建筑工程耐久性建筑結(jié)構(gòu)膠的使用探討

齊朋

摘 要：簡述了隨著科學技術的發(fā)展，耐久性建筑結(jié)構(gòu)膠憑借其優(yōu)異的性能，被廣泛的應用于結(jié)構(gòu)粘接、裝修、密封以及施工安裝等領域中。耐久建筑結(jié)構(gòu)膠是十分重要的化學建材之一。介紹了建筑結(jié)構(gòu)膠根據(jù)膠粘劑的基體樹脂的類型分為環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯和硅酮結(jié)構(gòu)膠，及其各自的性能以及適宜應用的領域;在對石材、玻璃材料、木材和金屬材料進行粘接時，在粘接前需要考慮的進行了分析，并對其在建筑工程中的使用進行了分析探討。

關鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)膠;種類;耐久性;選用

中圖分類號：TQ436+.2 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1001-5922（2021）11-0036-04

Discussion on the use of Durability Structural Adhesive in Construction Engineering

Qi Peng

（The First Company Of China Eighth Engineering Divsion Co.， Ltd.， Ji nan 250100， China）

Abstract：This paper briefly narrate that with the development of science and technology， durability building structure adhesive is widely used in structural adhesion， decoration， sealing and construction and installation with its excellent performance. Durable building structure glue is one of the very important chemical building materials. They are divided into epoxy， polyurethane， polyacrylic and silicone structure resin according to the type of adhesive matrix resin， their respective properties and suitable applications; in the bonding of stone， glass， wood and metal materials， and their use in construction engineering in this paper.

Key words：building structure glue; type; durability; selection

承受拉伸、壓縮、抗彎荷載是建筑結(jié)構(gòu)膠在建筑工程中的主要作用，所以會要求它有較高的力學強度。與此同時，建筑結(jié)構(gòu)膠也要求有較高的耐腐蝕、耐老化等耐久性能。根據(jù)GB 50728—2011中的規(guī)定可知，若建筑結(jié)構(gòu)膠的設計要求其具有50年的耐久性能，那么必須通過耐長期應力作用和耐濕熱老化性能的檢驗。建筑結(jié)構(gòu)膠主要是用于承重結(jié)構(gòu)的構(gòu)件粘接，同時要保證其能長期承受設計環(huán)境和應力作用。當建筑結(jié)構(gòu)膠應用于受力部件時，通常被粘物本身的強度與膠接接頭所能承受的應力是相差不大的，其剪切強度至少要達到5～8 MPa[1]。建筑結(jié)構(gòu)膠對美化建筑物、節(jié)省工時、提高施工速度、能源環(huán)保、改進建筑物質(zhì)量等方面都有十分重要的意義。耐久建筑結(jié)構(gòu)膠已經(jīng)成為十分重要的化學建材之一。本文主要介紹了建筑結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展歷程，以及建筑結(jié)構(gòu)膠的種類和選用，同時對建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向進行了展望。

1 建筑結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展歷程

1.1 膠粘劑的概述

膠粘劑也被稱作粘結(jié)劑、粘合劑，具有十分優(yōu)良的粘合性能。其主要作用是在兩種物質(zhì)的表面之間構(gòu)成薄膜，從而使兩種物質(zhì)粘接起來，膠粘劑的狀態(tài)多為膏狀或者液態(tài)。在現(xiàn)代社會中，膠粘劑被廣泛地應用到了多個不同的領域，如包裝、建筑、航空、水運、汽車、電子、衛(wèi)生醫(yī)療、機械設備等各個領域。

