建筑结构胶抗冲击剥离韧性检测

建筑结构胶抗冲击剥离韧性检测

深圳市深固建筑加固技术有限公司[1**********]黄经理

一、前言

二、加固工程材料的强制性条文要求

三、抗冲击剥离碳纤维浸渍胶的研发

1、环氧树脂的改性

2、纳米改性环氧结构胶粘剂的制备

3、环氧树脂固化剂的选配

4、抗冲击剥离韧性碳纤维浸渍胶综合性能

四、碳纤维浸渍胶抗冲击剥离试验

1、碳纤维浸渍胶与其他结构胶粘剂的区别

2、冲击剥离试片的加工

3、试片表面糙化处理

4、试片粘贴

一．前言

碳纤维复合材料加固混凝土结构技术，具有结构整体性好、轻质高强、施工工艺快捷、方便等特点，随着《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）的实施，碳纤维复合材料的应用技术在各领域加固补强工程中得到广泛推广，特别是在“5.12”震后加固及全国学校抗震防震加固中得到了广泛的应用。但是，由于受到加固市场上利益驱使和恶性竞争影响，加固材料技术指标检测及加固材料产品质量优劣鉴别，以及加固施工过程及施工质量的控制等问题也非常突出，市场上出现大量的低劣加固材料，甚至相当数量的伪劣加固材料，部分加固工程因结构胶粘剂等材料使用不当，施工质量控制不严等因素，造成了一定的安全隐患。

二．加固工程材料的强制性条文要求

建筑结构加固工程施工质量验收规范》（GB50550-2010）第4.4.1,4.4.5条为工程结构加固材料结构胶粘剂的主控项目（强制性条款），其中“对抗震设防烈度为7度及7度以上的地区建筑加固用的粘钢和粘贴纤维复合材的结构胶粘剂，尚应进行抗冲击剥离能力的见证取样复验”。这项强制性指标是对结构胶粘剂性能质量较全面、科学、准确的检测及结构胶粘剂产品质量优劣鉴别的主要指标，不但要求胶粘剂具有较高的强度及良好的粘接性，还要求结构胶粘剂具备一定的韧性、良好的耐湿热老化性能。该项强制性指标对于胶粘剂生产厂家来说，不但对原材料的选用相对有较高的要求，而且对结构胶粘剂生产工艺、技术研发、质量管理等方面也是综合性考核；同时，该项强制性条款也是在加固工程中设计、监理、施工等单位鉴别优劣结构胶粘剂产品质量直观、公正的重要措施之一。

三、抗冲击剥离碳纤维浸渍胶的研发

1. 环氧树脂的改性

环氧树脂具有优良的机械及粘接性能，常温固化物的性能稳定、施工工艺便捷，作为结构胶粘剂的主材被国内外业内所推祟。不饱和树脂同样也具有良好的机械及一定的粘接性能，常温固化后初期的强度高，某些特定环境下不饱和树脂的初期固化强度还略高于环氧树脂，但随着时间的推移不饱和树脂固化物的强度也随之下降，特别是在碱性湿热的环境下，由于水

分子的导入，不饱和树脂的某些成分也不断发生反应，导致初期固化强度下降非常快，即湿热老化性能差，这是由于不饱和树脂分子结构所造成的特性，因此，《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）第4.5.3，4.5.5,，4.5.6条强制性条款规定，“结构胶粘剂必须采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂，承重结构加固工程中不得使用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等作浸渍、粘接胶粘剂”。

环氧树脂常温固化物也具有脆性大、冲击强度低、易开裂、耐热性差等缺点，因此，环氧树脂作为结构胶粘剂之主材，需要通过特定工艺技术改善上述缺点，才能满足结构胶粘剂之各项技术性能指标，即通常所说的改性环氧树脂。环氧树脂传统的改性方法是通过复合弹性体为主，但是，弹性体在增韧的同时却牺牲了环氧树脂的强度、刚性和耐热性等其他重要物理性能。新规范不但既有“抗冲击剥离”等力学综合性能要求，又有“热性能及老化性能”等要求，传统的环氧树脂改性方法很难于满足要求。

近几年来纳米技术的发展，为环氧树脂改性提供了新的途径，特别是具有天然纳米层状结构的碳酸钙、有机蒙脱土、二氧化硅等成功引入到环氧树脂体系，通过纳米层状结构均匀稳定地分散于环氧树脂，与环氧树脂通过化学或物理吸附作用形成特殊界面层，当结构胶层受到冲击时产生许多的银纹，银纹的产生有效地吸收冲击能量，使基体树脂裂纹扩展受阻和钝化，即所谓“无机纳米粒子增韧环氧树脂的裂纹钉锚机理”。通过改性所得到的环氧树脂基纳米复合材料与原环氧树脂相比，具有更加优异的综合性能，不但固化物的韧性有效改善，而且较大幅度地提高固化物的冲出强度和弯曲强度，同时，对固化物的耐热性（热变形温度）也能有效提高。通过引入纳米技术改性环氧树脂，是实现环氧树脂有效改性满足强制性条款“抗冲击剥离”要求的重要措施。

