高品質(zhì)建筑結(jié)構(gòu)膠的配方組成設計.doc

高品質(zhì)建筑結(jié)構(gòu)膠的配方組成設計劉宇星1 張煒1 趙世琦2北京金島奇士材料科技有限公司1 清華大學高分子研究所2摘 要：在建筑結(jié)構(gòu)膠配方設計中，采用環(huán)氧樹脂/改性脂環(huán)胺和芳胺類固化體系，引入原位分相的奇士增韌劑及偶聯(lián)劑等輔料，使粘鋼膠、碳纖維浸漬膠的性能全面達到混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范(GB50367-2006)A級膠水平。關(guān)鍵詞：奇士增韌劑 建筑結(jié)構(gòu)膠一、前言2006年11月開始執(zhí)行的新國家標準混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范(GB50367-2006)1對建筑結(jié)構(gòu)膠中的粘鋼膠、碳纖維膠提出了更全面、更科學的要求。新國標要求結(jié)構(gòu)膠鋼鋼拉伸剪切強度須經(jīng)過濕熱老化試驗，在50和相對濕度98%條件下，老化90天，A級膠的剪切強度保持率不低于90%。新國標除對結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)性能做出了全面的要求外，還對其本體性能提出了要求。粘鋼膠的斷裂伸長率從原來的1%提高到1.3%，同時拉伸模量還要求達到4000MPa。粘鋼膠的配方中通常添加硅微粉作填料，模量會增加，斷裂伸長率則降低，二者同時達標，需要配膠技術(shù)改進。新規(guī)范的另一個值得關(guān)注的地方是鋼鋼拉伸剪切強度評價標準從原來的算術(shù)平均值變?yōu)闃藴手?，如粘鋼膠的原來的指標為算術(shù)平均值（mk）18MPa，新國標規(guī)定標注值（k）15MPa。拉伸剪切強度標準值（k）應根據(jù)剪切試件的測試結(jié)果按下式確定：kmks (1) 式中：k 按n個試件算得的材料剪切強度標準值； mk按n個試件算得的材料剪切強度平均值；s 按n個試件算得的材料剪切強度標準差；k與正態(tài)概率分布的分布值、檢測加固材料性能所取的置信水平（置信度）c和n有關(guān)的材料強度標準值計算系數(shù)。如果試樣的件數(shù)n為5時，根據(jù)規(guī)范(=0.05,c0.90)；k取值3.400。假如有幾種膠粘劑，5個試件的拉伸剪切強度的算術(shù)平均值都是20MPa，然而具有同樣剪切強度平均值的檢測試樣，標準值可能相差很大，假定標準差值分別為0.5、1、1.5、2、2.5MPa,按照上式計算的拉伸剪切強度標準值列于下表表1 拉伸剪切強度測量值標注差對剪切強度標準值的影響拉伸強度標準值k,MPa拉伸強度平均值m,MPa5個剪切強度標準差s,MPa18.3200.516.6201.014.9201.513.2202.011.5202.5從計算的結(jié)果可知，原來可以達標的膠種現(xiàn)在完全有可能達不到新標準的要求，新標準出于設計安全性考慮，將剪切強度的平均值改為標準值，表明對結(jié)構(gòu)膠的要求更科學、更嚴格了。二、 關(guān)于高性能建筑結(jié)構(gòu)膠配方組成的幾點思考目前，建筑結(jié)構(gòu)加固膠大部分采用雙酚A型環(huán)氧樹脂/胺類固化劑組成的配方體系，其經(jīng)濟合理性與技術(shù)可行性被廣泛認同。為使結(jié)構(gòu)膠的耐濕熱老化性能達到規(guī)范的要求，固化劑可以選用室溫固化的改性脂環(huán)胺和芳香胺。國內(nèi)許多專家對結(jié)構(gòu)膠的濕熱老化性能做了大量的研究2、3、4，研究表明，選用此類固化劑是可行的。通常雙酚A型環(huán)氧樹脂/胺類固化物質(zhì)地硬脆，耐開裂和沖擊性能較差，如果僅在環(huán)氧樹脂、固化劑種類、配比方面進行調(diào)配是難于滿足新規(guī)范對建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑提出的性能要求。采用環(huán)氧樹脂增韌技術(shù)，是制備高性能建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑有效的技術(shù)手段。李福志高工5在國內(nèi)首先原位分相成“海島結(jié)構(gòu)”環(huán)氧樹脂增韌技術(shù)應用于建筑結(jié)構(gòu)膠實際產(chǎn)品中，并取得了顯著的效果。這種增韌技術(shù)的優(yōu)點在于，增韌劑以與環(huán)氧樹脂或固化劑互溶的液態(tài)物質(zhì)形式加入其中，不增加粘度，還會有利于填料的添加?？