膠粘劑一般為有機合成材料，其配置原料通常包括固化劑、粘結(jié)料、稀釋劑、增塑劑、改性劑以及填充劑等。粘結(jié)料是膠粘劑的主要組成成分，也被稱作粘結(jié)物質(zhì)，它決定了膠粘劑的性能，諸如耐熱性、粘接強度、耐介質(zhì)性、韌性等性能。固化劑的作用是對化學反應進行促進，加快膠粘劑固化。增塑劑的主要作用是改善膠粘劑的韌性，也被稱作增韌劑，它的使用可以提高膠接接頭的抗剝離能力、耐寒性以及抗沖擊能力。稀釋劑的作用是對膠粘劑進行分散稀釋，降低膠粘劑的黏度，使其更便于施工;同時它還能增加被粘材料和膠粘劑的浸潤能力，使膠粘劑的使用壽命延長，它也被稱為溶劑。填充劑通常不與膠粘劑中的其他成分發(fā)生化學反應，它主要起到增加膠粘劑稠度，提高膠結(jié)層的機械性能和抗沖擊性能，同時降低膠粘劑的膨脹系數(shù)，減少其收縮性。改性劑的添加主要是用來改善膠粘劑的某一個方面的性能。

膠粘劑按照強度特性進行分類可以分為結(jié)構(gòu)型膠粘劑和非結(jié)構(gòu)型膠粘劑，以及次結(jié)構(gòu)型膠粘劑。結(jié)構(gòu)性膠粘劑的強度要求較高，最低也有達到被膠結(jié)材料的強度，同時要求其耐熱、耐油、耐腐蝕、耐水等[2]。非結(jié)構(gòu)型膠粘劑要求有一定的強度，不需要有較大的承受力，它主要是起到定位的作用。次結(jié)構(gòu)型膠粘劑的各項物理性能處于結(jié)構(gòu)型膠粘劑和非結(jié)構(gòu)型膠粘劑之間。

1.2 結(jié)構(gòu)膠的發(fā)展歷程

膠粘劑的使用最早可以追溯到數(shù)千年前，古人使用淀粉和黏土以及松香等材料制成膠粘劑來使用。距今兩千年前的秦長城就是使用石灰和糯米漿粘合作為長城的基石的，這項偉大的建筑工程也成為了中華民族偉大文明的象征之一。此外，在秦俑博物館中的大型彩繪銅車馬的制造過程中，也有用到磷酸鹽無機膠粘劑，如圖2所示。

另外，我國東漢時期，人們在制作棺木的過程中使用糯米漿糊對棺木進行密封，再加上防腐劑的使用，達到了很好的防腐作用，在馬王堆出土的古尸被發(fā)現(xiàn)時其關節(jié)和肌肉仍然保持了一定的彈性。由此可見中國古代膠結(jié)技術是十分高超的。到了20世紀初，人們發(fā)明了合成酚醛樹脂，推動了膠粘劑進一步的發(fā)展。隨著科學技術的不斷進步，膠粘劑的使用領域也在不斷的擴大，它已經(jīng)成為了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的技術之一。

目前，我國已經(jīng)有百余家較大規(guī)模的建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑生產(chǎn)企業(yè)，建筑結(jié)構(gòu)膠的生產(chǎn)技術、種類以及規(guī)范標準等都得到了很好的完善和發(fā)展，同時建筑結(jié)構(gòu)膠的使用范圍也在不斷的擴大，包括建筑加固、橋梁、公路修造、飛機跑道、水利工程、隧道、港口碼頭加固、地下工程等各個方面[3]。室溫固化多官能團環(huán)氧樹脂、改性脂肪胺/脂環(huán)族固化劑、互聯(lián)網(wǎng)絡合成技術的應用和發(fā)展，尤其是納米材料的使用，改善了建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的性能，建筑結(jié)構(gòu)膠的應用如圖3所示。

2 建筑結(jié)構(gòu)膠的種類和性能

根據(jù)膠粘劑的基體樹脂的類型可以將建筑結(jié)構(gòu)膠分為環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯以及硅酮結(jié)構(gòu)膠。

