度和水下抗剪強度。

橋梁加固；結構膠；固化劑復配；水下固化；環氧樹脂

20世紀70年代，地震的破壞及交通量的增大、車輛荷載的增加，給橋梁加固提出了更高的要求[1]。日本阪神大地震后，道路、橋梁等建筑物的修復和加固又推動了環氧樹脂類建筑加固結構膠的快速發展[2]。經過30多年的發展，環氧結構膠的膠種、固化劑、各種助劑及填料發展十分迅速[3，4]。

橋梁加固部位的不同，對環氧樹脂結構膠提出不同的要求，如橋上表面加固只需要空氣中固化的膠種，橋底面加固需要潮濕表面可固化的膠種，水下橋墩的加固則需要可水下固化的膠種[5]。環氧樹脂所用固化劑種類、助劑和填料對膠粘劑的性能起著重要作用[6]。腰果酚對環氧樹脂胺類固化劑改性，可降低胺類固化劑黏度，提高低溫固化和水下固化效果[7～9]，胡家朋等[10]利用腰果酚對胺類固化劑改性，也證實了這一觀點。QS-1622T型固化劑具有黏度低，流動性好，能夠完全填充縫隙，且常溫固化速度快等優點。QS-030N型增韌劑，具有良好的增韌作用，可提高固化物的綜合力學性能和粘接性能。QSP24F型增韌劑可提高固化物的柔韌性、耐磨性和膠粘劑的剝離強度，尤其適合制備常溫固化的彈性環氧膠。本文考查自制腰果酚改性胺類水下用環氧樹脂固化劑與QS-1622T型空氣中用固化劑不同比例復配，QS-030N型增韌劑和QS-P24F型增韌劑復配，并調配助劑及填料比例，考查各配方的力學性能及水下固化效果。根據測試結果，篩選出性能較優的結構膠配方，開發出適用于橋梁不同部位加固用環氧樹脂結構膠。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

E-51環氧樹脂（EP），工業級，藍星化工新材料股份有限公司；自制腰果酚改性胺類水下用環氧樹脂固化劑；QS-1622T固化劑、QS-P24F增韌劑、QS-030N增韌劑，工業級，北京金島奇士材料科技有限公司；38 μm硅微粉，工業級，河南鄭州市金石耐材有限公司。

FS-0.4試驗用分散機，秦皇島市億利化工機械制造有限公司；CMT4304型微機控制電子萬能試驗機，美特斯工業系統（中國）有限公司。

1.2 制備工藝

A組分中環氧樹脂、增韌劑、填料和稀釋劑按表1配比混合，用高速分散機分散均勻；B組分中固化劑按表1比例混合，高速分散機分散均勻；B組分按比例加入A組分中，分散至膠體均勻細膩，然后真空攪拌脫泡。結構膠配方見表1。

1.3 試樣制備及測試

拉伸試件和彎曲試件制備按照GB 2567—2008中尺寸澆筑于相應模具中，振蕩消泡，室溫養護7 d后拆模，試件樣圖及尺寸如圖1A和圖1C；壓縮試件的制備按照GB2567—2008中Ⅱ型小圓柱體試件尺寸（高25 mm，直徑10 mm），澆筑于相應模具中，振蕩消泡，試件樣圖如圖1B。空氣中固化的拉伸剪切試件按照GB 7124—2008要求，粘接面長度為12.5 mm，寬度為25 mm的鋼對鋼拉伸剪切，試件樣圖如圖1D，潮濕表面粘接水下固化的拉伸剪切試件按照GB 50728—2011要求，將粘接面潤濕，濕布除去表面明水，涂膠粘接，固定于模具中，靜水下養護7 d，曬干3 d，水下浸泡30 d，立即進行檢測，試樣樣圖如圖1D。

表1 結構膠配方比例Tab.1 Formulation composition of structural adhesive

圖1 環氧結構膠力學性能測試試樣Fig.1 est specimens for mechanical property of epoxy structural adhesive

2 結果與分析

2.1 測試結果

通過美特斯CMT4304型電子萬能試驗機測試，測試速度為2 mm/min，環氧結構膠性能測試結果見表2。

表2 各配方結構膠測試結果Tab.2 Test results of structural adhesives with different formulations

