建筑加固用环氧树脂结构胶组成及研究进展    □叶晓  马榴强  靳包平
    □叶晓  马榴强  靳包平    摘要  环氧树脂胶粘剂广泛应用于建筑加固工程，其具有粘接性
    摘要  环氧树脂胶粘剂广泛应用于建筑加固工程，其具有粘接性能良好、操作简单、施工快、成本低、不受被粘物形状限制等优点。当前的研究方向是使其改性，以适应在低温固化、增韧及特殊环境下使用。    关键词  环氧树脂，配方，建筑，加固，结构，胶粘剂，应用
    关键词  环氧树脂，配方，建筑，加固，结构，胶粘剂，应用    建筑中应用合成胶粘剂始于二次世界大战以后，普遍应用的合成
    建筑中应用合成胶粘剂始于二次世界大战以后，普遍应用的合成胶粘剂品种有聚乙烯醇缩甲醛、聚醋酸乙烯、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯、丙烯酸乳液、乙烯-醋酸乙烯乳液等。其中，在建筑物加固或建筑构件加固中应用环氧树脂胶粘剂是最为常见的。    一、历史进展
    一、历史进展    环氧树脂自本世纪４０年代合成以来，由于其结构中含有羟基、
    环氧树脂自本世纪４０年代合成以来，由于其结构中含有羟基、醚键和环氧基等极性基团，因此对相邻界面有良好的粘附性，加之其低廉的价格，使之在胶粘剂行业中占有重要的地位，并成为一种其他胶粘剂所无法比拟的建筑结构胶粘剂。环氧树脂作为结构胶粘剂应用于建筑加固领域，国外始于本世纪６０年代，现已经有多种牌号面世。典型的有法国的Ｓｉｋａｄｕｒ-３１＃、３２＃；原苏联的ＥＰ-１５０＃、１５１＃；日本的Ｅ-２０６胶及１０＃灰浆； 英国的ＦＤ８８０；汽巴-嘉基的Ａｒａｌｄｉｔｅ；德国的Ｈｉｌｔｉ系列等。国内应用环氧树脂于建筑领域始于１９８０年，现生产的品种有大连的ＪＧＮ-Ⅰ、ＪＧＮ-Ⅱ建筑结构胶；辽宁建筑研究所的ＡＣ胶；鞍山的ＣＪ-１胶及北京的ＹＪＳ-１胶等。    从建筑结构胶的国内外发展历史来看，它正从低级、普通向高级、
    从建筑结构胶的国内外发展历史来看，它正从低级、普通向高级、专用、系列发展；从工程应用上看，正从简单加固走向建筑施工应用。    二、基本组成
    二、基本组成    根据使用条件、技术要求和操作规范，环氧树脂建筑结构胶粘剂
    根据使用条件、技术要求和操作规范，环氧树脂建筑结构胶粘剂一般由环氧树脂、固化剂、催化剂、改性剂、填料及其他助剂组成。    １．环氧树脂  在建筑结构胶粘剂中所采用的环氧树脂大多数为
    １．环氧树脂  在建筑结构胶粘剂中所采用的环氧树脂大多数为环氧值为０.４１～０．４７的６１０１环氧树脂（Ｅ-４４）或环氧值为０．４８～０．５４的６１８环氧树脂（Ｅ-５１）。例如， 辽宁省建筑科学研究院开发的ＡＣ建筑结构胶粘剂采用的就是Ｅ- ４４和Ｅ-５１两种环氧树脂的混合物；  而交通部第一航务局科研所研制的可应用于水利、交通和土木建筑上的环氧树脂砂浆，采用的是Ｅ-４４和７１２两种环氧树脂的混合物；重庆钢铁公司设计院研制的锚固大直径基础螺栓的环氧树脂砂浆采用的是Ｅ-４４树脂； 北京大兴石油化工材料厂发明的环氧修补胶也采用的是Ｅ-４４树脂。    上述几种树脂为液态双酚Ａ型环氧树脂。由于其为液态树脂，所
    上述几种树脂为液态双酚Ａ型环氧树脂。由于其为液态树脂，所以易与其他成分均匀混合。同时也便于施工操作。除此之外，近几年为满足更高要求不断有新的环氧树脂品种被应用于建筑结构胶中。如：缩水甘油醚型环氧、氨基环氧、多官能环氧、脂环族环氧树脂和单组分水乳型环氧树脂。    ２．固化剂  环氧树脂的固化剂大致可分为碱性、酸性和合成树