（1）環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠俗稱萬能膠，它的種類很多，其中使用最多的是雙酚A醚型環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠。它是環(huán)氧烷與二酚基丙烷在堿性條件下通過縮聚反應生成的，然后加入一定量的固化劑，在特定的條件下，可以固化生成網(wǎng)狀的固化物，使得兩種物質(zhì)能夠堅固的粘接起來。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠有很多優(yōu)點：①具有很高的粘接強度，能夠與大多數(shù)的材料進行粘接，同時還能夠使用不同種類的固化劑在加溫或者室溫條件下固化;②環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠不含有溶劑，所以可以在接觸壓力下固化，其反應過程中不會生成小分子，收縮率較小[4];③環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠固化后的產(chǎn)物還具有優(yōu)良的電絕緣性、耐油性、耐腐蝕性和耐水性。除此之外，絕大多數(shù)高分子材料和填料與環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠地混溶性都較好，這更加利于改性。當然，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠也存在一定的缺陷：①當不添加增韌劑時，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的固化物通常偏脆，其抗沖擊、抗開裂、抗剝離性能較差;②環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠與極性小的分子以及油性金屬的粘接能力較差，如聚丙烯、聚乙烯分子等;③環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠存在一定程度的刺激性和毒性，所以在使用時要注意防護、保持通風;④環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠固化時會放出熱量，其耐候性不太理想。其化學結(jié)構(gòu)如圖4所示。

（2）聚氨酯結(jié)構(gòu)膠是由軟、硬段合成的嵌段共聚物。其中，軟段分子使其具有良好的耐疲勞性和耐沖擊性;硬段分子使其具有良好的耐熱性能，剝離、剪切性能。根據(jù)分子軟段和硬段的不同組成比例，可以制得符合不同使用要求的聚氨酯結(jié)構(gòu)膠。聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的優(yōu)點：能與多種基材進行良好的粘接，具有優(yōu)良的粘接性能、穩(wěn)定性能，粘合工藝相對簡單;此外，其韌性可以進行調(diào)節(jié)。缺點：其毒性較大，固化時間較長，耐高溫性能較差;與環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠相比，其粘接性能相對較差。此外，聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的保存期較短[5]。

（3）聚丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠可以分成兩類：一是非反應型結(jié)構(gòu)膠，它是一種熱塑性聚丙烯酸酯，或者是某些單體與丙烯酸酯的共聚物。還有一種則是膠過程由化學反應而固化，這類是反應型的聚丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠。非反應型聚丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠中比較典型的就是氰基丙烯酸系列結(jié)構(gòu)膠，通常也被稱作萬能膠，生活中常見的502膠、501膠、504膠都是這一系列的。這種類型的結(jié)構(gòu)膠對于非金屬和金屬材料都具有優(yōu)良的粘接強度，能夠應用機械施工和手工，使用起來也十分方便。其缺點是耐熱性、抗沖擊性差，耐水、耐潮性和耐久性也相對較差，并且這類膠粘劑只能在70～80℃條件下使用。此外，因為它的固化速度過快，無法形成大面積的粘接，并且對人體黏膜也會造成一定的傷害，不能長時間存儲，保存期半年左右。而反應型的聚丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的優(yōu)點：剪切強度高，抗剝離強度高，抗沖擊性能好;其缺點：較脆，有刺激性氣味，有一定程度的毒性，耐溫性較差，耐溶劑性能較低。

（4）硅酮主要是由二氧化硅和聚二甲基硅氧烷等組成的[6]。硅酮結(jié)構(gòu)膠可以憑借空氣中的水分進行固化，從而獲得性能優(yōu)良耐用的膠粘劑，其具有很高的模量和彈性。硅酮結(jié)構(gòu)膠具有較高的拉伸強度，優(yōu)良的粘接強度，并且其耐潮性、耐候性十分優(yōu)良，耐溫性和抗臭氧、抗震性等性能良好，可以與絕大對多數(shù)的材料進行良好的粘接，具有很高的應用價值。不同種類結(jié)構(gòu)膠的性能如表1所示。

3 建筑結(jié)構(gòu)膠的選用

由于不同材料的化學和物理性能不同，所以材料之間的粘接力也不同，因此在選擇結(jié)構(gòu)膠時，要盡可能地與建筑材料相適應;同時在進行粘接時，需要對建筑材料進行一定的表面預處理。

