工艺参数对低粘度建筑结构胶粘接强度的影响

本文介绍了工艺参数对低粘度建筑结构胶粘接强度的影响

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热固性树脂ThermosettingResin

第19卷第2期2004年3月

Vol.19No.2Mar.2004

工艺参数对低粘度建筑结构胶粘接强度的影响

潘东芳,彭 勃

(湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082)

摘 要:对影响建筑结构胶粘接强度的各工艺参数进行了试验研究,确定了低粘度结构胶最佳固化工艺参数,并

结合工程施工提出相应解决措施。关键词:结构胶;固化工艺;粘接强度

中图分类号:TQ436 2 文献标识码:A 文章编号:1002-7432(2004)02-0024-03

1 前 言

以环氧树脂为主料研制而成的低粘度建筑结构胶是应用于建筑结构构件及结构工程中粘接的1种新型材料,它已广泛应用于建筑结构中承受较大载

荷的各类结构构件的粘接、加固和补强工程、桥梁工程、飞机跑道、公路修建的补强加固或防渗堵漏灌浆等领域,并显示出诸多优点,如粘接强度高、耐介质、耐老化性能优良、施工快捷方便、工期短等,具有广阔的发展前景。在胶粘剂的工程应用中,粘接质量受诸多因素的影响,如环境因素、固化工艺参数、被粘物表面处理等,都将影响粘接效果。低粘度结构胶不但面临这些问题,而且由于其粘度低极易流淌造成粘合面缺胶,给施工带来许多困难。所以,对此研究已是非常紧迫的任务且具有工程实用价值。

从低粘度结构胶的施工角度讲,由于粘度低很容易造成流胶、粘接面缺胶现象,其固化工艺对粘接效果有相当大的影响,稍有变化就会影响到粘接效果。本文针对低粘度结构胶结合工程应用,从表面处理、晾置时间、固化温度、固化压力等方面对粘接强度作了分析,并提出了提高粘接效果的相应措施。

2 试验部分2 1 胶粘剂

自制双组分低粘度结构胶为改性环氧树脂型胶粘剂,对钢、铁、铝等金属均有较高的粘接强度。2 2 试样制备

钢-钢剪切试件:用45#钢制备试件,按

收稿日期:2003-11-24

GB/T7124-1986将两片钢片粘合在一起,在涂胶前对钢片进行表面处理,再用刮刀将调配好的胶液均匀地涂在待粘接面上,晾置一段时间后将钢片叠合搭接起来,并施加适当压力以保证胶层的均匀一致性。单片试样尺寸为100mm 25mm 2mm,搭接长度为12 5mm。每组为5个试件。钢-混凝土粘接拉伸试件:采用强度等级C40的混凝土试件与钢块对粘,作轴拉试验,钢块与混凝土试块之间的粘接面积为15mm 20mm。试件数量不少于3个。

2 3 性能测试

用WE-10B万能材料强度试验机测定试样在室温下3d的钢-钢剪切强度,室温下7d的钢-混凝土粘接拉伸试验。加载速率、负荷范围及夹持装置均符合GB/T7124-1986的规定。3 结果与讨论

要得到性能优良、稳定的粘接效果,除合理的选择胶粘剂和采用适当的接头设计外,采用正确合理的粘接工艺是十分重要的,可以说粘接工艺合理与否是粘接工作成败的关键。本文对工艺参数,如表面处理、晾置、粘接长度和宽度、胶层厚度、固化温度、固化压力等进行了试验研究。3 1 粘合表面特征对粘接强度的影响

表面特征影响到结构胶对其表面的浸润性,进而影响到粘接质量。例如,在粘钢加固中,混凝土表面因碳化作用和Ca(OH)2的析出而形成疏松粉层,导致粘接强度下降。因此在施胶之前必须使混凝土表面清洁、平整。通常对于很旧很脏的混凝土

