環氧樹脂膠粘劑在建筑結構設計中的應用

萬愛國

(河南省洛陽市建設工程造價定額站，河南 洛陽 471000)

近年來，中國的社會事業和經濟發展都在飛速的提升，隨著人們生活水平的提高，高樓大廈隨處可見，建筑工程行業的發展對新型的建筑材料的要求隨之越來越高；同時，我國傳統的建筑材料越來越不能滿足我們技術發展的需要。環氧樹脂膠粘劑作為一種新型的建筑加固粘接劑就呈現在我們的面前，這種新型的膠粘劑有著耐水、耐腐蝕、強度高、性能好的優點，在粘接鋼加固，密封灌縫，植筋錨固等方面成為主要的應用材料。為更好地讓環氧樹脂膠粘劑應用在建筑結構中，探討環氧樹脂膠粘劑的應用，為今后環氧樹脂在各領域的實際應用奠定基礎。

1 環氧樹脂建筑用膠粘劑

環氧樹脂膠粘劑是有著優良性能的結構型建筑膠粘劑，我國1966年就開始在建筑結構工程中使用了環氧樹脂膠粘劑。而國外則是從20世紀50年代起，把新、舊混凝土層之間表面及新、舊水泥砂漿層的粘接問題使用環氧樹脂膠粘劑有效地解決了，更徹底的解決了粘接層表面因為濕度，水分等產生的問題，開辟了環氧樹脂新市場，得到了大量的使用。我國則是經過多年的實際考核和應用，證實了在建筑工程中的環氧樹脂膠粘劑結構作用及粘接效果的穩定可靠性。國內現在也在修補及粘接混凝土構件上廣泛使用環氧樹脂膠粘劑，在起到力學結構作用的同時保護損壞的混凝土開裂部分的鋼筋不受到銹蝕。使用環氧樹脂膠粘劑來對預應力各種鋼筋混凝土制品進行粘接和補強，比如：橋梁、大壩、閘門、電桿等提前制好的構件的修補，而在生產中或使用中出現的破損、裂縫部分，對提高這些產品的合格率，環氧樹脂膠粘劑就成了不能缺少的重要材料。建筑結構工程中使用的環氧樹脂膠粘劑大致上可分為幾類。

1.1 建筑物的修補

建筑物也常常出現問題，尤其是使用中的建筑物，混凝土結構部分也經常會出現裂縫，還有可能因為接縫地方處理不好的原因產生水滲漏的現象。這些都體現在屋頂、墻面樓板，地下室、立柱、高架橋面等等地方；這些小問題日積月累就成了大問題，會毀壞掉建筑物，影響人民的生活以及生產，而這些裂縫以前都是用瀝青來進行修補。用瀝青必須要在干燥的表面才能進行修補，修補后的力學分布狀態又和其他部分不同，無結構效果，長期就會發生受力面開裂，結構強度下降等問題。而環氧樹脂膠粘劑就可以在濕潤的表面進行使用，而且在水中環氧樹脂膠粘劑還能固化，可以在出現水滲漏問題時及時進行修補，不需要等待干燥、天氣干燥后才能修補。環氧樹脂膠粘劑在水利工程中常用來給大壩進行水下修補，被廣泛應用在水泥船、碼頭以及橋梁的修補，在實際使用中得到了很好的效果。這類環氧樹脂膠粘劑在建筑結構中使用的也很廣泛，因為經過它的修補，建筑結構還保持著原來的整體性，保持構件還有原來的性能。

1.2 建筑設施的修補

一般家庭中，衛生間的衛生潔具、墻磚、地磚、瓷磚、浴缸、洗漱池等大多都是陶瓷制造的，多數都處于濕潤的空氣中，常常被水所染；而環氧樹脂膠粘劑可以在濕面以及水里固化，適合用在建筑陶瓷設施上。人們日常生活中，如使用不當或者不小心都會造成洗漱池的棱角破損和產生裂縫、人造大理石洗漱池產生裂縫，以前用水泥砂漿進行修補后的效果不好而報廢，現在用環氧樹脂膠粘劑進行修補，調色后進行粘接，修補后的樣子基本是可以和原來的樣子一樣的，操作方便簡單，價格不貴，價值較高的大理石洗漱池就可以繼續使用了，避免花更多的錢。