    ２．固化剂  环氧树脂的固化剂大致可分为碱性、酸性和合成树脂三大类。在建筑结构胶中固化剂的选用和用量是影响胶粘剂性能的重要因素之一。不同性能要求使用不同的固化剂。如：在水电站胸墙的修复中所采用的环氧树脂固化剂为乙二胺，在混凝土渡槽补强中采用的是间苯二胺与二乙烯三胺的混合物，ＡＣ建筑结构胶粘剂中采用的是改性胺，套管粘砂剂所采用的固化剂是脂肪族多元胺和高分子有机胺，此外还有使用聚酰胺作为固化剂。    综上所述，可以说在环氧树脂建筑胶粘剂中大部分采用胺类固化
    综上所述，可以说在环氧树脂建筑胶粘剂中大部分采用胺类固化剂，而不采用需较高固化温度的酸酐类固化剂，这是因为在建筑施工现场实现高温固化有诸多困难。基于此点，为满足各种施工和使用条件而开展的胺类固化剂的研究工作也屡见报道。如：具有内增塑性能的混合胺，可减少固化放热的含腈基胺和增加反应速度的含有酚醛基团的改性脂肪族胺，可粘接潮湿面的改性胺，及可使固化温度降至－１０℃的低温固化剂等。总之，固化剂正向着液态化、挥发小、毒性低、固化速度适中、使用范围广的方向发展。    ３．稀释剂  环氧树脂的稀释剂有活性与非活性两类。在建筑胶
    ３．稀释剂  环氧树脂的稀释剂有活性与非活性两类。在建筑胶粘剂中常用的活性稀释剂有：环氧氯丙烷、乙二醇二缩水甘油醚、环氧丙烷丁基醚等；非活性稀释剂有乙醇、糠醇、丙酮、二甲苯、汽油、ＢＯＰ、ＤＯＰ等。其中活性稀释剂参与环氧树脂的化学反应，能结合到分子链当中，因而除可以调节粘度外，还具有一定的补强和增韧效果。非活性稀释剂则不参与固化反应，最终要挥发出来，会导致气孔产生、强度下降和脆性增加。    ４．其他成分  除上述３种主要成分外，环氧树脂结构胶中还可
    ４．其他成分  除上述３种主要成分外，环氧树脂结构胶中还可加入一些其他成分。当然，对于特定用途的胶粘剂，这些也是必不可少的。如增韧剂、填料、偶联剂、抗氧剂、抗紫外线剂等。通常，环氧树脂均具有性质较脆的缺陷。改善其脆性的方法有３种。其一，在胶粘剂中加入增韧剂，如聚醚、聚酯、液体丁腈橡胶等。其二，加入某些具有长碳链的环氧化合物。由于链本身具有柔性，且可相对降低交联密度，最终使固化交联产物的柔性得以提高。如环氧大豆油、环氧十八酸丁酯等。其三，在环氧树脂中加入非活性稀释剂，如ＤＯＰ、ＤＢＰ等，一般可具有稀释、增塑、增韧等多种作用。    此外，在建筑用环氧树脂结构胶中通常还加入填料或填充材料，
    此外，在建筑用环氧树脂结构胶中通常还加入填料或填充材料，如：Ａｌ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、石墨、玻璃微珠、钛白粉、滑石粉、普通水泥、高岭土、云母粉、石英砂、河砂、石子等。填料的加入不但可以改善胶粘剂的粘接性能，而且可以降低胶粘剂的成本，使之大面积应用成为可能。另外，为提高界面的粘接强度，或增加树脂对被粘物的浸润力，可加入偶联剂，如ＫＨ-５５０、ＫＨ-５６０等有机硅烷偶联剂。    三、应用情况
    三、应用情况    由于环氧树脂对具有极性的表面材料如金属、混凝土及水泥制品
    由于环氧树脂对具有极性的表面材料如金属、混凝土及水泥制品有很好的粘接性能，且操作简单，施工快，成本低，不受被粘物形状限制，因而在建筑加固工程中正逐步取代原有的外包钢筑砼、外包角钢、增加支点和加预应力拉杆等施工方法。其中混凝土外贴钢加固和钢筋锚固是应用较广、较典型的方法。混凝土外贴钢加固是在砼构件表面用建筑结构胶粘贴钢板，使钢板与砼牢固地形成一体，以达到加固补强、提高混凝土梁柱等建筑构件承载能力的施工方法。钢筋锚固是在被加固的砼构件上钻孔，然后用建筑结构胶将钢筋或螺栓与砼进行粘接，使其成为一体，以达到在砼中加入钢筋或螺栓的目的，进而对建筑物进行加固或加层的施工方法。这二种方法在国外均已有近２０多年的应用历史，而在我国是８０年代初开始应用的。特别是在１９９０年９月中国工程建设标准化协会批准《混凝土结构加固技术规范》ＣＥＣＳ２５∶９０后，对贴钢加固和钢筋锚固在法规上予以了认可和规范，加之国内对建筑结构胶的研究不断取得成果，使得这二种新型加固技术在国内建筑业得以蓬勃发展，目前已有大小几千个应用实例。    除上述应用外，环氧结构胶粘剂还广泛用于混凝土裂缝的粘合修
