建筑結構膠耐濕熱老化性能測試方法研究

彭小琴，陳炳耀，姚榮茂，全文高

（1.廣東三和控股有限公司 廣東 中山 528325）（2.廣東三和化工科技有限公司 廣東 中山 528429）

關鍵字：環氧樹脂；建筑結構膠；耐濕熱老化；快速測試方法。

0 引言

粘鋼膠、植筋膠、碳纖維膠等建筑結構膠，普遍適用于建筑工程結構承重與加固改造，對上述結構膠的耐老化和使用壽命都是高標準要求。耐濕熱老化性能是衡量建筑結構膠耐老化和使用壽命的重要指標，其檢測方法和標準目前僅限在GB 50367《混凝土結構加固設計規范》中有規范。但GB 50367 中耐濕熱老化性能的測試周期長達60d 或90d 之久，嚴重制約了建筑工程進度和施工現場可操作性，探討出一種測試效果與GB 50367 等同、縮短測試周期的快速檢驗方法在建筑施工驗收中有很大的實際意義。以環氧樹脂類建筑結構膠為研究對象，通過增韌劑、填料、固化劑、偶聯劑等不同原料調整，對了國標測試GB 50367 方法和快速測試法的檢測效果。

1 試驗部分

1.1 兩種測試比較設想

環氧樹脂類建筑結構膠主要成分包含有環氧樹脂和固化劑兩個重要組成部分，是一款常溫條件下就可以固化的雙組分膠粘劑。試驗中既然選擇環氧樹脂類建筑結構膠作為研究對象，就必須逐一比較結構膠配方中各個成分的影響，才能真正的反應對試驗數據的權威性和可靠性。比如為考查不同增韌劑種類更換對對兩種測試方法之差的影響，就必須除了更換增韌劑外的其他主劑保留一致，不得再更改其他任何成分。以此類推，其他成分的考察方法也一樣開展試驗，這樣就可以較系統地得到同一配方樣品在不同的兩種測試方法下實驗結果之差，以數據證明快速測試方法的權威性和真實性。

1.2 試驗原料與設備

雙酚A 型液體環氧樹脂、聚酰胺、芳香胺、脂肪胺、酚醛胺等，山東德源環氧科技有限公司；氣相法白炭黑，硅烷偶聯劑，環氧稀釋劑，山東東岳化工有限公司；石英粉、液體聚硫橡膠，均為工業級；增韌劑1、增韌劑2，自制：

恒溫水浴箱，上海汗諾儀器有限公司：恒定濕熱試驗箱，上海通用制冷實業有限公司：電子萬能材料試驗機，廣州珀泰檢測儀器有限公司。

1.3 性能測試

1.3.1 耐濕熱老化性能國標測試方法

按照GB/T 7124《膠粘劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》為每一個配方制作15 對金屬試片樣品，將樣品隨機分成3 組（每組5 對金屬試片樣品）。在室溫條件下放置7d 后，用防銹油漆噴涂保護好試驗樣品。隨機選取1 組做空白實驗為對，另取1 組試片放入恒定濕熱老化箱，按GB50550-2010《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》附錄H=結構膠粘劑濕熱老化性能測試方法試驗90d 后，逐個進行剪切測試。

1.3.2 耐濕熱老化性能快速測試方法

耐濕熱老化性能快速測試方法需要每個配方制作5 對金屬剪切試片，然后將制好的試片放入80℃左右的恒溫水浴箱中，在恒溫80℃左右的水浴箱放置7d，最后取出在室溫條件下自然降溫，直到試樣溫度至常溫時立即測試剪切強度。

2 結果與討論

2.1 增韌劑

增韌劑主要在于提高環氧結構膠膜層柔韌性，達到提高承載強度、增強延長率的目的。但增韌劑本身一般會帶有巰基、羥基等極性基團，所以普遍具有親水的特性，降低了膠粘劑的耐濕熱老化性；同時，增韌劑在部分膠粘劑中聚集成球形顆粒，降低了環氧樹脂分子之間的交聯密度，影響到環氧結構膠的粘接強度，所以選擇適當的增韌劑才會獲得良好的綜合性能。增韌劑對2 種測試方法結果的影響見表1。

表1 增韌劑的影響

從表1 數據可以看出，增韌劑的添加降低了環氧結構膠的耐濕熱老化性能，但無論是國標測試還是快速測試，2 種不同測試方法檢測出的的強度剪切強度偏差值（絕對值）≤0.18，剪切強度下降率之差有正有負，且正負偏差的絕對值均小于1%。

