用于港工预应力混凝土大管桩HLC—LZ建筑结构胶的研究.pdf

中国科 支 核心期刊 钎 建蟓 用子港工预应力混凝士大管桩 HL C L Z建筑结构胶的研究 王冬 1 , 2 , 3祝烨然 1 , 2 , 3石明建 。 ， 陈国新 z 。 ( 1 南京水利科学研究院， 江苏 南京2 1 1 1 6 1 ； 2 南京瑞迪高新技术有限公司， 江苏 南京2 l l 1 6 1 ； 3 南京市水工新材料工程技术研究中心， 江苏 南京2 1 0 0 2 4 ) 摘要： 选用8 1 6 环氧树脂、 复合改性固 化剂、 助剂、 填料和改性天然植物纤维， 开发出适用于港工 预应力混凝土大管桩梁体分 段预制拼装中使用的H L C L Z 建筑结构胶。 试验结果表明， H L C L Z建筑结构胶涂层厚度为 4 m m时无流挂， 2 5 C 适用期为7 0 m i n ， 1 d 、 1 4 d 抗压强度分别为4 4 4 M P a 、 9 1 9 M P a ， 1 4 d正拉粘结强度为 1 4 2 M P a ， 1 4 d 粘结抗拉强度为 3 9 4 M P a ，性能符合J T S 1 6 7 6 2 0 1 1 ：港口工程后张法预应力混凝土大管桩设计与施工规程 中对混凝土大管桩梁干接头粘结剂的性能要求。 关键词： 港工预应力混凝土； 大管桩； 环氧结构胶 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 0 6 0 0 2 2 - 0 3 Th e r e s e a r c h o f t h e HLC- LZ b u i l d i n g s t r u c t u r a l a d h e s i v e u s e d i n p o r t e n g i n e e r i n g l a r g e d i a m e t e r p o s t t e n s i o n e d p r e s t r e s s c o n c r e t e c y l i n d e r p il e W AN G D o n e ， Z HU Y e r a n ， S H I胁， z 2 f 3 ， C HE N G u o x i n “ 。 ( 1 Na n j i n g H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n j i n g 2 1 1 1 6 1 ， J i a n g s u ， C h i n a ； 2 N a n j i n g R &D Hi g h t e e h C o L t d ， N a n j i n g 2 1 1 1 6 1 ， J i a n g s u ， C h i n a ； 3 N a n j i n g H y d r a u l i c N e w Ma t e r i a l s E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r ， N a n j i n g 2 1 0 0 2 4 ， J i a n g s u ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： C h o o s e s 8 1 6 e p o x y ， c o mp o s i t e m o d i fi e d c u ri n g a g e n t s ， a d d i t i v e s ， p a c k i n g a n d mo d i fi e d n a t u r a l p hn t fi b e r t O d e v e l o p t h e HL C- LZ b u i l d i n g s t r u c t ur al a d h e s i v e ， s u i t a b l e f o r p o r t e n g i n e e rin g l a r g e d i a me t e r po s t t e n s i o n e d p r e s t r e s s c o n c r e t e c y l i n d e r p i l e i n t h e s e c t i o n p r e s t r e s sed a s s e mb l y i n u s e Th e e x p e r i me n t al r e s u l t s s h o we d tha t ： wh e n the t h i c k n e s s o f HLC L Z b u i l d i n g s t r u c t u r a l a dh e s i v e c o a t i n g i s R I O re t h a n 4n u n ， i t h a s n O fl o w h a n g ， t h e a p p l i c a b l e t i me u n d e r 2 5 i s 7 0mi n， 1d c o mp res s i v e s t r e n