WDZ型低温固化建筑结构胶的研制与应用

1大筑低温固化建筑结构结构胶的研制与应用祝亦霖李福志朱天顺禹滨滨佘晶晶（武汉大筑建筑科技有限公司）摘要大筑低温固化建筑结构胶可以在－10℃以上固化，由武汉大筑建筑科技有限公司研制，经过工程应用，证明不仅有较好的技术性能，并且有显著的社会效益和经济效益。关键词低温建筑结构胶粘剂开发一、前言建筑结构胶是应用于建筑结构构件及结构工程中粘接的一类化工新型建材的统称，此类胶粘剂应具有粘接强度高，耐介质、耐老化性能优良，施工工艺好，价格适中，无环境污染等特点。近年来，由于国内改建、改造的建筑逐年增多，建筑结构胶得到了广泛的应用，取得了显著的技术与经济效益。建筑结构胶的应用与现场施工环境密切相关，我国地域辽阔，在秦岭、黄河以北地区，每年十一月下旬之后气温常在0℃以下。而内蒙古、青海以及广大东北地区冬季的气温更低，目前国内市场上可以在低温（0～-10℃）下进行施工的建筑结构胶还很少，满足不了施工的需求，因此，严重影响了施工进度与工程质量。为此，武汉大筑建筑科技有限公司对低温固化建筑结构胶进行了多年的深入研制，现已研制并生产出低温1号建筑结构胶（0~-5℃）和低温2号建筑结构胶（-5~-10℃），经过反复试验和应用，所测力学性能和工艺性能均满足建筑结构的粘结需要。因此投入市场后，立即收到了显著的社会效益和经济效益。二、大筑低温固化建筑结构胶研制的技术路线1．配方设计要使环氧树脂胶粘剂能够在低温下固化，其配方必须符合以下几点要求：首先，在主料树脂上应选择环氧当量较小，粘度较低的环氧树脂，最好带有更为活泼、易与固化剂进行反应的基团；而在固化剂的选择上要采用既具有亲核性或亲电性，又有高反应活性的化合物，并且胺值要高些，粘度要低些；同时还要适量使用活性稀释剂，以确保被粘物表面有良好的浸润性。除此以外，还应加入一些其他能改进性能的助剂和适当的填料。2经过反复的探索与试验，我们成功的研制出了通用型低温固化剂，它可以满足各种结构胶粘剂在0~-10℃低温下的施工固化。为此，我们又设计了一种高活性的固化体系：高活性环氧树脂——硫醇——多元胺——促进剂。现以低温碳纤维粘浸胶为例，配方如下：高活性环氧树脂100份DFZ型低温2号固化剂30~40份活性稀释剂5~10份增韧剂15~25份固化促进剂5~10份稠变剂7~9份其他助剂适量此配方可在-10℃低温下进行碳纤维粘贴施工，并有较好的粘接强度。2．原理说明DFZ型低温固化剂之所以能在-10℃低温下较好的固化环氧树脂，是由于其分子中含有巯基（-SH），其中的活性氢在叔胺类固化促进剂作用下发生了亲核加成反应，其基本反应式如下：R’SH+NR3=R’S-+R3NH+R’S-+CH2-OH-R”→R’SCH2-CH-R”＼/|OO-R’SCH2-CH-R”+R3NH+→R’SCH2-CH-R”+NR3||O-OH这种反应的速度很快，在开始的2~3小时内环氧基很快消耗完毕，这和有机多元胺固化环氧树脂的情况有着很大的差别，对比情况见右图。三、大筑低温固化建筑结构胶粘剂的生产工艺流程环氧基含量（%）固化时间（h）501050100ba31．工艺流程甲组分：原材料检验→主树脂化学改性→填料、增韧剂等加入混合→搅拌均匀→性能测试→包装待用乙组分：原材料检验→固化剂合成→填料、促进剂等加入混合→搅拌均匀→性能测试→包装待用2．工序简述①对所采购的材料先进行性能指标的检验，如检测环氧树脂的环氧值及粘度，并外观测定是否清晰、透明，合格后进入下道工序。②按配方的组成比例将改性剂加入到环氧树脂中，在一定的温度与时间下进行化学改性，测出中间产物性能后，停止反应，降温备用。③将所加的填料助剂与改性后的树脂按比例加入变速搅拌机中，按操作条件进行均匀搅拌。