文/ 金卫民 常州市建筑科学研究院股份有限公司 江苏常州 213000

建筑结构胶的耐湿热老化性能研究

文/ 金卫民 常州市建筑科学研究院股份有限公司 江苏常州 213000

耐湿热老化性能作为建筑结构胶，特别是用于承重结构加固改造的粘钢胶、植筋胶、碳纤维胶的重要性能，对胶粘剂的耐久性和使用寿命都有重要的影响。本文对建筑结构胶的耐湿热老化性能进行了较为系统的研究，并采用自制的固化剂，较好地解决了国产建筑结构胶的耐湿热老化性差的问题。

建筑结构胶；耐湿热；老化性能研究

1、前言

建筑结构胶已广泛应用于混凝土结构的加固、维修与改造方面。特别是近十年来，国内的建筑结构胶无论是品种，还是产销量都呈快速发展的势头，但市售及工程应用的结构胶，良莠不齐，给工程质量和安全带来极大的隐患。因此，对建筑结构胶的耐湿热老化性能的研究具有重要的现实意义。

2、实验部分

2.1 主要原料及设备

液体双酚A型环氧树脂，工业品；环氧树脂增韧剂，工业品；无机填料，工业品；低分子聚酰胺类固化剂，工业品；改性脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类、CP-05等固化剂，自制；助剂，工业品；万能材料试验机；湿热老化试验箱。

2.2 配胶

将环氧树脂、环氧树脂增韧剂、无机填料和助剂充分混合均匀为甲组分，将各类固化剂(或其混合物)、无机填料和助剂充分混合均匀为乙组分。

2.3 耐湿热老化性能测试

(1)将甲乙组分按一定的质量比混合均匀后，按GB/T7124-1986粘接拉伸剪切碳钢试片后，在室温下固化。

(2)将固化完全后的剪切试片做防锈处理(露出粘接部位)，放入湿热老化试验箱，在(50±2)℃，95%以上湿度的环境中进行老化试验。

(3)按GB/T7124-1986测定老化后的试片常温下的剪切强度，并与老化前的试片比较。

3、结果与讨论——建筑结构胶的耐湿热老化性能研究

3.1 固化剂的性能概述

环氧树脂的固化剂种类很多，但适用于建筑结构胶的固化剂以胺类(一般是改性胺类)为主。由于固化剂的性能对胶粘剂的性能(例如粘接性能、胶本体性能、耐老化性能、耐温性、耐介质性能、施工工艺性能等)起着决定作用，选择不同的固化剂所配制的建筑结构胶性能也不尽相同。改性脂肪胺类固化剂粘度小，毒性低，能在常温下固化环氧树脂，固化物的韧性较好，但耐温性不足；低分子聚酞胺与环氧树脂配比范围较宽，常温适用期长，固化物收缩小、抗冲击性好，但耐热、耐溶剂性能差；芳香胺类固化剂适用期长，耐热性良好，但一般需要加温才能固化完全，由于一般是固体状态，用做建筑结构胶时需改性变成液态后才能被使用；脂环胺类固化剂粘度低，挥发性小，耐热性佳，但常温固化不完全。

3.2 固化剂对湿热老化性能的影响

分别以A、B、C、D代表所选用的固化剂，A为低分子聚酞胺；B为改性脂肪胺；C为芳香胺；D为脂环胺。用混合环氧树脂与不同种类固化剂配合后，所得胶粘剂湿热老化性能如下表1所示。

其中，增韧剂1和增韧剂2是聚合物多元醇类，增韧剂3是丁腈橡胶。加入增韧剂后，胶粘剂的耐湿热老化性能均有所下降。由于增韧剂1的分子结构中含有不耐水解的酯基，所以在高温高湿条件下，剪切强度下降幅度最大；增韧剂2中含有耐水解的醚键，在一定程度上改善了胶粘剂的耐湿热性。在所选择的三种增韧剂中，丁腈橡胶的耐湿热性能最好，但是丁腈橡胶与环氧树脂相容性差，所配制的胶粘剂易分层，造成施工工艺性能欠佳。

3.4 无机填料对湿热老化性能的影响

建筑结构胶的种类较多，按用途可分为粘钢胶、植筋胶、碳纤维胶等。粘钢胶和植筋胶中均含有大量的无机填料，无机填料对胶粘剂的湿热老化性能的影响不容忽视。无机填料的种类、粒径大小、粒度分布、颗粒形状都会影响到胶粘剂的耐湿热性能。

表1 固化剂对湿热老化性能的影响

由于分子结构本身的原因，低分子聚酞胺的耐湿热老化存在“先天不足”，关于这一点，已有文献详细论述。为改善低分子聚酞胺的耐湿热性能，本文采用了复配方法。从表1可以看出:聚酞胺分别与芳香胺和脂环胺复配后，耐湿热性能有所改善，但并不理想，而与芳香胺和脂环胺同时复配后，耐湿热性得到明显提高，这可能是所谓“协同作用”的结果。改性脂肪胺单独做固化剂时，湿热老化性能一般，但与芳香胺或脂环胺复配后有大幅度提高，主要是因为芳香胺或脂环胺的加入而提高了胶粘剂的耐温性。脂肪胺与芳香胺和脂环胺一起复配后，耐湿热老化性能良好，但老化前的室温剪切强度偏低，这进一步说明:1)芳香胺或脂环胺在室温下固化不完全，而在老化条件的高温环境下继续固化；2)芳香胺和脂环胺复配后的固化剂具有优良的耐湿热性。CP-05也是一种复配固化剂，其中含有自制的促进剂，使胶粘剂的耐湿和耐热性同步加强，同时在室温固化时亦有较高的粘接强度，能满足国家标准的要求。

3.3 增韧剂对湿热老化性能的影响

增韧剂不仅能改善环氧树脂胶粘剂的脆性，有时还能提高胶粘剂的弹性模量。增韧剂的加入与否和增韧剂的种类都影响到胶粘剂的湿热老化性能，以CP-05做固化剂，具体实验结果见表2。

表 2 增韧荆对湿热老化性能的影响

酸性填料的耐湿热性能最差，原因可能是由于在高温高湿的作用下，固化后的环氧树脂在酸性环境中会慢慢降解。实验表明，粒径小的填料对提高胶粘剂的粘接剪切强度有利，因此在一定目数范围内，细颗粒填料的耐湿热性占明显优势。片状结构的填料可能会增加胶粘剂固化后的内应力，所以其耐湿热性能低于球形填料。

3.5 助剂对湿热老化性能的影响

建筑结构胶的配方中一般会加入少量助剂，例如:加入触变剂，增加胶粘剂的抗流挂性；加入固化促进剂，能加快胶粘剂的固化速度并能使胶粘剂固化更完全；加入偶联剂，提高胶粘剂的粘接性等。实验表明，助剂的加入对胶粘剂的湿热老化性能几乎没有影响，加入合适的助剂不会影响胶粘剂的耐湿热老化性能。

结论：

综上所述，固化剂对建筑结构胶的耐湿热老化性能有决定性的影响。低分子聚酰胺固化剂耐湿热老化性最差，芳香胺和脂环胺复配能显著提高建筑结构胶的耐湿热老化性能。增韧剂的加入会降低建筑结构胶的耐湿热老化性。宜选用中性、球形、粒度小的无机填料。加入合适的助剂不会影响建筑结构胶的耐湿热老化性能。

[1]王文军，李红旭，张首文.建筑结构胶的耐湿热老化性能研究[J].粘接，2006(1)：10-11.

[2]王德中.环氧树脂生产与应用[M].北京:化学工业出版社，2001.198.