梢赃m應不同的樹脂/固化劑體系。選用恰當?shù)钠媸吭鲰g劑，固化物可以形成“海島結(jié)構(gòu)”，分散相的顆粒尺寸通常在微米尺寸級，可以大幅度提高材料自身的斷裂韌性（即抵抗裂紋擴展的能力）、拉伸斷裂伸長率和粘接性能6。添加活性稀釋劑，降低體系的粘度，有利于填料的添加并增強膠粘劑的浸潤能力。目前環(huán)氧活性稀釋劑品質(zhì)參差不齊，存在同牌號不同物質(zhì)的相象，應該引起使用者的注意。偶聯(lián)劑的加入有利于增加填料的添加量，增加膠粘劑與填料表面、被粘接表面的化學鍵合作用，最終能提高耐濕熱老化性能。三、建筑結(jié)構(gòu)膠配方組成實例膠粘劑樹脂用雙酚A型環(huán)氧樹脂DYD128或CYD128。 環(huán)氧活性稀釋劑用芐基縮水甘油醚，692，四川隆昌承華膠業(yè)公司產(chǎn)品。固化劑用相對價廉的脂環(huán)胺與芳香胺復合改性固化劑，QS5。適合上述樹脂/固化劑體系能形成“海島結(jié)構(gòu)”的增韌劑用奇士增韌劑QS-BE 偶聯(lián)劑用硅烷偶聯(lián)劑KH560。填料用200目活性硅微粉。使用上述組成配制的兩種碳纖維浸漬膠，其中一種沒有添加奇士增韌劑。碳纖維浸漬膠通過粘貼纖維，對建筑的受彎構(gòu)件及受壓構(gòu)件進行加固。兩種碳纖維浸漬膠的性能、配方組成列于表2。表2 碳纖維浸漬膠組成與性能配方組成（重量份 pbw）增韌前增韌后GB50367A級膠指標甲組分環(huán)氧樹脂DYD128100100/稀釋劑6921010 奇士增韌劑QSBE/8偶聯(lián)劑KH56011乙組分固化劑QS54040使用比例（重量比）3：1(甲：乙)固化工藝23/7天固化物外觀透明半透明膠體性能抗拉強度 MPa325040抗拉彈性模量 MPa320025502500伸長率 %1.28.01.5壓縮強度 MPa8672.570粘結(jié)性能鋼鋼拉伸剪切強度（標準值） MPa/20.014.3濕熱老化3個月后的保持率/ 9090 從表中可以看出，未加入增韌劑的，固化物碳纖維膠固化物，脆性較大，拉伸強度、斷裂伸長率都較低，未能達到新標準的指標。引入增韌劑QSBE后，拉伸強度、和斷裂伸長率都有大幅度的提高，拉伸剪切強度的標準值達到20MPa，全面達到碳纖維浸漬膠A級標準。加入增韌劑QSBE會引起膠體壓縮強度和拉伸模量的降低，使用者應注意用量的增減。在添加有增韌劑的碳纖維浸漬膠中添加硅微粉填料，制成粘鋼膠，用它粘鋼板可對受彎和受壓構(gòu)件進行加固。粘鋼膠配方組成和性能列于表3。表3 粘鋼膠配方組成與性能配方組成（重量份 pbw）增韌后GB50367A級膠指標甲組分環(huán)氧樹脂DYD128100/稀釋劑69210 奇士增韌劑QSBE8偶聯(lián)劑KH5601200目活性硅微粉178.5乙組分固化劑QS540200目活性硅微粉60使用比例（重量比）3：1(甲：乙)固化工藝23/7天膠體性能抗拉強度 MPa5030抗拉彈性模量 MPa75004000斷裂伸長率 %2.11.3壓縮強度 MPa8860粘結(jié)性能鋼鋼拉伸剪切強度（標準值）/MPa1815濕熱老化3個月后的保持率 9090從表中可以看出，在加入增韌劑QSBE的碳纖維浸漬膠中，加入膠液組分1.5倍重量的活性硅微粉填料，制成的粘鋼膠，膠體性能優(yōu)異，除了具有高的拉伸強度和壓縮強度外、最突出的特點是高彈性模量和高斷裂伸長率同時出現(xiàn)，粘鋼膠的粘接性能和濕熱老化性能表現(xiàn)優(yōu)異。四、小結(jié)混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范(GB50367-2006)對結(jié)構(gòu)膠的品質(zhì)提出了更高、更全面的要求。以雙酚A環(huán)氧為主體樹脂，選用相對價廉的脂環(huán)胺與芳香胺復合改性固化劑QS-5，同時引入奇士增韌劑QSBE，并加入其它輔料，所制得的碳纖維浸漬膠和粘鋼膠可以全面達到混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范(GB50367-2006)A級膠性能指標，具有很強的實用性，奇士增韌劑成為提高建筑結(jié)構(gòu)膠品質(zhì)有效途徑。參考文獻：1 混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范(GB50367-2006)2 建筑結(jié)構(gòu)膠的耐老化性能及其改善的研究，賀曼羅等，第八屆全國建筑物鑒定與加固改造技術(shù)學術(shù)會議論文集，557。3 結(jié)構(gòu)加固膠的老化與耐久性能研究，蔣松巖，第八屆全國