1.3 混凝土的“整體工程”粘接

混凝土工程中，所有組成的構件都是提前定制好的，不可能現澆制成，即使現澆制成也不可能一次性澆筑出一個大型的整體結構，因為大型的水泥混凝土工程，比如水庫大壩、橋梁碼頭、海上油田等工程，都是要求各個水泥混凝土構件連接在一起，讓整個結構工程成為一個大整體，保證力學上的穩定性，所以混凝土構件的連接部位整體性就必須要提高和解決，成為了混凝土工程中很重要的研究課題。以前我們都是用新拌和的水泥砂漿加上混凝土對準備好已硬化的混凝土構件進行粘接，但是這種粘接強度很低，短時間就會發生粘接層分離脫落現象，不持久。此時，環氧樹脂膠粘劑就很好地解決了這一問題，經過研究測試抗拉強度和粘接強度，環氧樹脂膠粘劑在已經硬化的混凝土構件和水泥砂漿表面之間的粘接，在受力情況下膠粘劑層并沒有被拉斷，證明了環氧樹脂膠粘劑的結構作用，膠粘劑層的強度比水泥混凝土材料的抗拉強度還要高。環氧樹脂膠粘劑解決了水泥混凝土構件之間的粘接問題，讓整體結構更加穩定，在建筑工業中的廣泛使用，推動建筑工業和大規模整體工程發展。比較有名的悉尼歌劇院的屋頂、日本東京成田機場都是用環氧樹脂膠粘劑粘接建筑構件來實現整體結構的。

1.4 水泥制品的修補

環氧樹脂膠粘劑對水泥制品的修補也是最有效的，很多企業專門生產各種水泥管、建筑構件、橋梁構件，這些水泥制品在生產和運輸途中，經常受到磕碰，產生一些磕損和裂縫，影響了外觀，產生了滲水等不好的效果；但其不影響水泥制品的結構性能。這時候使用環氧樹脂膠粘劑進行修補，讓這些小問題都不在成為問題，修補后長時間的自然變化，修補處還可以保持原樣，節省費用，提高使用率和壽命，有很好的經濟效益。對出現滲漏問題的水泥管壁進行修補，改變了要等修補表面干燥才可以修補的情況，有效的提升了工效。

1.5 材料的粘接

建筑中的主體重要，裝飾工程也重要，有些高檔建筑的裝飾造價都要和建筑物主體工程的價格相當了，有時候還可能超過。如吊燈的裝修、很大很重的裝飾燈具、中央空調管道安裝等，這些裝飾工程施工過程不允許用釘聯接機固定的。而使用環氧樹脂膠粘劑來定位和連接，就可以簡化工程的安裝工藝，使其結構穩定、牢固?，F在，在建筑工程中已經大量采用了環氧樹脂膠粘劑來固定金屬結構件和金屬吊頂等承重構件，這樣能節省時間還節省木材，安裝工藝也簡化了許多，性能可靠。早前，上海有一項重大的景觀建設工程也使用了環氧樹脂膠粘劑。調查顯示，使用環氧樹脂膠粘劑的幾個工程，經過幾年的實地檢測，沒有出現問題，可靠安全，沒有微小移位。