    除上述应用外，环氧结构胶粘剂还广泛用于混凝土裂缝的粘合修补上。    四、研究发展方向
    四、研究发展方向    由于环氧树脂本身存在一些缺点，因此在施工温度较低、砼基面
    由于环氧树脂本身存在一些缺点，因此在施工温度较低、砼基面潮湿、要求使用温度较高或动载荷的场合，一般的环氧结构胶粘剂就不能满足使用需求。也正是由于建筑施工技术要求的不断提高和应用范围的不断扩大，促使环氧树脂建筑结构胶粘剂的研究工作不断深入。目前主要集中在环氧结构胶的低温固化、增韧和特殊环境应用等的研究。    １．低温固化  主要是对环氧树脂的固化剂进行改性，以使其在
    １．低温固化  主要是对环氧树脂的固化剂进行改性，以使其在低温环境下仍具有较高的活性，其中研究较多的是对多元胺的改性。如：辽宁建筑科学研究所研制ＡＣ胶，其固化剂即为一种改性胺，在０℃固化１２０ｈ的钢-钢剪切强度为２０．９ＭＰａ； 大连化物所吴顺元研制的建筑结构胶粘剂所用的固化剂为苯酚改性脂肪胺，其可在１０℃下固化；而交通部第一航务工程局科研所研制的ＹＨ- ８２固化剂可在－１０℃下固化环氧树脂。    ２．增韧  由于普通环氧树脂性质较脆，限制了其在建筑领域的
    ２．增韧  由于普通环氧树脂性质较脆，限制了其在建筑领域的应用范围，在《混凝土结构加固技术规范》ＣＥＣＳ２５∶９０中明确规定，用建筑结构胶贴钢加固的适用范围是承受静力作用的一般受弯及受拉构件。但实际应用中对承受动载荷构件加固的要求越来越高，因此不少研究单位开展了对环氧树脂的增韧研究，其主要途径是通过加入高分子弹性体。如：化工部四川晨光化工研究院用羧基丁腈橡胶增韧环氧树脂；鞍山钢铁公司用聚酰胺、聚硫橡胶、邻苯二甲酸二丁酯改性环氧制成的胶粘剂，用于承受动载的大型钢筋混凝土吊车梁的贴钢加固；大连化物所研制的弹性体改性环氧建筑结构胶ＪＧＮ- Ｉ（Ａ）可应用于２００万次之内的疲劳载荷。此外，还有用端胺基丁腈（ＡＴＢＮ）、端羟基丁腈（ＨＴＢＮ）、端环氧基丁腈（ＥＴＢＮ）、聚氨酯、丙烯酸酯、聚醚、聚砜等高聚物进行增韧的。    ３．在特殊环境下的应用研究  这方面工作主要集中在潮湿砼界
    ３．在特殊环境下的应用研究  这方面工作主要集中在潮湿砼界面粘接或水下用建筑结构胶及高温环境使用结构胶的研制上。如：江苏汇丽特种粘接剂研究的ＷＬ- ＪＧＮ水下建设结构胶能在水中或高湿带水表面进行粘接，其金属剪切强度为１９ＭＰａ；辽宁建筑科学研究所研制的ＡＣ胶，其改性固化剂可使环氧树脂在２０℃潮湿界面固化１２０ｈ的钢-钢剪切强度达到２１Ｍｐａ； 中国科学院大连化物所研制的“氨基多官能环氧树脂耐热建筑结构胶粘剂”采用的是对氨基苯酚二缩水甘油环氧和４，４’- 二氨基二苯基甲烷四缩水甘油环氧，此种环氧树脂结构胶粘剂可用于热环境高温厂房、车间等的维修与加固，可在１５０～１８０℃环境使用；化工部四川晨光化工研究院用羟基丁腈橡胶改性的环氧结构胶，可在２００℃下长期使用，且在２５０℃时尚有强度。    目前，对环氧树脂结构胶填料的超微或超细颗粒化研究，对填料
    目前，对环氧树脂结构胶填料的超微或超细颗粒化研究，对填料表面的改性处理的研究，阻燃胶粘剂的研究正在成为新的热点。相信在不久的将来这些问题都会得到圆满的解决，从而使环氧树脂结构胶粘剂在建筑领域得到更为广泛的应用。