建筑結構膠粘劑的發展和選用

李健灝++羅順

摘 要：建筑結構膠粘劑經過多年的發展已經成為重要的結構粘接材料。本文簡述了建筑結構膠粘劑的發展歷史、種類以及選用，并展望建筑膠粘劑的發展方向。

關鍵詞：結構膠粘劑 發展歷史 種類 選用

中圖分類號：TU58 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0157-02

建筑結構膠粘劑是一種用于承重結構構件粘接且能長期承受設計應力和環境作用的一種接材料。應用于受力部件時，一般要求膠接接頭所能承受的應力和被粘物本身的強度相當。剪切強度至少5～8MPa。包括環氧類、聚氨酯、硅酮、丙烯酸酯類結構膠粘劑等。根據Markets and Markets公司預測，住房和基礎設施行業對膠粘劑和密封劑的高需求將提高整個建筑膠粘劑的消耗量，2015年—2020年之間復合年增長率約為5.13%，到2020年建筑膠粘劑市場的全球市值估計為105.6億美元左右。本文將概述建筑結構膠粘劑的發展歷史、種類以及選用，并展望建筑結構膠粘劑的發展方向。

1 建筑結構膠粘劑的發展歷史

20世紀50～60年代初，環氧樹脂結構膠在外國已被應用于公路、橋梁、機場跑道等工程中。70年代，丙烯酸、聚氨酯等各類性能優良的建筑結構膠粘劑相繼出現并進入市場。

我國，建筑結構膠粘劑的應用始于20世紀70年代末。1977年，日本產環氧建筑結構膠被應用在武漢鋼鐵公司的4號高爐擴產改造中的梁柱的補強[1]。此后，武漢鋼鐵公司、武漢重型機床廠、武漢鍋爐廠、武漢長江大橋等也相繼使用了美國、瑞士、日本等國家進口的建筑結構膠粘劑。1980年，為了打破國外產品的壟斷，原建設部下達了“建筑結構膠研制及應用技術推廣”課題，1983年，中科院大連化物所聯合遼寧建科院共同研制出我國第一個達到了進口膠的水平環氧建筑結構膠。

目前，我國上規模的建筑結構膠粘劑生產單位已達百余家，回天膠業、北京天山、康達新材、成都硅寶、杭州之江等標桿企業相繼誕生，建筑結構膠粘劑的品種、技術以及標準規范等都得到了不斷發展和完善。應用領域也不斷地擴展，從建筑物加固發展到橋梁、飛機跑道、公路修造、隧道、水利工程、地下工程加固及港口碼頭加固等方面。改性脂肪胺/脂環族固化劑的研發、多官能團室溫固化環氧樹脂、低黏度環氧樹脂和新的增韌劑、互穿網絡合成等技術的發展和應用，特別是納米材料的引入[2]，使結構膠粘劑的性能有了很大改進。

在技術不斷進步的同時，相關技術規范也得到了不斷完善，1990年中國工程建設標準化協會發布了《混凝土結構加固技術規范》（CECS25：90），將建筑結構膠納入其中。2006年國家標準《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367-2006）的實施，大力推動了結構膠的發展。2010年又推出了《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》（GB50550-2010）、《粘鋼加固用建筑結構膠》（JG/T271-2010）。2013年又相繼推出了《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367-2013）。目前建筑結構膠粘劑已形成從設計、用材、試驗方法到施工驗收的基本完善的標準規范體系。

2 建筑結構膠粘劑的種類及特性

建筑膠粘劑根據其基體樹脂的種類，分為環氧、聚丙烯酸酯、聚氨酯、硅酮結構膠等。

環氧樹脂分子結構中含有環氧基團，具有優良的粘接性能、機械性能和化學穩定性，是建筑結構膠粘劑常用的主要原料。環氧結構膠室溫下能固化，不僅能夠承受高的應力作用，還能起到潤滑、填充、密封、抗滲、防止接頭腐蝕等作用，在混凝土結構拼接、修補、粘鋼及粘貼碳纖維布加固等領域得到了廣泛的應用。增韌樹脂可以提高其韌性[3，4]，采用雙酚A型環氧樹脂為主體樹脂，可以提高環氧結構膠的耐熱性[5]。

聚丙烯酸酯類結構膠基體是由（甲基）丙烯酸酯類單體和其它功能單體共聚而成，粘接性能良好，黏附力強，耐水性優，耐候性佳，保色性好，使用方便[6]。

聚氨酯是由硬、軟段組成的嵌段共聚物。硬段分子提供剪切、剝離強度和耐熱性能，軟段分子提供耐沖擊、耐疲勞等特性。調節硬、軟段的比例、組成或結構，可制得一系列強度符合不同要求的結構用聚氨酯膠粘劑。