2 環氧樹脂膠粘劑原理

2.1 環氧樹脂膠粘劑

環氧樹脂是環氧樹脂膠粘劑的主要材料，因為環氧樹脂結構中含有活躍的環氧基團分子，用芳香族、脂肪族、脂環族等有機化物做為基架，同環氧基團產生交聯反應就得到了有熱固性產物的高分子低聚體，還有和很多種固化劑反應后得到的不溶性三向網狀結構的高聚物。環氧樹脂膠粘劑最早出現是在1983年，用于建筑構件的加固修補與連接上。環氧樹脂對于非極性熱塑性塑料粘接性能不好，比如聚烯烴這種；但是對于金屬材料、非金屬材料，還有熱固性塑料有著非常好的粘接性能，有著“萬能膠”之美稱。之后，環氧樹脂膠粘劑就被大量使用在航天、機械、汽車等等領域，而在建筑領域中也是使用最為多的建筑膠粘劑。

2.2 環氧樹脂膠粘劑優缺點

..環氧樹脂膠粘劑優點

(1)環氧樹脂中所含的化學分子結構緊密、力學強度大、內聚力強，所以它具有優異的力學性能；

(2)環氧樹脂膠粘劑可以通過對配制的比例進行優化，以對其性能進行改良，生產出滿足所需的功能，滿足日常生產所要的基本工藝性能；所以環氧樹脂、固化劑，改性劑的品種多樣；

(3)環氧樹脂和有機物以及無機物混合后有著良好的相容性和反應活性；

子彈外形為軸對稱,且為近地拋撒,設彈軸速度與速度方向一致,由此可建立子彈三自由度質點彈道仿真模型,加入隨機模型,對子彈從拋撒到著地的整個過程進行數值仿真。

(4)環氧樹脂膠粘劑中含有多種極性基團和很高的活性環氧基，所以才能和很多種建材進行牢固的粘接，包括金屬、玻璃、水泥、木材、塑料等，都可以在表面上產生很強的粘接力，粘接強度也很高，所以環氧樹脂膠粘劑粘接性能很優異；

(5)環氧樹脂膠粘劑加固連接的構件不會出現受力面積集中在一處的現象。很多焊接和鉚接都受力不均，而環氧樹脂膠粘劑就不會，且可以更好地提高建筑構件的整體性、耐疲勞性和抗裂性，所以受力均勻也是環氧樹脂膠粘劑的一個優點；

(6)一般的建筑膠粘劑在固化后收縮的比率都有3%～4%左右，很大； 而環氧樹脂膠粘劑固化后的體積收縮比較小，為1%～2%左右。環氧樹脂膠粘劑同時還有著比較小的線性熱膨脹系數，對粘接性能影響小，蠕變量小，粘接建筑結構的穩定性也好，所以固化體積收縮率較小也是它的優點之一；

(7)環氧樹脂膠粘劑可以不受很多種介質的腐蝕，有著良好的耐腐蝕性和耐電性之優點；

(8)環氧樹脂膠粘劑的原料環氧樹脂和改性劑、固化劑的來源比較廣泛，而且產量多，操作簡單方便，生產方法也簡單，可以大規模生產使用。

..環氧樹脂膠粘劑缺點

(1)實現粘接時候必須對粘接的東西進行表面活性處理，比如在對聚乙烯、氟塑料、聚丙烯等材料粘接時，需要進行處理后才能粘接；

(2)普通的環氧樹脂膠粘劑固化后也有著不耐沖擊，比較容易剝離，比較脆的地方存在；

(3)環氧樹脂膠粘劑在施工現場使用時候要注意防護和通風處理。因為環氧樹脂膠粘劑的某些改性劑和固化劑有一定的刺激性和毒性，容易揮發，在實際加固工程的時候一定要做處理，或者就選擇好的避免使用帶刺激類的。

3 環氧樹脂膠粘劑的主要組成

3.1 環氧樹脂

環氧樹脂在沒有加入固化劑的時候，加熱是不會發生固化的。當加入固化劑后可以發生交聯反應，變成不熔、不溶體型結構的三向網狀高聚物。而什么是環氧樹脂呢？環氧樹脂就是大分子主鏈之內有2個或2個以上環氧基的縮聚物，這就是環氧樹脂。加入固化劑就是環氧樹脂膠粘劑，固化后的環氧樹脂化學、物理性能優良，對于金屬等材料都有很好的粘接性。而環氧樹脂也有分類，按照化學結構可以分為6類：縮水甘油酯、縮水甘油胺、縮水甘油醚、新型的環氧樹脂、脂肪族環氧樹脂和環氧化烯烴類。環氧樹脂的原理結構，其中有醚鍵和羥基，極性基團環氧基，可以讓環氧樹脂膠粘接力更強，力學性能更好，且能廣泛投入和應用在建筑結構膠領域中。表1是雙酚A型環氧樹脂技術參數，選擇的是幾種有代表性的。