④乙组分工序与甲组分相似，只是主固化剂在反应釜内合成而得，其他工序基本一致。⑤甲、乙组分按比例调配进行强度测试，合格后方可作为甲组分成品入库。四、大筑低温固化建筑结构胶粘剂的性能碳纤维粘浸胶粘钢胶灌注粘钢胶特点白色半透明蜡状膏体，不流淌，不沉淀，渗透性强，施工方便。白色稠状膏体，不流淌，不沉淀，粘结性强，施工匀和性好。粘度低，粘结强度高，可操作时间长。粘胶碳纤维抗拉强度(Mpa)室温下＞3500-10℃下＞3000钢-钢粘结抗剪强度(MPa)室温下242326-10℃下141316钢-钢粘结抗拉强度(MPa)室温下363438-10℃下272630钢-混凝土粘结抗拉强度(MPa)室温下C80混凝土破坏-10℃下C80混凝土破坏操作时间（以100克为例）-10℃＞90min＞120min＞90min固化时间3d3d4d循环冻融试验-10℃冷冻，在室温20℃解冻，1000h·40次，抗剪强度不下降。注：以上强度数值均为14d所测。4五、几种固化剂在低温下固化时的性能对比固化剂胺值mgkOH/g用量（g/100gE？）固化条件抗剪强度MPa抗拉强度MPa聚酰胺651410±2040～60-10℃＜11810480±2025～45-10℃＜31DFZ450±2030～40-10℃1226六、大筑低温固化建筑结构胶的用途和应用1.主要用途：（1）于温度0℃~-10℃之间的混凝土构件、砖石构件的粘贴钢板、碳纤维布或植筋等加固与改造工程。（2）用于温度0℃~-10℃之间的各种承重、非承重螺栓与混凝土、砖石的锚固。（3）用于温度0℃~-10℃之间的混凝土构件、砖石构件、木构件、金属构件的粘结和缺陷修补。（4）用于温度0℃~-10℃之间的道路、桥梁的修补与粘结。2.典型加固工程实例：（1）汉某大型体育场，经过长时间的环境影响和机械作用，使看台板钢筋大部分锈蚀，底部混凝土风化开裂，承载力严重下降，需采用建筑结构胶粘剂补强和预应力外张拉加固。施工到12月份时，平均温度在3℃~-2℃左右，采用WDZ型低温结构修补胶进行修补，修补面积达7000m2，经测试，强度完全符合要求，补强效果令人满意。（2）山东青岛某隧洞工程，由于地处破碎带，塌方次数多，大面积使用锚杆加固，锚杆达1000根。当时施工温度为-5℃，采用大筑低温2号植筋胶，锚杆直径为Φ25，锚深500mm。经法定检测单位对锚杆现场拉拔试验，拉拔强度均达到屈服阶段，锚固混凝土及粘结面均未见异常。（3）太原导弹发射基地4号桥梁加固工程，采用碳纤维布在桥板底面粘贴进行强度加固。由于正值冬季，桥面附近气温低至-9℃，于是采用大筑低温碳纤维粘浸胶进行粘贴。经检测，其补强效果很好，该工程现已完工二年，可同时通过4辆120吨载重汽车。5（4）北京兵器大厦，由大厦改成餐厅、梁、柱粘贴钢板加大承载力。因正值冬季，施工温度为-4℃左右，采用大筑低温粘钢胶，14天后，经测试，强度符合要求，效果令人满意。（5）北京银都中心，选用碳纤维布在梁下粘贴加固，施工现场气候恶劣，气温只有-6℃，采用大筑低温碳纤维胶进行补强，经测试，补强效果很好。（6）吉林长春机场，钻孔植筋，气温低，达到-10℃，采用低温植筋胶后，钢筋拉拔强度均达到屈服阶段。大筑低温固化建筑结构胶在全国各地大量应用均收到了较好的效果。七、结语大筑低温固化建筑结构胶是一新型胶种，其性能优良，使用方便，可以在-10℃的低温时使用，并且具有较高的粘结强度，保证了施工进度和工程质量；用于冬季对各种建筑物进行加固补强、堵漏、防水等的施工，具有重大的经济意义。若将其稍稍改进，还可以作为室温下快速固化的建筑结构胶粘剂应用。因此，大筑低温固化建筑结构胶具有较高的市场价值，应尽快地推广于社会，造福于人民。