建筑結(jié)構(gòu)膠抗沖擊剝離韌性的研發(fā)

1、建筑抗震加固補強新技術(shù)緊固系統(tǒng)服務(wù)主流提供商建筑結(jié)構(gòu)膠抗沖擊剝離韌性檢測深圳市深固建筑加固技術(shù)有限公司一、前言二、加固工程材料的強制性條文要求三、抗沖擊剝離碳纖維浸漬膠的研發(fā)1、環(huán)氧樹脂的改性2、納米改性環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑的制備3、環(huán)氧樹脂固化劑的選配4、抗沖擊剝離韌性碳纖維浸漬膠綜合性能四、碳纖維浸漬膠抗沖擊剝離試驗1、碳纖維浸漬膠和其他結(jié)構(gòu)膠粘劑的區(qū)別2、沖擊剝離試片的加工3、試片表面糙化處理4、試片粘貼前言碳纖維復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)整體性好、輕質(zhì)高強、施工工藝快捷、方便等特點，隨著混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB50367-2006 )的實施，碳纖維復(fù)合材料的使用技術(shù)在各領(lǐng)域加固

2、補強工程中得到廣泛推廣，特別是在“5.12 ”震后加固及全國學(xué)?？拐鸱勒鸺庸讨械玫搅藦V泛的使用。但是，由于受到加固市場上利益驅(qū)使和惡性競爭影響，加固材料技術(shù)指標(biāo)檢測及加固材料產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣鑒別，以及加固施工過程及施工質(zhì)量的控制等問題也非常突出，市場上出現(xiàn)大量的低劣加固材料，甚至相當(dāng)數(shù)量的偽劣加固材料， 部分加固工程因結(jié)構(gòu)膠粘劑等材料使用不當(dāng)，施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等因素，造成了一定的安全隱患。.加固工程材料的強制性條文要求構(gòu)加固材料結(jié)構(gòu)膠粘劑的主控項目(強制性條款)，其中“對抗震設(shè)防烈度為 7度及7度以上的地區(qū)建筑加固用的粘鋼和粘貼纖維復(fù)合材的結(jié)構(gòu)膠粘劑，尚應(yīng)進(jìn)行抗沖擊剝離能力的見證取樣復(fù)驗”。這項強

3、制性指標(biāo)是對結(jié)構(gòu)膠粘劑性能質(zhì)量較全面、科學(xué)、準(zhǔn)確 的檢測及結(jié)構(gòu)膠粘劑產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣鑒別的主要指標(biāo)，不但要求膠粘劑具有較高的強度及良好的粘接性，還要求結(jié)構(gòu)膠粘劑具備一定的韌性、良好的耐濕熱老化性能。該項強制性指標(biāo)對于膠粘劑生產(chǎn)廠家來說，不但對原材料的選用相對有較高的要求，而且對結(jié)構(gòu)膠粘劑生產(chǎn)工藝、技術(shù)研發(fā)、質(zhì)量管理等方面也是綜合性考核；同時，該項強制性條款也是在加固工程中設(shè)計、監(jiān)理、施工等單位鑒別優(yōu)劣結(jié)構(gòu)膠粘劑產(chǎn)品質(zhì)量直觀、公正的重要措施之一。三、抗沖擊剝離碳纖維浸漬膠的研發(fā)1. 環(huán)氧樹脂的改性環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的機(jī)械及粘接性能，常溫固化物的性能穩(wěn)定、施工工藝便捷，作為結(jié)構(gòu)膠粘劑的主材被國內(nèi)外業(yè)內(nèi)所

4、推祟。不飽和樹脂同樣也具有良好的機(jī)械及一定的粘接性能，常溫固化后初期的強度高，某些特定環(huán)境下不飽和樹脂的初期固化強度還略 高于環(huán)氧樹脂，但隨著時間的推移不飽和樹脂固化物的強度也隨之下降，特別是在堿性濕熱的環(huán)境下，由于水分子的導(dǎo)入， 不飽和樹脂的某些成分也不斷發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致初期固化強度下降非?？?，即濕熱老化性能差，這是由于不飽和樹脂分子結(jié)構(gòu)所造成的特性， 因此，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB50367-2006 )第，4.5.5,，條強制性條款規(guī)定，“結(jié)構(gòu)膠粘劑必須采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，承重結(jié)構(gòu)加固工程中 不得使用不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂等作浸漬、粘接膠粘劑”。環(huán)氧樹脂常溫固化物也具有

5、脆性大、沖擊強度低、易開裂、耐熱性差等缺點，因此，環(huán)氧樹脂作為結(jié)構(gòu)膠粘劑之主材，需要通過特定工藝技術(shù)改善上述缺點，才能滿足結(jié)構(gòu)膠粘劑之各項技術(shù)性能指標(biāo)，即通常所說的改性環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂傳統(tǒng)的改性方法是 通過復(fù)合彈性體為主，但是，彈性體在增韌的同時卻犧牲了環(huán)氧樹脂的強度、剛性和耐熱性等其他重要物理性能。新規(guī)范不但既有“抗沖擊剝離”等力學(xué)綜合性能要求，又有“熱性能及老化性能”等要求，傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂改性方法很難于滿足要求。近幾年來納米技術(shù)的發(fā)展，為環(huán)氧樹脂改性提供了新的途徑，特別是具有天然納米層狀結(jié)構(gòu)的碳酸鈣、有機(jī)蒙脫土、二氧化硅等成功引入到環(huán)氧樹脂體系，通過納米層狀結(jié)構(gòu)均勻穩(wěn)定地分散于環(huán)氧樹脂，

