高溫環境下建筑加固用環氧樹脂結構膠粘接性能分析

摘 要：研究高溫環境下建筑加固用環氧樹脂結構膠粘劑粘接性能。采用環氧樹脂、低分子聚酰胺、丁基縮水甘油醚以及不同摻量的KH-550硅烷偶聯劑，制備3種建筑加固用環氧樹脂結構膠試件。結果表明，在高溫環境下，偶聯劑添加量分別為4%與6%的試件拉剪強度、粘接強度更好。添加2%偶聯劑試件在較高溫度下粘接性能下降幅度相對較大；添加4%偶聯劑試件的導熱性能較強，說明環氧樹脂結構膠粘劑在添加4%偶聯劑時粘接性能最佳。

關鍵詞：高溫環境；建筑加固；環氧樹脂；膠粘劑；粘接性能；偶聯劑

中圖分類號：TQ433.4+37" " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " "文章編號：1001-5922（2024）07-0001-04

Analysis of adhesive properties of epoxy resin structural

adhesive used for building reinforcement

in high temperature environment

WANG Liyan1， ZHAO Yuhang2

（1.Jinan Housing and Urban-Rural Development Bureau，Jinan 251400，China；

2.Beijing Jiaotong University，Beijing 100091，China）

Abstract： The bonding properties of epoxy resin structural adhesive used for building reinforcement in high temperature environment were studied. Three sets of epoxy resin structural adhesive specimens for building reinforcement were prepared by using epoxy resin， low molecular weight polyamide， butyl glycidyl ether and KH-550 silane coupling agent. The test showed that the tensile shear strength， peeling strength and bonding strength of the specimens with 4% and 6% coupling agent addition were better in high temperature environment. The adhesive properties of the specimen with 2% coupling agent decreased significantly at higher temperature. The thermal conductivity of the test specimen with 4% coupling agent was strong， indicating that the adhesion of epoxy resin structural adhesive had the best bonding performance when 4% coupling agent was added.

Key words：high temperature environment；building reinforcement；epoxy resin；adhesive；adhesive property；" " " " " "coupling agent

高溫導致結構膠中的溶劑揮發速度加快［1］，膠粘劑的流動性和粘接性能受到破壞［2］。當膠粘劑流動性增加時，膠接面的滲透性下降，降低膠接的強度和耐久性同時，高溫會加速結構膠的老化，使其變硬、變脆。膠粘劑的老化會導致膠接性能下降，從而降低結構膠的抗剪強度。

為了應對高溫環境對結構膠的影響，制備耐熱性較高的結構膠粘劑，以確保建筑的持久性和安全性。有較多學者對膠粘劑進行了研究，如在膠體中摻入了混合固化劑，制備出用于鋼板材料的膠粘劑，并測試了材料的耐熱性與承載力［3］；研究低溫環境下低黏度裂縫修復環氧膠粘劑，制備了用于混凝土裂縫修復的膠粘劑，雖然膠體試件的抗剪、抗壓縮強度較高，但該材料在高溫環境下的粘合性能較弱［4］。

環氧樹脂結構膠粘劑是一種常用于建筑加固的膠粘劑。主要通過環氧樹脂、固化劑和填料等組成，其具有良好的流動性和滲透性。通過這一材料可以填充微小的間隙和裂縫，形成緊密的粘接。從而提高加固結構的整體強度和穩定性。

1" "實驗材料與方法

1.1" "實驗材料及指標

制備過程中采用的主要材料：

（1）環氧樹脂。采用雙酚A型環氧樹脂作為試驗材料［5］；

（2）固化劑。在材料制備過程中采用2種固化劑：一種是低分子聚酰胺；另一種為593環氧樹脂固化劑，通過這2種固化劑，可以增強環氧樹脂的韌性［6］，改善環氧樹脂的抗剪能力。按照3∶2比例混合，將2種固化劑放入燒杯中，攪拌5 min至2種液體混合，構成混合固化劑材料；

（3）偶聯劑。采用KH-550硅烷偶聯劑作為試驗材料，該材料密度為0.95 g/cm3，具體性狀為無色低黏度透明狀態；

（4）稀釋劑。采用501丁基縮水甘油醚（BGE）材料作為材料制備過程中的稀釋劑，該材料可以與環氧樹脂產生固化反應，從而增強環氧樹脂粘接效果，該材料黏度小于等于5 mPa·s，色度小于等于40 APHA；

（5）填料。采用2種填料制作建筑加固用環氧樹脂結構膠粘劑，分別為納米CaCO3、5000目硅粉，2種填料性能指標如表1所示。

1.2" "試件制備

通過上述材料制備試驗用膠粘劑試件，在配比過程中，環氧樹脂質量分數按照100 g標準，固化劑分別占環氧樹脂的1/2、1/3，稀釋劑含量為環氧樹脂的10%，制備3種類型的試件。3種類型中，偶聯劑添加量分別為環氧樹脂含量的2%、4%與6%。將材料攪拌均勻，并將該混合物粘接在鋼板待粘面上，通過工裝合攏壓緊，之后將其放入恒溫、恒濕試驗箱中進行48 h固化，制成偶聯劑添加量為2%、4%與6%的3個組試件，測試每組試件的粘接性能。