2.2 填料

建筑結構膠所使用的填料，一般不會與主體材料發生化學反應，但可以達到降低膠體的收縮率、提高機械強度等綜合性能，是結構膠生產過程中不可或缺的部分。石英粉性能穩定，加入建筑結構膠中可以顯著的提高結構膠的硬度與抗壓性能，被廣泛運用于各類膠粘劑的生產。但添加石英粉，同樣會降低了建筑結構膠的耐濕熱老化性能。為了進一步驗證石英粉填料對建筑結構膠的耐濕熱老化性能的影響，試驗中分別加入不同粒的石英制備出3 個樣品，實驗結果見表2。

表2 填料的影響

從表2 數據可以看出，填料粒徑大小對石英粉耐濕熱老化性能有重要影響。石英粉粒徑越大，耐濕熱老化性能越好，但如果不同粒徑的石英粉搭配使用，耐濕熱老化性能效果最佳。

此外，表2 數據中還可以看出：無論是何種粒徑的石英粉作為填料，國標測試與快速測試檢測出的的剪切強度基本相近，不同方法間下降率之差雖有正負，但正負偏差的絕對值小于0.5%。

2.3 觸變劑

氣相法白炭黑表面性能與鏈狀結構等方面的獨特性，賦予了它流變控制的優異性能，少量的用量就能達到控制流變的效果。不僅表面活性高，而且粒徑較小、比表面積大，是膠粘劑產品生產中最好的觸變劑材料。但在結構膠的耐濕熱老化性能方面，氣相法白炭黑的加入明顯的脅弱了耐濕熱老化的性能，試驗結果見表3。

表3 觸變劑的影響

從表3 數據可以看出，無論是親水型還是疏水型氣相法白炭黑，都會明顯的脅弱了低建筑結構膠的耐濕熱老化性能。但是，國標測試和快速測試所檢測出的的剪切強度數據基本相近，兩種測試方法之差之所以有正有負，這可能和氣相法白炭黑在檢測過程中分散程度差異有關。

2.4 偶聯劑

硅烷偶聯劑是膠粘劑生產不可或缺的功能助劑，只需很少的添加量就可以影響整體增粘效果。本試驗分別選用了KH550 和KH570 兩個不同種類的偶聯劑，共同探討不同種類偶聯劑對結構膠耐濕熱老化效果的影響，試驗數據見表4。

表4 偶聯劑的影響

從表4 數據可以看出，兩種不同類型的偶聯劑所制備的結構膠耐濕熱老化性能基本相近，試驗證明偶聯劑種類對耐濕熱老化性能影響不太明顯。此外，無論是國標測試還是快速測試，兩種不同測試方法檢測出的的剪切強度基本相近，KH-550 偶聯劑剪切強度下降率之差為-0.06%，KH-570 偶聯劑剪切強度下降率之差為+0.05。

2.5 固化劑

雙組份體系的環氧樹脂類建筑結構膠，通常是由環氧樹脂（助劑）、固化劑兩個部分組成。環氧樹脂本身不能單獨使用，只有加入固化劑體系才能發揮其作用。建筑結構膠環氧樹脂種類確定后，固化劑對環氧樹脂結構膠耐濕熱老化性能起到決定作用。為了驗證不同固化劑種類對結構膠耐濕熱老化性能的影響，以及求證同一固化劑不同測試方法檢測結果的差異，試驗中共選用了5種不同的固化劑制樣，最終試驗結果見表5。

表5 固化劑的影響

從表4 數據可以看出，不同固化劑種類所制備的結構膠，耐濕熱老化性能也是不一樣的。但國標測試方法與快速測試方法檢驗的結果基本一致，因為不同檢測方法之差的絕對值1.5%之間。

3 結語

環氧樹脂類建筑結構膠中固化劑、增韌劑、觸變劑等各個組分都會直接或間接的影響到結構膠的耐濕熱老化性能，所以配方選用前必須結合結構膠定位去選用。結構膠的耐濕熱老化性能檢測，單純的依靠GB 50367《混凝土結構加固設計規范》 規范遠遠無法滿足現場施工需求。經過試驗發現，將檢測樣品放入80℃的恒溫水浴槽中放置7d，同樣可以快速檢測出建筑結構膠的耐濕熱老化性能，該快速測試方法檢驗結果與國標GB 50367 檢測結果基本一致。兩種檢測方法之差雖有正負，但二者測定值誤差不大于1.5%。