6、和環(huán)氧樹脂通過化學(xué)或物理吸附作用形成特殊界面 層，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠層受到?jīng)_擊時產(chǎn)生許多的銀紋，銀紋的產(chǎn)生有效地吸收沖擊能量，使基體樹脂裂紋擴(kuò)展受阻和鈍化，即所謂“無機(jī)納米粒子增韌環(huán)氧樹脂的裂紋釘錨機(jī)理”。通過改性所得到的環(huán)氧樹脂基納米復(fù)合材料和原環(huán)氧樹脂相比，具有更加優(yōu)異的綜合性 能，不但固化物的韌性有效改善，而且較大幅度地提高固化物的沖出強度和彎曲強度， 同時，對固化物的耐熱性（熱變形溫度）也能有效提高。通過引入納米技術(shù)改性環(huán)氧樹 脂，是實現(xiàn)環(huán)氧樹脂有效改性滿足強制性條款“抗沖擊剝離”要求的重要措施。2、納米改性環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑的制備由于納米材料粒徑非常小，具有很大的比表面積和較高的表面性，在實際使用

7、過程中極易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象， 形成二次粒子，因粒徑變大而失去超細(xì)微粒所具備的功能，另外,納米材料表面含有較多的羥基，一般表現(xiàn)為親水疏油， 在有機(jī)介質(zhì)及環(huán)氧樹脂中難于分散、相容性差，直接影響納米材料的實際功效，因此，納米材料在環(huán)氧樹脂中的分散插 層需要采用特殊生產(chǎn)工藝。納米材料在環(huán)氧樹脂中的分散插層，需要一定的工作溫度、 高分散剪切力，以及特殊潤浸劑、分散劑等助劑。適宜的工作溫度，充分高剪切分散工作時間，才能保證納米材料在環(huán)氧樹脂中的有效插層。同時，在結(jié)構(gòu)膠粘劑生產(chǎn)過程中應(yīng)加入觸變劑，不但使碳纖維浸漬膠具有良好的觸變性，而且其防沉降性能更有效地維系納米材料在環(huán)氧樹脂 中的均勻、穩(wěn)定及分散。3、環(huán)氧樹

8、脂固化劑的選配常用環(huán)氧樹脂固化劑有脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺、聚酰胺、酚醛胺、叔胺及聚醚胺等，固化劑是環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑配方中的重要成分，結(jié)構(gòu)膠粘劑固化物性能很大程度取決于固化劑的結(jié)構(gòu)及性能， 因此，選用合適的固化劑體系是提高結(jié)構(gòu)膠粘劑抗沖擊剝離強 度另一項有效的措施。不同類型的固化劑賦予環(huán)氧膠粘劑不同的固化物性能，如聚酰胺固化劑韌性好、粘接力強，但是低溫、潮濕固化及耐濕熱性能差；脂肪胺固化劑綜合機(jī)械性能好 ，但固化劑毒性大（如乙二胺等）、刺激性強、固化放熱激烈、耐濕熱性能差；芳香胺固化劑機(jī)械強度高、耐熱性能好，但固化反應(yīng)慢、固化物脆性大、沖擊韌性差；聚醚胺固化劑機(jī)械強度高、韌性好、粘接力強、粘度低、

9、耐濕熱性能好 ，但固化周期長，低溫、潮濕固 化困難，且進(jìn)口產(chǎn)品價格昂貴。 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的性能指標(biāo)很多， 單一類型的固化劑不可能滿足結(jié)構(gòu)膠粘劑各項性能指標(biāo)要求，必須通過實驗對固化劑進(jìn)行優(yōu)選復(fù)配，以滿足不同類型(浸漬、粘鋼、灌縫、植筋等結(jié)構(gòu)膠粘劑都不相同)的建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑技術(shù)性 能指標(biāo)。對固化劑進(jìn)行優(yōu)選復(fù)配實驗，首先，應(yīng)檢測其耐濕熱老化性能，耐濕熱老化性能不但是結(jié)構(gòu)膠粘劑規(guī)范要求的強制性技術(shù)指標(biāo)，其實，耐濕熱老化性能檢驗指標(biāo)鋼一鋼拉伸抗剪強度，也是檢驗及鑒別膠粘劑粘接性能的重要指標(biāo)；其次，再根據(jù)不同類型的建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑技術(shù)性能指標(biāo)及施工特性，來選擇不同類型、不同性能的固化劑進(jìn)行復(fù)配實驗，才能優(yōu)選

