工程造價對建筑用膠自制改性選材及性能的影響

關(guān)鍵詞：建筑用膠；制備階段；拉伸性能；彎曲性能；熱學(xué)性能

中圖分類號：TQ437+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0035-04

建筑行業(yè)的快速發(fā)展給建筑用膠帶來了良好發(fā)展機(jī)遇，具有低成本、高綜合力學(xué)性能的建筑用膠逐漸得到了大家的廣泛青睞[1]。隨著近年來工程造價管理在建筑工程中的應(yīng)用，都需要在考慮經(jīng)濟(jì)效益和各方權(quán)益的前提下進(jìn)行全過程、全方位的質(zhì)量控制[2-3]，由此也對建筑用膠也提出了更高的要求，如在高層建筑或者大跨度結(jié)構(gòu)建筑中需要建筑用膠具有較高的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和熱學(xué)性能，同時具有成本低的特點(diǎn)[4-6]。環(huán)氧樹脂膠粘劑作為一種由環(huán)氧樹脂、固化劑、填料等配制而成的膠粘劑材料[7]，在建筑工程中已有一定范圍的應(yīng)用，并體現(xiàn)出良好的粘接性能和服役性能[8-9]，而隨著工程造價對建筑用膠綜合性能和低成本要求的提高，新型建筑用膠在低成本的同時還需要具有較好的綜合性能，如拉伸性能、彎曲性能和熱學(xué)性能[10-12]。在此基礎(chǔ)上，本文基于工程造價對建筑膠接結(jié)構(gòu)件拉伸性能、彎曲性能和熱學(xué)性能的要求，推動其在實(shí)際建筑工程中應(yīng)用。

1選材與制備改性

1.1試驗材料

試驗材料包括法國阿托紛納公司提供的乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、河南贏億環(huán)保科技有限公司提供的環(huán)氧樹脂（Ts）、常州明耀化工新材料有限公司提供的高溫固化劑（HTDA）、安徽壹石通材料科技股份有限公司提供的發(fā)煙二氧化硅。

1.2試驗儀器

ZYMC-350VS型非介入式材料均質(zhì)機(jī)、GZF-6250型高溫型真空干燥箱、HY-3500型微機(jī)液壓伺服拉伸試驗機(jī)、MTS-809型液壓伺服萬能材料試驗機(jī)、TA-Q800型動態(tài)熱力學(xué)分析儀。

1.3試樣制備

建筑用EVA-環(huán)氧樹脂膠粘劑的成分配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為高溫固化劑8.15%、發(fā)煙二氧化硅1%、EVA為5%，余量為Ts。制備過程中將環(huán)氧樹脂、固化劑按成分配比進(jìn)行混合，在攪拌機(jī)中攪拌均勻后，添加發(fā)煙二氧化硅并繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速1800r/min、時間為5min的攪拌處理，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的EVA進(jìn)行混合，混合均勻后轉(zhuǎn)入鋼質(zhì)模具中，室溫固化1天后進(jìn)行高溫固化處理，高溫固化分為兩步進(jìn)行：首先在58℃保溫24h，然后在120℃保溫2h[13]，空冷至室溫后脫模得到建筑用EVA-環(huán)氧樹脂膠粘劑。

其中，將膠粘劑制備過程中不同階段的試樣分為4組，環(huán)氧樹脂Ts簡稱為T、高溫固化的環(huán)氧樹脂Ts簡稱為TH、添加發(fā)煙二氧化硅的TH（簡稱為THS）、EVA-環(huán)氧樹脂自愈合膠粘劑（簡稱為THSE5）。