2、纳米改性环氧结构胶粘剂的制备

由于纳米材料粒径非常小，具有很大的比表面积和较高的表面性，在实际使用过程中极易发生团聚现象，形成二次粒子，因粒径变大而失去超细微粒所具备的功能，另外，纳米材料表面含有较多的羟基，一般表现为亲水疏油，在有机介质及环氧树脂中难于分散、相容性差，直接影响纳米材料的实际功效，因此，纳米材料在环氧树脂中的分散插层需要采用特殊生产工艺。

纳米材料在环氧树脂中的分散插层，需要一定的工作温度、高分散剪切力，以及特殊润浸剂、分散剂等助剂。适宜的工作温度，充分高剪切分散工作时间，才能保证纳米材料在环氧树脂中的有效插层。同时，在结构胶粘剂生产过程中应加入触变剂，不但使碳纤维浸渍胶具有良好的触变性，而且其防沉降性能更有效地维系纳米材料在环氧树脂中的均匀、稳定及分散。

3、环氧树脂固化剂的选配

常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酚醛胺、叔胺及聚醚胺等, 固化剂是环氧结构胶粘剂配方中的重要成分，结构胶粘剂固化物性能很大程度取决于固化剂的结构及性能，因此，选用合适的固化剂体系是提高结构胶粘剂抗冲击剥离强度另一项有效的措施。

不同类型的固化剂赋予环氧胶粘剂不同的固化物性能,如聚酰胺固化剂韧性好、粘接力强，但是低温、潮湿固化及耐湿热性能差; 脂肪胺固化剂综合机械性能好, 但固化剂毒性大（如乙二胺等）、刺激性强、固化放热激烈、耐湿热性能差; 芳香胺固化剂机械强度高、耐热性能好，但固化反应慢、固化物脆性大、冲击韧性差; 聚醚胺固化剂机械强度高、韧性好、粘接力强、粘度低、耐湿热性能好, 但固化周期长，低温、潮湿固化困难，且进口产品价格昂贵。建筑结构胶粘剂的性能指标很多，单一类型的固化剂不可能满足结构胶粘剂各项性能指

标要求，必须通过实验对固化剂进行优选复配，以满足不同类型（浸渍、粘钢、灌缝、植筋等结构胶粘剂都不相同）的建筑结构胶粘剂技术性能指标。

对固化剂进行优选复配实验，首先，应检测其耐湿热老化性能，耐湿热老化性能不但是结构胶粘剂规范要求的强制性技术指标，其实，耐湿热老化性能检验指标„钢—钢拉伸抗剪强度，也是检验及鉴别胶粘剂粘接性能的重要指标；其次，再根据不同类型的建筑结构胶粘剂技术性能指标及施工特性，来选择不同类型、不同性能的固化剂进行复配实验，才能优选复配出既符合施工特性又满足不同类型结构胶粘剂技术性能指标的固化剂。

粘钢胶富含填料呈膏状物，填料加入提高了胶粘剂的刚度及粘接性，同时，填料加入会降低了胶粘剂抗拉强度和伸长率，当固化剂耐湿热老化达标的前提下，关健要选择抗拉强度高和伸长率好的固化剂。抗冲击剥离碳纤维浸渍胶的固化剂优选复配，相对于有填料的粘钢胶来说技术难度要高得多。当结构胶粘剂的抗拉、抗剪、抗压、弯曲强度及伸长率都满足《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）要求时，粘钢胶的“抗冲击剥离”容易达标，而碳纤维浸渍胶的“抗冲击剥离”可能会全部冲开。

碳纤维浸渍胶呈液态，施工特性要求纤维浸渍性好，选择低粘度固化剂是必要的，不但能显著降低体系的粘度提高纤维浸渍性，而且，可减少环氧树脂体系内有机溶剂的使用量，满足结构胶粘剂固化物热变温度、不挥发物含量等技术指标满足规范要求。我们通过大量实验后选择进口聚醚胺固化剂为主，其他胺类固化剂为辅的多元胺固化剂。其中，选用部分酚醛胺赋予结构胶粘剂一定的潮湿固化功能，同时，酚醛胺的反应高活性又可取到很好的促进剂作用；选用部分芳香胺赋予结构胶粘剂较好的耐热性及刚性；选用部分聚醚胺固化剂，通过大量引入柔性链段提高结构胶粘剂的拉伸强度和韧性及粘接性，同时，通过引入低粘度聚醚胺能显著降低体系的粘度提高纤维浸渍性，而且，可减少有机溶剂在体系内的使用量。在固化剂复配实验中，往往人们重视抗拉、抗压、抗剪强度及伸长率，而忽视抗弯强度和受拉弹性模量等应变力学指标，导致碳纤维浸渍胶最终固化物表现为过软或过脆，固化物过软或过脆必然造成耐冲击性能较低。因此，优选复配既有良好的强度及粘接性、又有一定韧性，即综合性能优良的多元胺固化剂，才能满足碳纤维浸渍胶抗冲击剥离性能及所有安全性鉴定技术指标要求。

4、抗冲击剥离碳纤维浸渍胶综合性能

通过对环氧树脂的改性及固化剂优选复配后碳纤维浸渍胶性能: