朱華

（蘇州市姑蘇新型建材有限公司 江蘇省高性能建筑材料工程技術(shù)研究中心，江蘇 蘇州 215004）

0 引言

近年來伴隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，特別是加固技術(shù)的提高，國內(nèi)出現(xiàn)了對老舊建筑物加固改造的高峰。 對老舊建筑物加固改造，延長其使用年限，能有效緩解人口、資源和環(huán)境之間的關(guān)系。 植筋錨固技術(shù)是老舊建筑物改造最常用的加固方法之一，通過植筋將不同的構(gòu)件進(jìn)行有效連接， 可以增加混凝土中的配筋量，提高加固質(zhì)量。 在植筋錨固中又以化學(xué)植筋技術(shù)最為常用，我國在2006 年頒布的GB 50367—2006[1]《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》中就明確提出植筋錨固用膠及植筋錨固的技術(shù)要求。

隨著市場的不斷發(fā)展和GB 50728—2011[2]《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》的實施，對植筋膠的要求有了進(jìn)一步提高。 現(xiàn)在市場的植筋膠質(zhì)量參差不齊，GB 50728—2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》 明確規(guī)定了不飽和聚酯不能作為結(jié)構(gòu)粘結(jié)用膠， 因為不飽和樹脂含有不飽和基團(tuán)，在長時間的光、熱、水等環(huán)境因素作用下，雙鍵容易斷裂，一些強(qiáng)度指標(biāo)將大大下降，達(dá)不到結(jié)構(gòu)粘結(jié)的要求。 但部分廠家為了降低成本，將不飽和樹脂和環(huán)氧樹脂復(fù)配使用，降低產(chǎn)品的耐老化性能， 同時還存在膠體耐熱性能不佳、使用產(chǎn)品不方便等問題。針對市場上植筋膠存在的問題，試驗研究了一種高性能注射式植筋膠，該植筋膠具有耐老化性好、耐熱性佳、觸變性好、強(qiáng)度高等特點，用3∶1 注射式管對產(chǎn)品進(jìn)行包裝，使用時通過混合器將甲、乙組分混合均勻即可。 研制的注射式植筋膠性能符合GB 50728—2011 《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的以混凝土為基材的植筋膠基本性能和長期性能。

1 試驗

1.1 原材料

環(huán)氧樹脂：E-51,工業(yè)級（牌號W-618），無錫藍(lán)星新材料有限公司；有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂：工業(yè)級（牌號SH-023， 深圳市吉鵬硅氟材料有限公司；氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂：工業(yè)級（牌號AL-3040）, 煙臺奧利?；び邢薰?； 稀釋劑：1，4-丁二醇二縮水甘油醚（622）、正丁基縮水甘油醚（BGE）、芐基縮水甘油醚（692），工業(yè)級，湖北綠色家園材料技術(shù)股份有限公司；固化劑：甲基戊二胺（Dytek A），工業(yè)級，翁開爾有限公司；聚醚胺(D-230)：工業(yè)級，美國亨斯曼；偶聯(lián)劑（KH-550）：工業(yè)級，南京曙光化工有限公司；促進(jìn)劑（DMP-30）：工業(yè)級，無錫光明化工廠；潤濕分散劑（BYK-W985）：工業(yè)級，德國畢克公司；流變助劑（BYK-606）：工業(yè)級，德國畢克公司；觸變劑(A-200)：工業(yè)級，德國贏創(chuàng)；填料：400 目硅微粉。

1.2 實驗儀器

JB90-D 型強(qiáng)力電動攪拌機(jī)，上海標(biāo)本模型廠；FA-001 型電子天平， 上海方瑞儀器有限公司；0～200 mm 型游標(biāo)卡尺， 無錫錫工量具有限公司；CTM-2200 微機(jī)控制電子萬能材料試驗機(jī)，協(xié)強(qiáng)儀器（上海）有限公司；DLH-5 實驗型動力混合機(jī)，佛山市金銀河智能裝備有限公司。

1.3 注射式植筋膠的配制

（1）甲組分的制備

按照配方中的重量比例，稱取組成甲組分的各種成分，先將雙酚A 環(huán)氧樹脂、氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅環(huán)氧樹脂、稀釋劑、增韌劑在捏合機(jī)中混合30 min，將混合均勻后的改性環(huán)氧樹脂全部加入到強(qiáng)力分散機(jī)中，加入偶聯(lián)劑A、潤濕分散劑、填料、觸變劑、流變助劑升溫到65 ℃，使攪拌的線切割速度10 m/s，進(jìn)行抽真空，真空度達(dá)到-0.098 MPa，保持30 min，進(jìn)行保壓，保壓攪拌25 min，通冷卻水，進(jìn)行降溫，溫度達(dá)到30 ℃，甲組分制備完成。

（2）乙組分的制備

按照配方中的重量比例，稱取組成乙組分的各種成分，先將聚醚胺、1,3-BAC、促進(jìn)劑、偶聯(lián)劑B、流變助劑加入到強(qiáng)力分散機(jī)中， 低速攪拌均勻，然后加入填料、觸變劑到強(qiáng)力分散機(jī)中升溫到85 ℃，保持?jǐn)嚢璧木€切割速度8 m/s，進(jìn)行抽真空，真空度達(dá)到-0.098 MPa，保持30 min，進(jìn)行保壓，保壓攪拌25 min，通冷卻水，進(jìn)行降溫，溫度達(dá)到30 ℃，乙組分制備完成。

（3）注射植筋膠的包裝

注射式植筋膠的包裝材料為體積比3∶1 的雙膠管，用液壓出料機(jī)和雙組分管式包裝機(jī)，將甲組分物料從雙管（大管）頭部進(jìn)行壓力灌注，待尾塞達(dá)到底部即灌注結(jié)束，注射式植筋膠的甲組分制備完成。 將乙組物料從雙管（小管）頭部進(jìn)行壓力灌注，待尾塞達(dá)到底部即灌注結(jié)束，注射式植筋膠的乙組分制備完成。 最后，將甲、乙組分注滿膠的膠管，頭部用帽蓋旋緊， 即得到一種改性環(huán)氧注射式植筋膠。

1.4 測試或表征

（1）抗壓強(qiáng)度：按照GB/T 2567—2008《樹脂澆注體性能試驗方法》[3]，試件成型和養(yǎng)護(hù)均在（23±2） ℃的環(huán)境中進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)7 d，進(jìn)行強(qiáng)度測試。

（2）鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度：按照GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測定》[4]標(biāo)準(zhǔn)，試件成型和養(yǎng)護(hù)均在（23±2）℃的環(huán)境中進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)7 d，進(jìn)行強(qiáng)度測試。

（3）熱變形溫度：按照GB∕T 1634.2—2019《塑料負(fù)荷變形溫度的測定》[5]第2 部分：塑料和硬橡膠測試0.45 MPa 作用下不同溫度對膠體的彎曲應(yīng)力B 法。

2 結(jié)果與討論

試驗主要研究一種高性能注射式植筋膠，研制的植筋膠具有耐老化性好、耐熱性佳、觸變性好、強(qiáng)度高等特點。為了提高植筋膠的耐老化性和耐熱性能，對主體環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性和復(fù)配，E-51 環(huán)氧樹脂是市場上應(yīng)用量最大的液體環(huán)氧樹脂，性價比高且綜合性能優(yōu)異。 但E-51 環(huán)氧樹脂也有缺點：內(nèi)部含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，具有一定不飽和性，在長時間日照作用下，苯環(huán)結(jié)構(gòu)會被破壞，材料的耐老化性能不佳。普通環(huán)氧樹脂的熱變性溫度在50 ℃左右，達(dá)不到GB 50728—2011 《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的大于等于65 ℃。為了解決上述兩個問題， 使用氫化雙酚A 與普通環(huán)氧樹脂復(fù)配，降低不飽和性，使用耐熱性有機(jī)硅環(huán)氧樹脂，提高環(huán)氧樹脂的熱變形溫度。

2.1 環(huán)氧樹脂復(fù)配試驗

雙酚A 型環(huán)氧樹脂中的E-51 樹脂是建筑結(jié)構(gòu)用膠常用的原料，但單獨使用，存在不耐老化、不耐熱等問題。 普通環(huán)氧樹脂E-51 中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，不耐老化， 這也是普通環(huán)氧樹脂一般不能外露使用的原因。 我們將分子中不含雙鍵的氫化雙酚A 與環(huán)氧樹脂中的E-51 復(fù)合使用，可以降低環(huán)氧樹脂的不飽和性，提高復(fù)配環(huán)氧樹脂耐老化性，同時，氫化雙酚A環(huán)氧樹脂粘度低，物理性能接近雙酚A 環(huán)氧樹脂。

從圖1 可見， 隨著氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂的加入，體系的抗壓強(qiáng)度不斷增大，當(dāng)氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂∶普通雙酚A 環(huán)氧樹脂用量達(dá)到70∶30 時，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值， 后續(xù)再增加氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂的用量，體系的抗壓強(qiáng)度開始下降；同時，90 d耐濕老化后的抗壓強(qiáng)度和拉伸抗剪強(qiáng)度的下降率，隨著氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂的用量增加而降低，說明氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂能提高普通雙酚A 環(huán)氧樹脂的耐老化性能。

圖1 氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂用量對抗壓強(qiáng)度的影響

從圖2 中可以發(fā)現(xiàn)，鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值時，氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂∶普通雙酚A 環(huán)氧樹脂用量為80∶20，所以我們建議氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂用量占環(huán)氧樹脂用量的20%～30%。

2.2 環(huán)氧樹脂耐熱變溫度的提高

圖2 氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂用量對拉伸剪切強(qiáng)度的影響

熱變形溫度（簡稱HDT），是表達(dá)被測物的受熱與變形之間關(guān)系的參數(shù)，是對高分子材料或聚合物施加一定的負(fù)荷下以一定的速度升溫，并達(dá)到規(guī)定形變時所對應(yīng)的溫度，是衡量聚合物或高分子材料耐熱性優(yōu)劣的一種量度。 對于環(huán)氧結(jié)構(gòu)用膠，當(dāng)環(huán)境溫度超過熱變形溫度時，環(huán)氧膠的性能將急劇下降，所以提高熱變形溫度很重要。 建筑用環(huán)氧膠粘劑為熱固型樹脂，其熱變形溫度主要取決于環(huán)氧樹脂、固化劑和固化溫度。 由于建筑用膠粘劑為室溫固化，提高固化溫度現(xiàn)場很難做到，所以對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性， 可提高普通環(huán)氧樹脂的熱變形溫度。 有機(jī)硅環(huán)氧樹脂是分子結(jié)構(gòu)中含有硅的環(huán)氧化物，是由聚甲基苯基硅氧烷與環(huán)氧樹脂共縮聚而成，能夠一定程度提高體系的熱變形溫度。

從圖3 可見， 隨著有機(jī)硅環(huán)氧樹脂用量的增加，體系的熱變形溫度不斷提高，當(dāng)用量達(dá)到10%后，體系的熱變形溫度隨有機(jī)硅環(huán)氧樹脂的增加在提高， 但提高幅度不大。 綜合使用成本符合GB 50728—2011 《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)定》中植筋膠的標(biāo)準(zhǔn)要求，熱變形溫度≥65 ℃，我們建議有機(jī)硅環(huán)氧樹脂的用量占環(huán)氧樹脂用量的5%～10%。

圖3 有機(jī)硅環(huán)氧樹脂對HDT 性能的影響

2.3 復(fù)合使用聚醚胺和甲基戊二胺

環(huán)氧樹脂只有在適當(dāng)?shù)臈l件下固化、交聯(lián)成網(wǎng)狀的熱固結(jié)構(gòu)后，才能體現(xiàn)出優(yōu)異的物理與力學(xué)性能，具有實用價值。聚醚胺是一種常用的固化劑，在聚脲噴涂、大型復(fù)合材料制成以及環(huán)氧樹脂固化劑和汽車汽油清凈劑等眾多領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。聚醚胺D-230 具有粘度低、 適用期長、 強(qiáng)度高等特點，通過選用聚醚胺D-230 固化劑，研制的改性環(huán)氧注射植筋膠常溫性能符合GB 50728—2011 《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)定》中植筋膠的標(biāo)準(zhǔn)要求。

聚醚胺固化劑韌性好，親水性好，但環(huán)境溫度低于10 ℃時，與環(huán)氧樹脂反應(yīng)相對緩慢，通常必須加入2、4、6-三（二甲氨基甲基）苯酚（即DMP-30）促進(jìn)反應(yīng)。 本試驗使用甲基戊二胺代替DMP-30。甲基戊二胺具有固化物強(qiáng)度高、反應(yīng)速度快的特點，反應(yīng)時放熱明顯，可在潮濕環(huán)境下操作，同時，反應(yīng)過程中產(chǎn)生叔胺也能作為聚醚胺的促進(jìn)劑。 通過使用聚醚胺和甲基戊二胺來固化環(huán)氧體系， 可提高植筋膠的強(qiáng)度性能。