1.4測試與表征

將膠粘劑試樣加工成骨棒狀進(jìn)行拉伸性能測試，試樣厚度為2mm；彎曲試樣加工成片狀，尺寸為45mm×15mm×2mm；熱力學(xué)測試試樣加工成45mm×6mm×2mm。根據(jù)GB/2568標(biāo)準(zhǔn)，采用HY-3500型微機(jī)液壓伺服拉伸試驗機(jī)進(jìn)行拉伸性能測試，結(jié)果取6根試樣平均值；采用MTS-809型液壓伺服萬能材料試驗機(jī)進(jìn)行三點(diǎn)彎曲性能測試，結(jié)果取6根試樣平均值；根據(jù)ASTMD7028標(biāo)準(zhǔn)，采用TA-Q800型動態(tài)熱力學(xué)分析儀測試環(huán)氧樹脂膠粘劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度[14]，每組試樣6根，結(jié)果取平均值。

2結(jié)果與分析

2.1拉伸性能

圖1為建筑用環(huán)氧樹脂膠粘劑的拉伸強(qiáng)度，分別列出了T、TH、THS和THSE5的拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果，每組試樣的結(jié)果都為6根平行試樣的平均值。

由圖1可知，從拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果看，T、TH、THS和THSE5試樣的拉伸強(qiáng)度從大至小順序依次為：TH（80.47MPa）、THS（74.51MPa）、T（65.74MPa）、THSE5（58.07MPa），且4組試樣的拉伸強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差都在2以下，表明各組試樣的拉伸強(qiáng)度較為接近。此外，高溫固化和添加發(fā)煙二氧化硅的膠粘劑試樣的拉伸強(qiáng)度都高于原始T試樣，而EVA自愈合膠粘劑試樣的拉伸強(qiáng)度相較低于原始T試樣。

圖2為建筑用環(huán)氧樹脂膠粘劑的拉伸模量，分別列出了T、TH、THS和THSE5的拉伸模量測試結(jié)果，每組試樣的結(jié)果都為6根平行試樣的平均值。

由圖2可知，從拉伸模量測試結(jié)果看，T、TH、THS和THSE5試樣的拉伸模量從大至小順序依次為：T（3.30GPa）、TH（2.85GPa）、THS（2.68GPa）、THSE5（2.32GPa），T、TH、THS和THSE5試樣的拉伸模量標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.22、0.18、0.19和0.14，表明各組試樣的拉伸模量較為接近。此外，高溫固化和添加發(fā)煙二氧化硅的膠粘劑試樣的拉伸模量都低于原始T試樣，且EVA自愈合膠粘劑試樣的拉伸強(qiáng)度也低于原始T試樣，但添加EVA的膠粘劑仍然具有較高的拉伸模量，表現(xiàn)為脆性斷裂模式[15-16]。

圖3為建筑用環(huán)氧樹脂膠粘劑的斷裂伸長率，分別列出了T、TH、THS和THSE5的斷裂伸長率測試結(jié)果，每組試樣的結(jié)果都為6根平行試樣的平均值。THS和THSE5試樣的斷裂伸長率從大至小順序依次為：THS（7.69%）、TH（6.88%）、THSE5（3.90%）、T（3.63%），T、TH、THS和THSE5試樣的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.23、0.59、1.19和0.25，4組試樣的斷裂伸長率標(biāo)準(zhǔn)差都在2以下，表明各組試樣的斷裂伸長率較為接近。此外，高溫固化和添加發(fā)煙二氧化硅的膠粘劑試樣的斷裂伸長率都高于原始T試樣，而EVA自愈合膠粘劑試樣的斷裂伸長率也高于原始T試樣。

2.2建筑用膠彎曲性能

圖4為建筑用環(huán)氧樹脂膠粘劑的彎曲強(qiáng)度，分別列出了T、TH、THS和THSE5的彎曲強(qiáng)度測試結(jié)果，每組試樣的結(jié)果都為6根平行試樣的平均值。

