环氧树脂结构胶的耐热性研究

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混凝土结构加固改造工程中,环氧树脂建筑结构胶因具有优异的力学及耐久性能而得到广泛使用。目前,有关建筑结构胶的性能研究及工程数据大多是在常温下进行的,但是作为有机高分子材料,其性能受温度影响显著,这在以往的工程实际中并没有引起足够的重视。最新颁布的《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》有望改变这一现状,该规范首次对结构胶的耐热性能提出了要求,并以热变形温度限制了结构胶的最高使用温度。  为配合该规范的编制并为工程应用提供研究数据,本文探讨了结构胶的耐热性能评价方法,分析了结构胶在不同温度下的力学性能、热变形温度、玻璃化转变温度及最高使用温度之间的关系,研究了不同固化条件、各组分对结构胶耐热性能的影响,并结合工程实际对结构胶配方进行了优化。研究结果表明:  结构胶的力学性能受温度影响显著,随着温度的升高,结构胶的拉伸强度、拉剪强度、拉伸弹性模量均明显下降,拉伸断裂伸长率、拉伸蠕变明显增加。结构胶的热变形温度和玻璃化转变温度存在一定的联系,在一定程度上都可反应其耐热性能;热变形温度实质上反映了结构胶弹性模量随温度升高而降低的情况;测试中负荷大小对其值影响显著,仅采用单一的负荷大小来衡量耐热性能有一定局限性,两种热变形温度相近的结构胶A、B,其高温力学性能存在较大差异。  环氧树脂结构胶的耐热性能受固化条件影响显著。升温固化因显著增加了结构胶的交联密度,从而使其高温力学性能显著改善,热变形温度和玻璃化转变温度明显提高;延长固化时间对结构胶的热变形温度有一定的提高作用,但没有升温固化效果明显。  结构胶的组成对其耐热性能也存在较大影响。酚醛型环氧树脂结构胶热变形温度略高于双酚A型环氧树脂的结构胶,但是酚醛型环氧树脂自身粘度很大,且固化产物呈现明显的脆性破坏,不适合作为建筑结构胶使用。不同类型固化剂对结构胶的热变形温度有较大影响;选择合适的固化剂及其复配,可以提高结构胶热变形温度,但是提高程度远没有升温固化明显;对于压注用建筑结构胶,可选用反应活性较高的酚醛胺与耐热性能良好、低粘度的改性脂环胺复配;对于耐热性要求更高的结构胶,则可采用改性芳香胺作为固化剂,并且很有必要进行升温后固化处理。  单环氧稀释剂稀释效果好,但对热变形温度影响很大;环氧官能度较高的稀释剂对热变形温度和抗压强度影响较小,但稀释效果较差;通过单环氧和双环氧官能度稀释剂复配可以较好地解决这一矛盾。不同类型的增韧剂均降低了结构胶的热变形温度,但其中“海岛结构”橡胶弹性体对结构胶的热变形温度影响较小,且增韧效果明显。填料的加入可以提高结构胶的热变形温度,其中石英粉对结构胶热变形温度提高效果较好。  根据工程实际要求,在保证结构胶其它性能基础上,通过配方优化,得到两种不同用途的结构胶。一种结构胶耐热性能良好,且具有较低的粘度,可作为压注用结构胶;另一种结构胶耐热性能优异,可用于耐热性能要求更高的加固工程中。
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