碳纤维布加固胶粘剂使用方法

摘要：碳纤维加固混凝土技术是一种新兴的、技术含量很高的加固方法，较传统的加固方法具有明显的技术优势，而配套的胶粘剂质量的好坏是影响碳纤维加固混凝土技术广泛应用的关键因素之一。通过以环氧树脂为主粘材料，丁橡胶为增韧剂及其他材料，研制符合《碳纤维片加固混凝土技术规程》（ CECS 146 ： 2003 ）的技术指标，且具有良好抗疲劳性能和耐老化性能的碳纤维加固用胶粘剂。

关键词：碳纤维胶、

ADHESIVES FOR STRENGTHENING CONCRETE STRUCTURE WITH CFRP

Abstract:The technology of strengthening concrete structure with carbon fiber reinforced polymer （ CFRP ） is one kind of emerging and high-technology reinforcement methods,as compared to traditional reinforcement methods it has obvious technical superiorities.But the quality of adhesives for CFRP is one of key fators that influence the widespread of CFRP. This topic used the epoxy resin as a primary stick and used the nitrile rubber as a plasticizing material and other materials,finally the adhesives for CFRP which conform to the technical idexes of CECS 146:2003,are developed,which have good resistances to fatigue and ageing.

Keywords:carbon fiber reinforced polymer strengthen saturating adhesive primary adhesive putty fill adhesive.

近年来，在新建房屋不断增加的同时，对现有结构的维护和补墙加固也引起了工程界的广泛重视。碳纤维加固混凝土技术较传统的加固方法有明显的技术优势：抗拉强度高、耐腐蚀性能及耐久性好、结构构件自重及体积增加少、便于施工，所以碳纤维加固混凝土技术正逐步被人们所接受。碳纤维加固混凝土技术作为一种新兴的、技术含量较高的加固方法，具有很大的市场前景。碳纤维加固用的建筑结构胶，由底胶、找平胶和面胶三种材料组成，其中，底层树脂〔底胶〕主要用于增强混凝土表层强度，提高混凝土与找平材料或粘结树脂界面的粘结强度；找平材料〔找平胶〕用于填充混凝土表面的空洞、裂缝等，使加固表面平整符合规定要求，并与底层树脂及浸渍树脂具有可靠的粘结强度；浸渍树脂〔面胶〕是粘贴碳纤维的主要粘结材料，可使碳纤维布与混凝土得到充分的站结，使其共同承受结构的作用。三类不同用途的胶粘剂均具有室温固化、粘结强度高、稳定性好等特点。

碳纤维加固用胶粘剂以环氧树脂为主要粘结材料，用丁 腈橡胶 增韧改性，选用能在常温下固化的聚酰胺、改性多元胺作为固化剂，同时根据三类胶粘剂的不同用途，添加偶联剂、触变剂、增粘剂、增塑剂、活性稀释剂和填充料进一步完善胶粘剂的性能。在三类胶粘剂中面胶的质量较为关键，为了使面胶具有优良的性能，通过试验部分确定丁 腈 橡胶、固化剂、偶联剂的具体用量，形成面胶的基本配方。再通过添加触变剂、防老剂、消泡剂等其他材料进一步满足“规程”〔 CECS 146 ： 2003 〕的指标要求。通过疲劳试验、耐老化试验、模似加固试验等验证底胶、找平胶、面胶配套使用综合性能。

1 试验 
试验和养护环境条件：温度〔 23 ± 2 〕℃ 、相对湿度 〔 50 ± 5 〕％，养护 7d 测试强度，图中 1 个点代表一组数据的算术平均值，一组数据由 5 个试件组成。

1.1 主粘结树脂

表 1 碳纤维加固用胶粘剂检测结果

Table 1 Test results of adhesive for strengthening concrete with CFRP

注： 1 〕规程粘结强度指标须不小于被加固混凝土抗拉强度标准值∫ tk 2 〕混凝土发生破坏。

  表 2 材料性能检测统计结果

Table 2 Test statistic results of material performame

注：试件个数为 5 个

表 3 静载荷下试件双盖板搭接的拉伸剪切强度

Table 3 Tensile shear strength of the specimens under static load

表 4 疲劳性能试验结果

Table 4 Test results of fatigue property

表 5 疲劳拉伸后试件伸剪切强度

Table 5 Tensile shear strength of specimens after fatigue tension

从表 3 表 5 的结果可看出， 3 组试件经 200 × 10 6 次拉伸后都没有断裂，拉伸剪切强度只下降了 1.4 ％，据有关资料表明， 0.5~0.6 倍疲劳荷载， 200 × 10 6 次的疲劳强度，相当于 50 年的使用期限，所以， SJN-B 碳纤维加固用胶粘剂具有很好的韧性和抗疲劳性能，能够承受一定的动载荷。 
2 耐老化试验 
按《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速试验方法》〔 GB/T 14522-93 〕规定的荧光紫外线加速试验方法进行面胶的老化试验。成型 10 组正拉粘结试件，其中 5 组常温养护， 5 组进行人工加速老化，经过 2000h 人工加速老化试验后测试正拉粘结强度结果见表 6 。由试验结果发现， 2000h 紫外线加速试验后面胶的正拉粘结强度降低了 7.65 ％，符合“规程”〔 CDCS 146 ： 2003 〕中 2000h 老化后正拉粘结强度降低不**过 10 ％要求。