由圖4可知，從彎曲強(qiáng)度測試結(jié)果看，T、TH、THS和THSE5試樣的彎曲強(qiáng)度從大至小順序依次為：TH（133.06MPa）、THS（125.86MPa）、THSE5（100.28MPa）、T（95.39MPa），T、TH、THS和THSE5試樣的標(biāo)準(zhǔn)差分別為3.21、8.58、6.74和1.21，4組試樣的彎曲強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差都較小，表明各組試樣的彎曲強(qiáng)度較為接近。此外，高溫固化和添加發(fā)煙二氧化硅的膠粘劑試樣的彎曲強(qiáng)度都高于原始T試樣，而EVA自愈合膠粘劑試樣的斷彎曲強(qiáng)度也高于原始T試樣。

圖5為建筑用環(huán)氧樹脂膠粘劑的彎曲模量，分別列出了T、TH、THS和THSE5的彎曲模量測試結(jié)果，每組試樣的結(jié)果都為6根平行試樣的平均值。THS和THSE5試樣的彎曲模量從大至小順序依次為：T（2.29GPa）、THSE5（2.24GPa）、THS（2.10GPa）、TH（1.65GPa），T、TH、THS和THSE5試樣的彎曲模量標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.28、0.27、0.30和0.35，表明各組試樣的彎曲模量較為接近。此外，高溫固化和添加發(fā)煙二氧化硅的膠粘劑試樣的彎曲模量都低于原始T試樣，且EVA自愈合膠粘劑試樣的彎曲模量高于原始T試樣，可見，EVA的膠粘劑仍然具有較高的彎曲模量，表現(xiàn)為脆性斷裂模式。

2.3熱學(xué)性能

圖6為建筑用環(huán)氧樹脂膠粘劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，分別列出了T、TH、THS和THSE5的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測試結(jié)果，每組試樣的結(jié)果都為6根平行試樣的平均值。

由圖6可知，從玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測試結(jié)果看，T、TH、THS和THSE5試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從大至小順序依次為：TH（為124.46℃）、THSE5（123.79℃）、THS（118.69℃）、T（86.70℃），T、TH、THS和THSE5試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.00、0.80、0.19和1.54，表明各組試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較為接近。此外，高溫固化和添加發(fā)煙二氧化硅的膠粘劑試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度都高于原始T試樣，且EVA自愈合膠粘劑試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也高于原始T試樣，表明添加EVA的膠粘劑仍然具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（高于T試樣）。

2.4工程造價對改性材料及性能的影響

從基于工程造價的角度考慮，建筑用膠需要選擇優(yōu)質(zhì)的原材料，同時注意成本控制、注重性價比，具有良好的拉伸性能、彎曲性能和熱學(xué)性能，綜合而言，添加EVA的膠粘劑具有較高的拉伸強(qiáng)度（58.07MPa）、拉伸模量（2.32GPa）、斷裂伸長率（3.90%）、彎曲強(qiáng)度（100.28MPa）和彎曲模量（2.24GPa），且具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（118.69℃），在建筑工程中應(yīng)用時，可有效降低耗材及用量、增強(qiáng)膠接結(jié)構(gòu)的拉伸性能和彎曲性能，且在應(yīng)對高溫環(huán)境時具有較好的熱學(xué)性能，可以在降低施工成本的同時提升服役性能[17-20]，適宜在建筑工程中應(yīng)用。

3結(jié)語

（1）高溫固化和添加發(fā)煙二氧化硅的膠粘劑試樣的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率會有所提高，且添加EVA的膠粘劑具有較高的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率（高于T試樣）；

（2）在環(huán)氧樹脂膠粘劑中加入固化劑或者發(fā)煙二氧化硅都會提升膠粘劑的彎曲強(qiáng)度并降低彎曲模量，且添加EVA的膠粘劑仍然具有較高的彎曲強(qiáng)度（高于T試樣）；

（3）在環(huán)氧樹脂膠粘劑中加入固化劑或者發(fā)煙二氧化硅都會提高膠粘劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，且添加EVA的膠粘劑仍然具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（高于T試樣）。