固化条件对二阶固化防水粘接层粘层油性能测试的影响_张炜.pdf

研究报告专论2023 年 2 月第 50 卷第 2 期doi:10.3969/j.issn.1001-5922.2023.02.006Vol.50 No.02，Feb.2023收稿日期:2022-10-18;修回日期:2023-02-07作者简介:张炜(1975-)，男，硕士，工程师，主要从事环氧树脂的增韧剂、固化剂、特种环氧树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂应用技术研究;E-mail:13910406100139 com。引文格式:张炜，刘宇星，赵世琦 固化条件对二阶固化防水粘接层粘层油性能测试的影响 J 粘接，2023，50(2):21-26固化条件对二阶固化防水粘接层粘层油性能测试的影响张炜，刘宇星，赵世琦(北京金岛奇士材料科技有限公司，北京100083)摘要:在桥面铺装工程中防水粘接层的性能十分重要。二阶固化的环氧树脂类防水粘层油已被用于桥面铺装的界面粘接。通过对 8 种防水粘层油样品在不同固化条件下的固化物性能进行了测试，试验结果表明:温度在60 以下的3 种固化工艺随固化温度、固化时间不同有一定差别。不同配方的粘接有效期限长短各有不同，实际施工中应根据现场实际环境和所用产品性能调整施工工艺和各步骤工期要求。对不同固化条件下各固化物的性能进行了对比，以供实际应用参考。关键词:环氧树脂;防水粘层油;二阶固化中图分类号:TQ433 4+37文献标志码:A文章编号:1001-5922(2023)02-0021-06Influence on the property test of two-stage reaction typewaterproof adhesives under different curing conditionsZHANG Wei，LIU Yuxing，ZHAO Shiqi(Beijing Jindaoqishi Material Sci Tech Co，Ltd，Beijing 100083，China)Abstract:The properties of waterproof binding systems are very important in deck pavement engineering Two-Stagereaction type epoxy resin waterproof adhesives were used in binding interfaces of different pavement materials Theproperties of 8 kinds of waterproof adhesive samples were tested under different curing conditions The experimentalresults show that the three curing processes below 60 are different with different curing temperature and curingtime The valid period of different formula is different In the actual construction，the construction technology andconstruction period should be adjusted according to the actual environment and the properties of the products usedThe properties of cured resin under different curing conditions are compared，which can be utilized for the referencesof the application in engineeringKey words:epoxy resin;waterproof adhesive;two-stage reaction近年来，中国大跨径桥梁建设发展迅速，但桥面易发生早期破坏，尤其以铺装层破坏最为严重。而桥面铺装中防水粘接层的破坏则是导致铺装层病害的一个主要原因。桥面易出现的鼓包、网裂、龟裂、12研究报告专论沥青面层剥落、沥青面层与桥面板脱离以及桥梁主体钢筋锈蚀等病害均与桥面防排水能力直接相关1。在桥面铺装工程中防水粘结层的设计至关重要，为了获得更好的防水粘接效果，已有多种材料、技术路线或施工方案得到试验和采用2-6。钢桥面铺装工程中，典型铺装结构由下到上依次是钢桥面、环氧富锌漆、防水粘接层、改性沥青铺装下层、防水粘接层、改性沥青铺装上层，在这种结构中有 2 处界面都用到防水粘结剂。传统的乳化沥青或普通改性沥青粘接层仅能提供不到0 3 MPa 的粘接力和剪切力，其用于防水粘接层使用效果不够理想。环氧树脂改性沥青也可用作防水粘接层且性能优异7-10;但不管是温拌类环氧沥青(拌和温度110 130)11-13，还是热拌类环氧沥青(拌和温度160 180)14-15，都需要高温拌合且对养护条件要求较高，其在一定程度上对现场施工造成了不便。环氧树脂具有优异的力学性能，附着能力强，且稳定性好，其固化物通常质地坚硬，在建筑结构加固及路桥修补领域应用非常广泛16-19。环氧树脂经增韧改性并结合特殊固化剂，通过配方设计可制得具有二阶热固性的界面防水粘结剂，即:撒布后在常温下可以很快地表干固化(一阶)，使得车辆和人员在该粘接层上作业时不会发生粘连;当热拌沥青混合料铺筑时，该粘接层在混合料热量作用下重新液化，与热拌沥青混合料中的沥青熔融相连并快速固化(二阶)，进而形成环氧材料的粘接层界面20。本研究通过对工作中所接触到的国内外几种环氧树脂类防水粘层油进行了测试，对不同固化条件下各固化物的性能进行对比实验，以供实际应用参考。