作者简介:潘东芳(1976-),女,河南中牟人,湖南大学硕士研究生,研究方向为低粘度建筑结构胶性能及施工工艺。

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第2期

潘东芳等:工艺参数对低粘度建筑结构胶粘接强度的影响

表2 不同晾置时间的剪切强度和

钢-混凝土粘接拉伸试验

晾置时间/min020304050

胶液状态稀,外淌稀,外淌稍稠,略淌稍稠,不淌稍硬,指干

钢-钢剪切强度平均值/MPa

15 8417 8419 5618 5815 52

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构件的粘合面,应先用硬毛刷沾高效洗涤剂刷除表面油垢污物,再对其打磨,除去2~3mm厚表层,直至露出新面;如果混凝土表面不是很旧很脏,可直接对粘合面进行打磨,去掉1~2mm厚表层,并用压缩空气除去粉尘或用清水冲洗干净,待完全干燥后用洁净棉布沾丙酮擦拭表面即可。对于钢板表面一般不同程度地吸附了一层有机或无机的污染物,为了保证粘接效果必须除去这些污染物,一般用工业酒精擦拭,并用平砂轮打磨表面直至出现金属光泽。打磨粗糙度尽可能大。总之,在结构胶使用之前,应保证粘合面的清洁、平整和适宜的粗糙度的要求以获得良好的粘接效果。

此外粘接强度还与被粘物表面的化学结构和几何形状有关。在胶接前,对被粘物表面进行化学处理和偶联剂处理,都能明显提高粘接强度。本文用偶联剂配成1%~2%浓度的乙醇溶液[1],涂敷在钢片上,分别在a.室温下晾置1h再于80~100 烘干30min;b.直接放在80~100 烘干1 5h,2种条件下做钢-钢剪切强度试验和钢-混凝土粘接拉伸试验,结果见表1。

表1 经偶联剂处理的钢-钢剪切强度和

钢-混凝土粘接拉抻试验

处理条件未处理ab

钢-钢剪切强度平均值/MPa

18 5623 0425 47

钢/混凝土粘接拉伸试验C40混凝土破坏C40混凝土破坏C40混凝土破坏

钢-混凝土粘接拉伸试验C40混凝土破坏C40混凝土破坏C40混凝土破坏C40混凝土破坏C40混凝土破坏

图1 晾置时间与剪切强度的关系

由结果可知:当涂胶后立即叠合时强度较低,且强度波动很大,其后随晾置时间延长,强度上升且稳定性较好,晾置时间为30~40min时,强度值取得最大值,且稳定性最好。当晾置时间达到50min后,强度值开始下降。作者认为,晾置的作用除使溶剂挥发,粘度增大,促进固化之外,其本质的作用是减小胶粘剂的固化收缩量,从而减轻接头上的胶层内的收缩应力。同时在调胶后观察到有气泡生成,可能是调胶时混入空气,晾置一段时间也可使大部分气体溢出,减少接头胶层内的气泡缺陷,提高剪切强度。但随晾置时间的推移,胶粘剂固化交联程度增加,粘度增大,胶粘剂难以很好地润湿被粘物,胶层与金属的界面粘接程度降低,导致剪切强度下降。所以,晾置时间长短应适当,过短,有流胶现象;过长,又会使胶粘剂失去粘性,两者都会影响粘接质量。在此,应当指出,不同类型的胶粘剂其晾置时间也是不一样的。3 3 粘接长度和宽度、胶层厚度对粘接强度的影响胶接接头在使用中能承受多大的荷载,这与粘接面积大小有关。GB/T7124-1986 胶粘剂拉伸剪切强度测定方法 中规定了试件的搭接长度和宽度,但在实际工程中,补强钢板的粘接长度和宽度, 用偶联剂对被粘物表面进行处理,2种试验条件均使剪切强度提高,钢-混凝土粘接拉伸试验中混凝土破坏,且试验条件b可使剪切强度提高到25 47MPa,比未处理时提高了37 2%。由此可见这是一种有效的强化粘接手段。考虑到施工现场条件的限制,偶联剂处理不经高温,效果是否显著?有资料表明:偶联剂处理的被粘物表面,自然干燥后施工,其钢-钢剪切强度可提高20%[2]。3 2 晾置时间对粘接强度的影响

结构胶施胶后一般要求马上粘合,不存在晾置时间。但是作者发现,对于低粘度的这类结构胶由于粘度低,施胶后很容易流淌,如不适当晾置一段时间,使溶剂挥发,粘度增大,往往会造成流胶现象,使粘接面缺胶、少胶,明显影响粘接质量。为了寻找最佳晾置时间,本文对低粘度结构胶的晾置时间与粘接强度的关系进行了试验研究。试验结果

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