2.2 結果分析

對比GB 50728—2011以混凝土為基材，粘接鋼材用結構膠基本性能判定標準及濕面施工、水下固化型結構膠基本性能判定要求對測試結果進行分析：

①彎曲強度均達到A類膠標準，其中4#和9#遠超出A類膠標準值，可能是該組配方膠體性能較好，模量高，且抗彎性能易達標，所以該組試件彎曲性能均達標；

②只有8#的抗剪強度達到A類膠標準，1#、2#、6#和9#接近A類膠標準，3#和4#與A類膠標準值相差很大，原因是填料增多，稀釋劑增多的情況，降低了結構膠與金屬之間的粘接力，導致其抗剪強度較弱；

③1#和5#的壓縮強度達到A類膠標準值，2#、7#和8#與A類膠標準值相差很大，原因是用“固1”固化的環氧樹脂的抗壓性能較高，與“自”復配后，其壓縮強度不同程度降低；

④1#、2#、3#、4#、6#、7#和8#的拉伸強度達到A類膠標準值，5#和9#未達標，原因是“固1”固化的環氧樹脂拉伸強度較低，與“自”復配后，固化環氧樹脂的抗拉性能顯著提高；

⑤斷裂伸長率均未達標，4#和7#接近標準值，原因是該組結構膠配方增韌效果較差，膠體脆性較大；

⑥拉伸模量均超過A類膠標準值，5#模量最高，4#和8#模量稍低，環氧樹脂模量偏大，且“固1”固化的環氧樹脂模量大，“固1”與“自”復配后，拉伸模量降低；

⑦濕面施工、水下固化鋼對鋼抗剪強度遠超過合格指標，3#和4#固化效果較佳，說明“固1”與“自”復配后，顯著提高濕面施工、水下固化鋼對鋼抗剪強度。

⑧填料增多，稀釋劑增多的情況，膠粘劑的抗剪強度下降；“增2” 增多，潮濕表面粘接水下固化鋼對鋼抗剪強度抗剪強度有減小趨勢；“固1”與“自”復配后壓縮強度降低，抗拉強度提高，拉伸模量降低。

3 結語

（1）空氣中固化的結構膠彎曲強度、拉伸強度和拉伸模量易達到GB50728—2011標準A類膠標準值；壓縮強度、抗剪強度和斷裂伸長率還有待進一步提高；

（2）潮濕表面粘接水下固化鋼對鋼抗剪強度遠超過合格指標，且QS-030N型增韌劑增多，其抗剪強度有減小趨勢；

（3）自制腰果酚改性胺類水下用環氧樹脂固化劑低于QS-1622T型固化劑空氣中固化環氧樹脂的抗拉性能，1622T適合用于抗拉和抗壓有較高要求空氣中的橋梁加固環境，但不適合用于對伸長率和抗剪強度有高要求和水下橋梁加固環境；

（4）自制腰果酚改性胺類水下用環氧樹脂固化劑適用于對抗剪強度有高要求的橋梁加固環境，且其與1622T復配后可發揮更高拉伸強度和水下抗剪強度。

[1]周建民,李慧.環氧樹脂建筑結構膠配方設計中固化劑的選用[J].精細與專用化學品,2009, 17(13):19-20,31.

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[3]李福志.第二代環氧建筑結構膠配方設計原理[A]//現代粘接技術與環保膠粘劑學術論壇暨北京粘接學會第十四屆年會論文集[C].北京粘接學會, 2005,10.

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[10]胡家朋,趙升云,劉俊劭,等.腰果酚縮醛胺固化劑的性能研究[J].熱固性樹脂.2010,25(1):19-22.

Abstract：Through compounding the curing agents (homemade cardanol modified amine curing agent for underwater curing and QS-1622T curing agent for curing in the air), compounding the toughening agents (QS-030N and QS-P24F), and adjusting the weight ratio of additives and filler, the mechanical properties of various formulations cured in the air or in underwater condition were investigated, The results showed that as increasing the QS-030N amount, the shearing strength decreased for underwater curing. Compounding the homemade cardanol modified amine curing agent and QS-1622T curing agent increased the shearing strength for underwater curing. The homemade cardanol modified amine curing agent was suitable for requirement of higher shear strength. And compounding the homemade cardanol modified amine curing agent and QS-1622T curing agent can increased the tensile strength and the shearing strength for underwater during.

Study of epoxy resin structural adhesive for bridge reinforcing

LIN Hao
(National and Local Joint Engineering Laboratory of New Materials in Road, Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030006, China)

bridge reinforcing; structural adhesive; compounding of curing agent; underwater curing

TQ433.4+37

A

1001-5922（2017）03-0050-04

2016-09-21

林浩（1988-），男，碩士，工程師，研究方向：道路與橋梁。E-mail：463368678@qq.com。