10、復(fù)配出既符合施工特性又滿足不同類型結(jié)構(gòu)膠粘劑技術(shù)性能指標(biāo)的固 化劑。粘鋼膠富含填料呈膏狀物， 填料加入提高了膠粘劑的剛度及粘接性，同時，填料加入會降低了膠粘劑抗拉強度和伸長率，當(dāng)固化劑耐濕熱老化達(dá)標(biāo)的前提下，關(guān)健要選擇抗拉強度高和伸長率好的固化劑?？箾_擊剝離碳纖維浸漬膠的固化劑優(yōu)選復(fù)配，相對于有填料的粘鋼膠來說技術(shù)難度要高得多。當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘劑的抗拉、抗剪、抗壓、彎曲強度及伸長率都滿足混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB50367-2006 )要求時，粘鋼膠的“抗沖擊剝離”容易達(dá)標(biāo)，而碳纖維浸漬膠的“抗沖擊剝離”可能會全部沖開。碳纖維浸漬膠呈液態(tài)，施工特性要求纖維浸漬性好，選擇低粘度固化劑是必要的，不但能

11、顯著降低體系的粘度提高纖維浸漬性，而且，可減少環(huán)氧樹脂體系內(nèi)有機(jī)溶劑的使用量，滿足結(jié)構(gòu)膠粘劑固化物熱變溫度、不揮發(fā)物含量等技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。我們通過大量實驗后選擇進(jìn)口聚醚胺固化劑為主，其他胺類固化劑為輔的多元胺固化劑。其中，選用部分酚醛胺賦予結(jié)構(gòu)膠粘劑一定的潮濕固化功能，同時，酚醛胺的反應(yīng)高活性又可取到很好的促進(jìn)劑作用；選用部分芳香胺賦予結(jié)構(gòu)膠粘劑較好的耐熱性及剛性； 選用部分聚醚胺固化劑，通過大量引入柔性鏈段提高結(jié)構(gòu)膠粘劑的拉伸強度和韌性及粘 接性，同時，通過引入低粘度聚醚胺能顯著降低體系的粘度提高纖維浸漬性，而且，可 減少有機(jī)溶劑在體系內(nèi)的使用量。在固化劑復(fù)配實驗中，往往人們重視抗拉、

12、抗壓、抗剪強度及伸長率，而忽視抗彎強度和受拉彈性模量等應(yīng)變力學(xué)指標(biāo)，導(dǎo)致碳纖維浸漬膠最終固化物表現(xiàn)為過軟或過脆，固化物過軟或過脆必然造成耐沖擊性能較低。因此，優(yōu)選復(fù)配既有良好的強度及粘接性、又有一定韌性，即綜合性能優(yōu)良的多元胺固化劑，才能滿足碳纖維浸漬膠抗沖擊剝離性能及所有安全性鑒定技術(shù)指標(biāo)要求。4、抗沖擊剝離碳纖維浸漬膠綜合性能通過對環(huán)氧樹脂的改性及固化劑優(yōu)選復(fù)配后碳纖維浸漬膠性能目 項 匕匕 厶冃 性據(jù) 數(shù) 驗 檢膠 級B膠體性能a P M83O35a P Mo2O OO25282% z( 率 伸32a P M z( 度 強 彎 抗O552a P Mo7粘結(jié)能力手乙逛 a 強 P <

13、M n z(41O18m mo2535古 ape#mz/lx壞 破 聚.563耐濕執(zhí)八、老化 能力小花噠驗I式S咖% 下邨 M抗 養(yǎng)其 口 , 禾匕285四、碳纖維浸漬膠抗沖擊剝離試驗1、碳纖維浸漬膠和其他結(jié)構(gòu)膠粘劑的區(qū)別在同時進(jìn)行碳纖維浸漬膠和粘鋼膠沖擊剝離試驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘劑的抗拉、抗剪、抗壓、彎曲強度及伸長率都滿足混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB50367-2006)要求時，粘鋼膠的“抗沖擊剝離”容易達(dá)標(biāo)，而碳纖維浸漬膠的“抗沖擊剝離”會全部沖開。原因分析：粘鋼膠富含填料，填料可以大大降低粘鋼膠固化物的收縮率和收縮應(yīng)力，粘鋼膠彈性模量高剛性好。2、沖擊剝離試片的加工建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50550-2010 )附錄F “結(jié)構(gòu)膠粘劑抗沖擊剝離能力測定方法及評定標(biāo)準(zhǔn)”中，第條明確規(guī)定了沖擊剝離試片具體尺寸，其中“試片厚度t:+0.1mm,且不得有負(fù)偏差”，在試片加工時要特別注意，市場購買鋼1.1mm時，往往板時最好選擇1.2mm鋼板進(jìn)行加工，多次實驗中體會當(dāng)試片厚度小于“抗沖擊剝離”都不滿足要求，特別是在做碳纖維浸漬膠實驗中。3、試片表面糙化處理附錄F第條明確規(guī)定試片表面糙化要求，特別說明的是機(jī)械噴砂是必須的，不得采用機(jī)械打磨替代， 同時，試片表面機(jī)械噴