表1 雙酚A型環氧樹脂技術參數

3.2 固化劑

固化劑在環氧樹脂膠粘劑中有著至關重要的作用，它影響著固化后的環氧樹脂膠粘劑的耐腐蝕、耐介質、強度等工作性能。鑒于環氧樹脂在單獨加熱時不會固化，未固化后的環氧樹脂不可以在建筑結構中投入使用，所以環氧樹脂膠粘劑必須加入固化劑，這樣可以在一定的條件下發生固化反應，變成有三向交聯網狀結構的高聚物，呈現優良的工作能力，成為在建筑工程中使用的環氧樹脂膠粘劑。

4 環氧樹脂膠粘劑配制施工時注意事項

首先就是不要在陰雨潮濕的天氣進行施工作業。調配環氧樹脂膠粘劑的時候，一定要帶上口罩手套，因為固化劑是有毒的，必須要在空氣流通的地方進行調配，不然會中毒。調配膠粘劑所使用的的一切工具都要干燥無水分，環氧樹脂若粘到手上時，立刻擦掉，然后用溫水、肥皂洗凈，長時間粘在身上，對身體不利。調配時使用的稀釋劑都是容易揮發的液體，千萬不能靠近火源，防止發生火災。調配時的數量要嚴格按照配比進行調配，不能馬虎，一旦出錯調制成的膠粘劑就不能使用了。調配完成后要記得立即把瓶口蓋上，以防揮發。調配時所用到的一切工具，都要在使用后立即清洗干凈，若放置時間長，膠水凝固，工具就無法使用。

5 環氧樹脂膠粘劑在建筑結構設計中的應用

選擇幾個不同的工程和設備零件中使用環氧樹脂膠粘劑，解決工程中缺乏材料的問題，比如修補混凝土的裂縫、耐酸地坪的施工、粘接斷裂的構件、設備零件粘接等，還有機工處的一臺有很多內套級管漏油的油壓冷卻器，設備正等著安裝，使用石棉繩堵塞沒有效果，電焊也沒辦法進行，則用環氧樹脂膠粘劑就能將漏油管處全部粘接好。經過測試，完全符合使用要求。環氧樹脂膠粘劑在施工時的應用圖，如圖1所示。

圖1 環氧樹脂膠粘劑在施工時的應用

施工中已經應用環氧樹脂膠粘劑的實例，具體如表2所示。由表2可知，經過實際使用發現，使用環氧樹脂膠粘劑修補混凝土產生的裂縫，粘接設備構件、施工地坪，不僅效果好，而且價格也經濟實惠，環氧樹脂膠粘劑今后的發展前途也是很大的。

表2 施工實例

6 結語

結合上文來看，我國建筑業對于環氧樹脂的使用需求在大幅度的增加，我國2002年的時候，環氧樹脂的需求量就已經達到了29萬t以上了，目前對環氧樹脂的需求量更加大了，建筑行業在我國經濟發展中起著經濟支柱的作用，民用建筑的大規模建設，需要大量的建筑材料，對高分子材料的數量需求更多，各種混凝土、水泥工程都在大量增加，這些都需要應用到合成高分子材料，我國環氧樹脂膠粘劑用在建筑結構工程上的使用還沒有做到很好，需要做更多的研究，讓環氧樹脂膠粘劑在建筑結構上有更有效的使用方法，今后幾年將是我國環氧樹脂膠粘劑應用技術在建筑領域深入發展和普及的階段。