表 6 面胶 2000h 人工加速老化后正拉粘结强度试验结果

Table 6 Test results of saturating adhesive by manual acceleration ageing of 2000h MPa

3 模拟加固试验 
3.1 对抗折强度的影响 
用模拟小梁进行结构加固试验，测试小梁在粘贴碳纤维步前后抗折强度变化来体现加固效果：成型 40mm × 40mm × 160mm 砂浆块 3 组，每组 3 块试件。取一组标准养护 20d ，再自然养护 8d 进行。作为建筑结构粘结材料用的树脂主要是环氧树脂。环氧树脂具有粘结强度高、收缩率小、耐腐蚀性好等优点，本试验选用 E-51 型环氧树脂。

3.2 液体丁腈橡胶增韧改性 
由于环氧树脂含有许多的苯环或杂环，分子链柔性小，加之固化后的交联结构不易变形，致使未增韧的环氧树脂胶韧性不好，脆性较大，剥离强度很低，不耐冲击振动。所以在使用环氧树脂时，必须对环氧进行增韧处理。试验选用了端羧基丁腈橡胶〔 CTBN 〕进行增韧改性。
用 CTBN 增韧环氧树脂，在固化过程中形成环氧树脂为连续相，丁腈橡胶为粒子状分散相的两相体系，即所谓的“海岛”式两相结构，获得了显着的增韧效果。 CTBN 用量通常为环氧树脂 10 ％ ~20 ％ , 量多则产生固化过程分层现象，粘结强度反而下降，试验结果见图 1 。

3.3 固化剂用量试验

环氧树脂胶粘剂只有在适当的条件下固化后，交联成网状的热固结构，才能体现优异的物理与力学性能，具有各种实用价值。固化剂的种类多，性能各异，综合考虑了碳纤维加固用胶粘剂的使用温度、固化速度、价格等方面的因素，选用了一种由植物油二聚脂肪酸与脂肪族多元胺反应而成的固化剂〔 A 〕，相对分子量 500~9000, 这种固化剂中含有活泼氨基 , 又有较长的脂肪酸碳链 , 能够起到内增塑作用 , 使固化后的环氧树脂有较好的韧性，试验结果见图 2 。结果表明，固化剂 A 用量在环氧树脂用量的 20%~30% 范围时胶粘剂的拉伸剪切强度达到了较高。

3.4 偶联剂用量试验

偶联剂是分子两端含有性质不同的功能性化合物，其一端能与无机物表面反应，另一端则与**物分子反应，以化学键的形式将两种性质大不相同的材料牢固地结合在一起。偶联剂在两种不同物质之间起着桥梁作用，从而改善了表面性质，增加了界面的粘附性，提高了粘接强度、耐水性、耐热性和耐久性。常用添加量为环氧树脂的 3 ％ ~5 ％，量多则适得其反，试验结果见图 3

3.5 其他材料 
配方中还加入了活性稀释剂、触变剂润湿分散剂、阻燃剂、消泡剂、防老剂〔或紫外线吸收剂〕等多种材料来提高胶粘剂的性能。

4 性能试验 
经国家冶金工业工程质量监督总站检测中心检测，碳纤维加固用配套树脂胶粘剂完全符合“规程”〔 CECS 146 ： 2003 〕 「 2 」 的要求，检测结果见表 1 、表 2 。

5 疲劳试验 
在疲劳试验中，采用双盖板搭接试样，测试其拉伸剪切强度。先常温成型 6 组双盖板搭接试件， 7d 后测试 3 组静载荷下拉伸剪切强度，然后确定静载荷强度的 50 ％作为动态疲劳试验的较大荷载，频率为 90Hz ，较大荷载与较小荷载不为 0.1 ，用 AMSLER—10 高频疲劳试验机进行其余 3 组试件 200 × 10 6 次拉伸，测试结果如表 3~ 表 5 抗折试验；另一组在标准养护 20d 后，取出自然干燥 24h 再刷底胶并用面胶粘贴碳纤维布，粘贴面积 25mm × 100mm ，自然养护 7d 后进行抗折试验，具体试验结果见表 7 。