從圖4 中可以看出，復(fù)合使用聚醚胺和甲基戊二胺固化劑后，體系的反應(yīng)加快時間縮短。 在不添加甲基戊二胺、 全部用聚醚胺固化劑時，10 ℃下固化環(huán)氧的時間在5 h 左右，當(dāng)使用甲基戊二胺后，固化時間加快，當(dāng)甲基戊二胺的用量為總固化劑用量的60%時，固化時間為30 min，進(jìn)一步增加甲基戊二胺的用量，對固化時間影響很小。 同時，從固化強(qiáng)度可見，隨著甲基戊二胺的加入，環(huán)氧固化物的抗壓強(qiáng)度不斷增大， 當(dāng)甲基戊二胺C 的用量為60%時，體系的抗壓強(qiáng)度為最大，再增加甲基戊二胺的用量，體系的抗壓強(qiáng)度開始下降，這是因為反應(yīng)過于劇烈，導(dǎo)致內(nèi)部放熱量大，膠體中產(chǎn)生汽泡，影響抗壓強(qiáng)度。 所以， 選用聚醚胺∶甲基戊二胺用量為40∶60，體系的固化時間和抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳效果。

圖4 10 ℃甲基戊二胺用量對膠體固化性能的影響

2.4 膠體擠出性和觸變性的解決

膠體擠出性能和觸變性能是注射植筋膠的兩個重要施工性能，這兩個性能相互制約。 為便于施工，通常通過加入大量稀釋劑來增強(qiáng)擠出性。 一般加入量要超過樹脂用量的20%， 通過加入超細(xì)填料增加觸變性。但是大量稀釋劑會對膠體力學(xué)性能和耐熱變性能產(chǎn)生影響。

通過使用BYK-W 985 潤濕分散劑來降低體系粘度，注射式植筋膠中含有填料，潤濕分散劑能降低含有填料的膠粘劑的體系粘度，粘度通常可降低30%～50%。為了減少稀釋劑的使用量，可通過使用潤濕分散劑來降低體系粘度，提高擠出性，且不影響膠體的性能。 我們按GB/T 13477.3—2017《建筑密封材料試驗方法》[6]的標(biāo)準(zhǔn)測試擠出性。

從圖5 可見，隨著BYK-W 985 潤濕分散劑用量的增加，擠出效果比沒有加BYK-W 985 大大改善，當(dāng)BYK-W 985 用量達(dá)到樹脂用量的0.6%時，膠體擠出量最大，再增加BYK-W 985 用量，擠出量基本沒有增加。 可見0.6%的BYK-W 985 對本膠粘劑體系擠出性最佳。

圖5 潤濕分散劑對膠體擠出性影響

復(fù)合使用流變助劑（多羥基羧酸酰胺）與觸變劑（氣相白炭黑），調(diào)節(jié)體系到達(dá)合適的觸變指數(shù)，所生產(chǎn)的注射式植筋膠具有良好的施工性能，不流掛，適用于頂面和垂直面的施工；在氣相白炭黑和多羥基羧酸酰胺與環(huán)氧樹脂共同作用下，形成非常精細(xì)的針狀微晶，這些微晶彼此間通過氫鍵進(jìn)一步形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 施工時，很低的剪切力就能破壞該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而獲得期望的低施工粘度，在沒有剪切力作用后，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)又可迅速恢復(fù)，從而提高觸變性。使用本方法可以有效解決膠體擠出性和觸變性的問題。

從圖6 中可見，不加入任何觸變劑、流變助劑的空白試樣，測得的下垂度為15 mm，說明該膠體易流淌， 不適用于垂直和頂面的施工。 加入A200氣相白炭黑，體系的下垂度下降到5 mm，膠體流淌性能大大改善。 同時， 加入A200 氣相白炭黑和BYK-606 流變助劑， 膠體的下垂度在1 mm 左右，基本不流淌，膠體可適用于垂直和頂面的施工。

圖6 膠體觸變性能的提高

3 結(jié)論

（1）氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂的加入，能有效降低90 d 耐濕熱老化抗壓強(qiáng)度下降率和拉伸剪切強(qiáng)度下降率，提高復(fù)配環(huán)氧樹脂的耐老化性。

（2）當(dāng)有機(jī)硅環(huán)氧樹脂的用量占環(huán)氧樹脂用量的5%～10%、 體系的熱變形溫度≥65 ℃時， 符合GB 50728—2011 《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)定》中植筋膠的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）聚醚胺可在潮濕環(huán)境下固化，甲基戊二胺具有固化物強(qiáng)度高、反應(yīng)速度快的特點，反應(yīng)過程中產(chǎn)生叔胺也能作為聚醚胺的促進(jìn)劑，促進(jìn)聚醚胺在低溫能快速反應(yīng)，通過使用聚醚胺和甲基戊二胺來固化環(huán)氧體系，提高植筋膠的強(qiáng)度性能。

（4）通過使用潤濕分散劑降低含填料體系的粘度，可提高擠出性，通過加入A200 氣相白炭黑和BYK-606 流變助劑降低下垂度， 可提高體系的觸變性，解決植筋膠擠出和觸變問題。