1实验材料与方法1 1实验材料外来防水粘层油样品 WL 1、WL 2、WL 3和 WL 4:工业品，前 3 种防水粘层油样品树脂 A与固化剂 B 质量比均为 100 100;WL 4 样品树脂A 与固化剂 B 质量比为 100 90。自制防水粘层油FS 1、FS 2、FS 3 和 FS 4:工业品，北京金岛奇士材料科技有限公司;其样品树脂 A 与固化剂 B 质量比均为 100 100。本研究所用防水粘层油样品均为环氧树脂类型。1 2实验方法1 2 1试样制备环氧树脂 A 和固化剂 B2 种组分在 30 35 烘箱中提前预热，之后按设定计量比称量，并边搅拌边抽真空至二者混合均匀且基本无气泡，留出少量用于粘接打磨好的碳钢试片;其余胶液倒入薄平板模具中，控制模腔厚度约 2 2 3 mm。然后，钢片和模具按照设定好的 6 种固化条件进行固化，固化后的样片冷却到常温后拆模取出用切刀裁成小哑铃型样条;样条及钢片放入23 测试室恒温后再进行性能测定。1 2 2拉伸性能参照 GB/T 5282009 测试，拉伸速率分别采用 500、100 mm/min。1 2 3钢 钢拉伸剪切强度按 GB/T 71241986 测试，拉伸速率5 mm/min。1 2 4硬度采用型号 LX A 邵氏 A 型硬度计。2结果与讨论研究了环氧树脂 A 组分和固化剂 B 组分混合后在常温及略高于常温的固化条件下的性能，选定了 3 种固化条件:常温 23 固化 7 d、温度 40 固化 1 d 和温度60 固化4 d。常温23 固化7 d 是检测环氧树脂类建筑结构胶常用的固化条件;温度40、60 是模拟气温较高时的现场施工环境温度，在夏天中午太阳直射的情况下钢板或者混凝土基材表面很容易达到 60。按照一些样品的使用说明，防水粘层油涂刷后的养护固化过程中存在粘接有效期限，在粘接有效期限内完成后续的热沥青摊铺工序以保证施工质量;不同产品的粘接有效期会有区别，同一产品在不同温度区间的粘接有效期也有差异，通常环境温度低其粘接有效期限较长，例如20 30 温度区间粘接有效期限可达 3 4 d，而在40 50 温度区间粘接有效期限只有 1 2 d。在实际工程施工过程中，基面涂刷防水粘层油后时常会遇到一些意外情况，导致无法在短期内进行随后的热沥青摊铺，防水粘层油施工面可能会在铺装后长时间在环境温度中保留，本文采用常温固化 7 d 和 60 固化4 d 工艺来尽量模拟极端情况下的条件。2 1常温及略高于常温的固化条件固化物的性能将环氧树脂 A 和固化剂 B 按照设定配比混合均匀，并在常温 23 条件下养护 7 d 后的固化物性能如表 1 所示。22研究报告专论表 1不同配方固化物的性能(常温 23 固化 7 d)Tab 1Properties of different formulations cured after 7 days at 23 项目拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸剪切强度MPa邵氏 A 硬度WL 13 33422 74606 166 70WL 25 04004 14406 568 72WL 34 43921 84526 564 68WL 48 62647 53209 690 92FS 13 24042 15005 662 66FS 27 82646 73009 884 88FS 38 42805 73208 080 84FS 47 02406 633210 494 98注:拉伸速率为 500 mm/min;拉伸速率为 100 mm/min。下同。由表 1 可知，经常温养护 7 d 后，所用的 8 种防水粘层油配方在拉伸速率为 500 mm/min 下测试，拉伸强度均超过 3 MPa，断裂伸长率超过 200%;当采用较慢的拉伸速率 100 mm/min 测试拉伸强度会有不同程度降低，而断裂伸长率则比采用较快的拉伸速率测试时都有一定增加，因此对比不同配方性能时应在同样的拉伸速率下进行测试才有可比性。从不同配方间对比也可以看出，通常固化物硬度越高的配方其粘接强度也会越高，拉伸强度和断裂伸长率也跟硬度有关联，大致的规律是硬度越高拉伸强度越高，同时断裂伸长率较低。然而，例如硬度较高的 3 个配方 WL 4、FS 2 和 FS 4 的拉伸强度均可达到 7 MPa，但硬度最高的配方 FS 4 拉伸强度并不是最高的。在温度 40 条件下养护 1 d 后的固化物性能如表 2 所示。表 2不同配方固化物的性能(40 固化 1 d)Tab 2Properties of different formulations cured after 1 days at 40 项目拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸剪切强度MPa邵氏 A 硬度WL 12 15441 36525 958 62WL 23 85282 46286 358 62WL 33 53801 84605 358 62WL 47 52806 53408 786 90FS 13 44202 45805 364 68FS 26 42605 73209 682 86FS 34 32803 94727 272 76FS 46 52605 634011 490 92由表2 可知，适当升高养护温度至40 并缩短养护时间为 1 d，与常温 23 固化 7 d 相比，8 种配方的固化物拉伸强度、粘接性能和硬度都有不同程度降低;而断裂伸长率则相反，这可能是因为温度40 固化 1 d 时间较短，各配方的固化程度不如常温 23 固化 7 d 和温度 40 固化 1 d 的固化物更柔软。这与不同配方的降低幅度也并不一致，且与各配方的固化速度不同有一定关系。在温度 60 条件下养护 4 d 后的固化物性能如表 3 所示。表 3不同配方固化物的性能(60 固化 4 d)Tab 3Properties of different formulations cured after 4 days at 60 项目拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸强度MPa断裂伸长率%拉伸剪切