在對水泥進行粘接時，通常需要粘接劑可以長時間的防水，同時耐室外熱循環(huán)，耐候。這種情況下我們可以選擇使用環(huán)氧樹脂膠粘劑，也可以使用添加改性劑的水泥灰漿。在進行粘接操作前，需要對粘接物表面進行充分的清潔處理，確保粘接物表面沒有污染物[7]。在對石材進行粘接時，通常可以選用環(huán)氧樹脂膠粘劑或者不飽和聚酯膠類。使用不飽和聚酯樹脂搭配引發(fā)劑、促進劑以及其他材料制成的結(jié)構(gòu)膠，能夠?qū)κ倪M行定位和修補。作為結(jié)構(gòu)承載用膠粘劑的干掛膠在使用到石材粘接時，主要起到結(jié)構(gòu)性支撐和固定的作用，其粘接強度較大。它的樹脂通常是環(huán)氧樹脂，在對超薄的石材復合板進行粘接時，通常選用改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠。由于不飽和樹脂的耐堿、耐水性差，耐紫外老化性差，遇水遇光會發(fā)生開裂、變色、翹起等問題，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸不使用這類膠粘劑了，改性環(huán)氧樹脂已經(jīng)逐漸取代這類樹脂，被廣泛的應用于建筑工程等各個領域。

眾所周知，在石材的粘接中，環(huán)氧樹脂等樹脂的有效壽命大約50年，但是石頭的壽命幾乎是無限的，所以每隔30年左右就應該對其進行拆除、檢修[8]。同樣在粘接前，需要對材料的表面進行徹底的清潔，石材的粗糙背面能夠提升其粘接性能。在對玻璃材料進行粘接時，應該考慮到與其他建筑材料相比，其膨脹系數(shù)的差異，所以為了防止玻璃破裂，在選用結(jié)構(gòu)膠時要求其具有足夠的彈性，我們通常會選用硅酮膠粘劑。這種類型的膠粘劑斷裂伸長率達到了200%，對其進行長時間的拉伸實驗，結(jié)果表明其破壞伸長率也達到了25%～40%。此外，聚氨酯、環(huán)氧樹脂等膠粘劑也比較適合用于玻璃材料的粘接[9-10]。在對其進行粘接操作前，需要對玻璃材料表面進行充分的清潔，某些時候還需要使用硅烷對其表面進行涂層。在對木材進行粘接時，由于木材在吸濕和干燥的過程中會發(fā)生膨脹和收縮，在選用結(jié)構(gòu)膠時，必須確保其具有一定的柔韌性，通?？梢允褂镁郯滨ソY(jié)構(gòu)膠、丙烯酸結(jié)構(gòu)膠、環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠等進行粘接。在對金屬材料進行粘接時，通常會有限選擇環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠來進行粘接，在粘接前對金屬材料表面進行清潔處理，可與表面化學處理方法進行結(jié)合。在對塑料和增強塑料進行粘接時，通?？梢赃x用聚丙烯酸酯、聚氨酯膠粘劑進行粘接，偶爾也會使用特殊的溶劑型膠粘劑，例如在對PVC與其配件進行粘接時就會用到這類膠粘劑。在對碳纖維增強膠接材料進行粘接時通常選用環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠。

4 結(jié)語

我國建筑行業(yè)發(fā)展迅猛，對建筑的質(zhì)量要求和美觀要求也在不斷提升，這也對建筑結(jié)構(gòu)膠的各項性能有了許多新的要求，建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的發(fā)展方向逐漸趨于高性能化、專門化、功能化。隨著現(xiàn)代社會的可持續(xù)發(fā)展的要求，以及生態(tài)文明建設和節(jié)能環(huán)保的建設理念，建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的主流產(chǎn)品逐漸被水基型、熱熔型、無溶劑型、對環(huán)境友好安全無毒的結(jié)構(gòu)膠所取代。隨著建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑使用的越來越廣泛，需要一套完整的統(tǒng)一的檢測方法和技術，這樣才能夠使得整個行業(yè)更加健康的發(fā)展，對社會起到更加積極的作用。

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