硅酮的主要成分是聚二甲基硅氧烷、二氧化硅等。硅酮結構膠依靠空氣中的水分固化，得到優異耐用的高彈性高模量硅酮橡膠。硅酮結構膠粘接力強，拉伸強度大，同時又具有耐候性、防潮、抗臭氣及適應冷熱變化大、抗震性等特點，能實現大多數建材產品之間的粘合，因此應用價值非常大。

3 建筑結構膠粘劑的選用

材料之間的粘接力與相互粘接材料的物理和化學特性有關，膠粘劑的選擇應與建筑材料相適應，并且粘接時，往往需要足夠充分的表面預處理。

水泥粘接時，粘結劑要求能夠長時間防水、耐候，耐室外熱循環，可以選用添加劑改性的水泥灰漿或者環氧樹脂膠粘劑。粘接前，首先要對粘接表面進行徹底的清潔處理，除掉表面的污染物。石材粘結時，可采用不飽和聚酯膠類、環氧樹脂膠粘劑。不飽和聚酯樹脂配以促進劑、引發劑及其它材料制成的膠粘劑，可用于石材的定位、修補等非結構承載粘接。用于石材粘接的干掛膠作為結構承載用膠粘劑，起結構性固定與支撐作用，有較大粘接強度，其主體樹脂一般為環氧樹脂，超薄石材復合板使用改性環氧樹脂膠粘劑。不飽和樹脂存在耐紫外線老化性、耐堿耐水性差，遇光遇水會出現變色、開裂、翹起等質量問題，所以目前已不斷被改性環氧樹脂所取代[7]。在石材的粘接中，石頭的壽命幾乎是無限的，而環氧樹脂最多是50年，所以應該每30年將其拆除一次，或者至少檢修一次。粘接前，石頭的背面需徹底清洗，粗糙的背面可以提高機械粘接性能。玻璃的膨脹系數與其它建筑材料差異很大，為了避免玻璃破裂，要求所使用的膠粘劑應該具有足夠的彈性，因此常用的膠粘劑是硅酮膠粘劑，這類膠粘劑具有200%的斷伸長率，長時間的拉伸其破壞伸長率也有25%～40%。適合粘接玻璃的膠粘劑還有環氧樹脂、聚氨酯等。粘接前，玻璃表面必須嚴格清潔，有時需要使用硅烷底涂層。木材在干燥和吸濕時會收縮和膨脹，所使用的膠粘劑也必須具有柔韌性，可以使用環氧樹脂、聚氨酯膠粘劑、氰基膠粘劑和丙烯酸膠粘劑進行粘接。金屬最佳的粘接膠粘劑是環氧樹脂，同樣，在粘接前必須對粘接表面進行徹底的清洗，可以結合表面化學處理方法。塑料和增強塑料可以用聚氨酯、聚丙烯酸酯膠粘劑粘接，有時使用特殊的溶劑型膠粘劑，如PVC管道及其配件。碳纖維增強膠接材料的粘接一般采用環氧樹脂結構膠[8]。

4 結語

隨著對建筑美觀和質量要求的不斷提高，開發功能化、專門化、高性能的系列膠粘劑，適應不同使用場合的應用是建筑結構膠粘劑的發展方向。為了達到膠粘劑的可持續發展，響應“節能減排”和“生態文明建設”的要求，熱熔型、水基型、無溶劑型無毒安全對環境友好的膠粘劑將是市場需求的主流產品。從膠粘劑使用方面，各標準中檢測項目、檢測方法、技術要求的統一，將有利于整個行業的健康發展。

參考文獻

[1] 黃瑩，張小冬，王思婭，等.建筑結構膠粘劑的發展和展望[J].粘接，2014（2）：83-85.

[2] 祝亦霖，李勝安，王玲，等.建筑膠粘劑多功能分散機的研制及應用[J].粘接，2013（10）：40-43.

[3] 崔梓杰，于欽萍，王煒.環保型無溶劑建筑結構膠粘劑的研制[J].天津化工，2011，25（1）：37-38.

[4] 王志勇，劉學元，譚衛華.GNJ型建筑結構膠粘劑的開發[J].粘接，2007，28（4）：30-31.

[5] 彭勃，余益斌，單遠銘，等.環氧建筑結構膠的耐熱性能研究[J].湖南大學學報：自然科學版，2013，40（9）：25-29.

[6] 李崢，徐祖順，路國紅.聚丙烯酸酯乳液膠粘劑在建筑行業的應用[J].中國膠粘劑，2013，23（4）：52-55.

[7] 周俊興.建筑膠粘劑在裝飾石材領域中的應用[J].粘接， 2015（5）：86-88.

[8] 王洪祚，王穎.加固混凝土構件用碳纖維增強膠粘材料中的界面效應[J].粘接，2011，32（4）：73-76.endprint