1.3" "性能測試

1.3.1" "導熱性能測試

采用保溫材料導熱系數測定儀測試每種試樣的熱導率從每組試件中取出參數相同的2個樣品，在其中間放入線熱模塊，當2個試件達到熱平衡后，即可對線熱模塊進行加熱［7-8］，加熱溫度最高達到90 ℃，此時線熱模塊可將熱量傳遞給試件，測試試件的導熱系數，并通過式（1）計算試件熱導率：

[λ=Q4πd（?T）∕d（lnt）]" " " " " " " " " " "（1）

式中：[λ]為試件熱導率；[t]為試驗時間；[?T]為線熱模塊溫度變化；[Q]為熱線產生的熱量。

1.3.2" "試件熱變形溫度測試

熱變形溫度試驗是指對試件在固定的跨中負荷彎曲應力下，溫度升高時的撓度變化情況［9-10］。采用熱變形溫度測試儀，記錄試件在不同溫度下的撓度變化，從而衡量試件在高溫環境下的耐熱性能，以此驗證其粘接效果。在試驗過程中，設置3種跨中負荷彎曲應力［11］，分別為0.50、2.00和4.5 MPa，對這3種應力狀態下試樣熱變形效果進行測試。

1.3.3" "試件高溫環境下黏度測試

黏度是衡量膠粘劑的一種有效性指標［12-13］。采用恒溫水浴鍋旋轉黏度計測試試件在不同溫度下的黏度變化。通過恒溫水浴鍋加熱試件，在加熱過程中通過旋轉黏度計測量試件黏度，從而判斷試件的粘接性能。

1.3.4" "試件高溫環境下粘接強度測試

通過電子拉力試驗機測試不同試件在常溫與高溫環境下的粘接強度情況［14］，為確保試驗結果精準，從每1組試件中選取5個樣品，取每個樣品平均值。

1.3.5" "拉伸剪切性能測試

按照GB/T 7124—2008標準［15］，測試試件在不同溫度下的拉伸剪切強度與斷裂伸長率。在測試過程中，加載速度為50 N/s，將試件在不同試驗溫度下放置10 min，等待溫度平衡后，即可進行試驗。

試驗過程中，按照式（2）計算試件拉伸剪切強度：

[τ=Pb×l]" " " " " " " " " " " " " " " " （2）

式中：[τ]為試件拉剪強度; [b]、[l]分別為試件寬度與長度；[P]為最大破壞荷載。

2" "結果與討論

2.1" "試件導熱性能分析

測試每組試件在不同溫度變化下的導熱性能，并通過熱導率表示，測試結果如圖1所示。

由圖1可知，在高溫環境下，試件的導熱性能會逐漸降低，從而影響試件散熱功能；在3組試件中，偶聯劑添加量為2%的試件熱導率始終保持最低，而過量添加偶聯劑也會影響試件散熱效果，可以看出，添加4%偶聯劑的試件熱導率最高。

2.2" "熱變形溫度分析

對3個組試件進行熱變形溫度測試，測試過程中升溫速率為2 ℃/min，測試每組試件在不同應力下的撓度變化情況，測試結果如圖2所示。

由圖2可知，在試驗過程中彎曲應力較大時，3組試件在溫度70 ℃左右撓度就開始逐漸增高；而彎曲應力在0.5 MPa時，3組試件的撓度提升速度較慢。

2.3" "試件黏度變化分析

分析試件在高溫環境下的黏度變化情況，測試結果如圖3所示。

由圖3可知，偶聯劑添加量為4%、6%的試件黏度均保持在600 mPa·s以上，可以看出在該溫度下2組試件依然可以保持有效的粘接效果，而偶聯劑添加量為2%的試件在該溫度下黏度達到600 mPa·s以下，說明高溫環境對該組試件粘性存在一定影響，從而降低其粘接效果。

2.4" "試件粘合強度分析

測試試件在不同溫度下的粘接強度變化，測試結果如圖4所示。

由圖4可知，在3個組試件中，偶聯劑添加量為4%的試件粘接強度下降幅度最小，其最低粘接強度保持在5～6 MPa；而其他2組試件的粘接強度最低均達到5 MPa以下，說明在高溫環境中，試件的粘接性能有所減弱。但添加4%偶聯劑試件仍然可以保持良好的粘接能力。

2.5" "試件拉剪強度分析

（1）測試每組試件在高溫環境下的拉剪強度變化，以此分析在拉伸-剪切測試時試件的粘接效果，結果如圖5所示。

由圖5可知，當偶聯劑添加量較少時，高溫環境會

明顯影響試件粘接能力。

（2）測試3種試件在高溫環境下的斷裂伸長率，結果如圖6所示。

由圖6可知，在高溫90℃條件下，添加2%偶聯劑的膠粘劑試件斷裂伸長率已達到7%以上，此時膠體粘接面已明顯發生界面粘附破壞，從而影響膠體附著力，進而影響試件粘接效果；而提高偶聯劑添加量后，試件的斷裂伸長率明顯得到下降，從而改善試件粘接能力。在3種試件中，添加4%偶聯劑的試件斷裂伸長率最低，因此，該組試件的粘接性能最佳。

3" "結語

研究高溫環境下建筑加固用環氧樹脂結構膠粘劑粘接性能，制備環氧樹脂膠體試件，測試不同偶聯劑含量試件在不同溫度下的粘接能力變化，從中獲取最佳材料配比環氧樹脂結構膠粘劑。

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