g t h i s 44 A MPa ， 1 4 d c o mp res s i v e s t r e n g t h i s 9 1 1 MP a， 1 4 d of the b o n d i ng s t r e n g t h i s 1 4 2 MP a ， 1 4 d o f b o n d i n g t e n s i l e s t r e n g t h i s 3 9 4 MPa ， p e r f o r manc e o f HL C- L Z me e t s t h e p e rf o rma n c e r e q u i r e me n t s of d r y j o i n t a d h e s i v e i n s t and a r d J T S 1 6 7 - 6 - - 2 0 1 l P o r t e n g i n e e ri n g t e c hn i c al c ode of d e s i g n an d c o n s t r u c t i o n f o r l arg e d i a me t e r p o s t t e n s i o ne d p res t res s c o n c ret e c y l i n d e r p i l e ” Ke y wo r d s ： por t e n gi n e e ri n g p r e s t r e s s c o n c r e t e ； l arg e d i am e t e r c y l i n d e r p i l e ； e p o x y s t r u c t ura l a d h e s i v e 0 前言 大管桩梁体分段预制拼装中节段梁的连接性能是保证高 桩码头安全可靠运行的关键技术之一。环氧树脂胶是目 前作 为混 凝土 杆件拼装时的 胶接料， 其填充在节段梁与节段梁之 间主要起到润滑、 铆栓和防水作用， 能更好保证构件的整体 性， 并提高构件的抗裂性， 其性能好坏直接影响到预应力混 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 2 - 0 5 ； 修订 日期： 2 0 1 4 一 O 1 1 6 作者简介： 王冬， 女， 1 9 7 3 年生， 黑龙江佳木斯人， 高级工程师， 主要 从事混凝土外加剂研究开发工作。 地址 ： 南京市虎踞关 3 4号 南京水 利科学研究院瑞迪高新技术有限公司， E m a i l ： d w ang n h ri c a 2 2 新型建筑材料 2 0 1 4 6 凝土大管桩连续架梁的 施工进度和质量1】。 港工混凝土大管桩梁干接头环氧树脂胶是一种低黏 度， 能在室温条件下快速固化， 有较高力学强度和耐湿热老 化性能的现场施工建筑胶结剂。目前在大管桩梁体分段预 制拼装中所用的环氧树脂胶存在有如下问题： 夏季暴聚、 易 流淌； 冬季不固 化、 易结晶； 固化剂毒性大、 不能用于潮湿环 境； 固化体力学、 粘结强度不理想等性能缺陷【2 】， 因此， 工程 技术人员对接头环氧树脂胶的性能改良 愿望迫切。 1 设计思路 ， H L C L Z建筑结构胶的设计主要按J T S 1 6 7 6 2 0 l l 港口工程后张法预应力混凝土大管桩设计与施工规程 对 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王冬， 等： 用于港工预应力混凝土大管桩 H L C L Z建筑结构胶的研究 混凝土大管 桩梁干接头粘结剂的性能 要求进行( 见表1 ) 。 表 1 J T s 1 6 7 6 2 O l 1 对混凝土大管桩梁干接头 粘结剂的性能要求 由表1 可见， J l 6 7 卅0 1 1 对粘结剂的使用性能、 施工 性能、 力学、 粘结及抗拉性能都有较高的要求。 分析环氧固化体 组分的 作用： 其中固 化剂对环 氧树脂固 化体环保性能、 耐湿热 老 化性能、 高 强度、 高粘附 力性能 起决定 作用 ； 环氧树 脂对温度 敏感度高， 是环氧固化体低温结晶、 高温易流挂的主要因素； 为 了避免固化体暴聚， 又要实现固化体5 - 6 h 的固化速度， 除应该 注意选择固化速度较慢、 适用期较长、 放热平缓的固化剂外， 还 要依靠促进剂的适当调控来实现； 其它助剂和填料等也是调节 固 化体 柔韧性、 触变性 和体积 稳定性 等性能的 辅 助手段。 因此， 试验设计在环氧树脂、 固化剂和辅助材料的选择上都很重要。 2 试验 2 1 原材料 环氧树脂： 选用环氧树脂 8 1 6 ， 市售， 由双酚A和环氧氯 丙烷制成， 具有低黏度、 抗结晶、 易于操作等特点； 固化剂： 选 用低毒、 无毒的改性低分子聚酰胺固化剂( G 1 ) 、 改性脂肪胺 固化剂( G 2 ) 、 改性脂环胺固化剂( G 3 ) ， 均为市售， 其技术参数 见表2 ； 促进剂D M P 一 3 0 ， 市售； 硅烷偶联剂浸渍改性天然植 物纤维M， 自制； 填料： 水泥、 粉煤灰、 矿粉、 硅粉， 均为市售， 其化学成分及比表面积见表 3 。 表 2 固化剂的技 术参数 固化剂种类 ， ( 胺值 mg g ) ( 1 推荐 0 0 g ， 改性低分子聚酰胺固化剂 ( G1 ) 改性脂肪胺固化剂( G 2 ) 改性脂环胺固化剂 ( G 3 ) 41 5 4 0 3 9 O 1 0 5 0 5 0 o 2 0 3 0 表 3 填料的化学成分及比表面积 2 2 主要试验方法 剂配制的固化体性能见表6 。 抗压强度试验、 拉伸强度试验参照G B T 2 5 6 7 2 o o 8 树 脂浇铸体性能试验方法 进行； 正拉粘结强度试验参照J T S l 6 7 6 2 0 l 1 附录C进行。 3 试验结果与讨论 3 1 固化剂的选择 固化剂的性能对结构胶的工艺性能和力学性能起着核心 作用， 工程中常用的室温固化剂为脂肪胺、 改性脂肪胺和低分 子聚酰胺等。聚酰胺有很多优点， 如大配比量、 放热低、 配方 范围 广、 强 度韧度高 等， 但也 有一 些致命缺点， 如低温黏度大， 室温固化程度低等。现在大多采用改性脂肪胺和聚酰胺复配 来改善综合性能， 但改性脂肪胺价格昂贵， 增加成本。本试验 结合各类固化剂( G 1 一 G 3 ) 的性能特点和工程对胶粘剂的技术 性能的要求， 将固化剂G 1 、 G 2 、 G 3 进行复配， 经优选自 制复配 固化剂G 4 ， 固化剂的复合质量配比见表4 按推荐配比单独 采用固 化剂G l 、 G 2 、 G 3 的固化物性能见表5 ，采用复合固化 表 4 固化剂的复合配比 表 5 采用固化剂G 1 , G 2 、 G 3按推荐配 比配制的固化物性能 项 I= 1 伸 * 曲 M P 特 点 间 ， m i n度咖 P a ， a 度咖 P a 凹 付 注： 室温 ( 2 5 ) 固化时间； 固化 1 4 d 时的测试结果。 NE W BUI L DI NG MAT ER I AL S 2 3 咖 湖 掩 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王冬， 等： 用于港工预应力混凝土大管桩 H L C L Z 建筑结构胶的研究 表 6 采用复合固化剂配制的固化物性能 注 ： 复合 崮化剂用量为环氧 E 5 1 用 量的 5 0 。 由 表 6 可见， 将固化剂 G 1 、 G 2 、 G 3 复合时， 随G 2比例的 增加， 固化物的适用期缩短， 固化速度加快， 正拉粘结强度、 抗 压强度呈升高趋势； 适量掺加G 3 有助于延缓适用期和固化 时间，且正拉粘结强度和抗压强度有所提高，其中较符合 J T S 1 6 7 6 2 0 1 1 对粘结剂的适用期和固化时间要求的比例 为B 1 3 和 B 1 4 。以下试验选用 B 1 4配比， 代号为固化剂 G 4 。 3 2 促进剂用量对固化速度的影响 温度对环氧固化体的固化速度影响很大，在低温和负温 情况下，需 在固 化剂中 适量添加促 进剂 加快胶体的固 化反应 过程， 但促进剂过多固化速度过快， 胶层内部产生应力， 固化 体变脆； 促进剂过少， 会发生固化不完全现象， 固化体性能下 降。D M P 一 3 0是一种常用的固化促进剂，通过改变结构胶中 D M P 一 3 0 的含量， 可获得所需的固化速度， 试验结果见表7 。 表 7 不同温度下促进剂使用掺量确定 注 ： m( 环氧 8 1 6 ) ： m( C u t ) = 2 ： 1 。 从表7 可见， 调节促进剂 D M P 一 3 0的用量可使胶体的操 作时间在一定范围内进行调整。 3 3 填料对环氧树脂胶性能的影响 在室温 2 5 、 m( 环氧8 1 6 ) ： m( G 4 ) = 2 ： 1 条件下， 控制填料 水泥、 粉煤灰、 矿粉、 硅粉以相同成本掺加， 掺量分别为环氧 8 1 6 质量的1 0 0 、 2 0 0 、 1 5 0 、 1 0 ， 观察环氧树脂胶的 流变 性能并测试其适用时间与 1 4 d 抗压强度， 结果见图1 、 图2 。 2 4 新型建筑材料 2 0 1 4 6 水泥 粉煤灰 矿粉 硅粉 填料种类 图 1 不同填料对环氧树脂胶适用时间的影响 l l 5 1 1 O 星1 0 5 噬 1 0 0 出 9 5 9 0 水泥 粉煤灰 矿粉 硅粉 填料种类 图2 不同填料对环氧树脂胶抗压强度的影响 由图 1 、 图2 可见， 不同填料对环氧树脂胶的适用时间影 响不大； 对环氧树脂胶的抗压强度影响较大。其中添加粉煤灰 较添加水泥的1 4 d 抗压强度提高1 6 4 。分析原因应为： 环氧 树脂 胶与 填料之间的 酸碱匹配性能对 环氧 树脂胶的 力学 性能 影响较大， 水泥碱性过强而造成环氧树脂胶强度不高； 而粉煤 灰颗粒较细， 颗粒多呈玻璃微球形表面， 与环氧树脂胶有较好 的浸润性和接触面， 因而使得环氧树脂胶抗压强度明显提高。 3 4 改性天然植物纤维的作用 环氧树脂的 黏度对温度变化非常 敏感，夏 季气 温高 环氧 树脂胶很易发生流淌现象，天然植物纤维在混合料中呈三维 分散存在， 可以 起到加筋抗流淌作用。 但未经处理的天然植物 纤维的吸湿性和较强的极性使其与非极性环氧树脂基体间的 界面 润湿性、 界面粘合性 较差。 界面偶合改性是改变天然植物 纤维复合材料的界面粘合性的主要方法，试验选用硅烷偶联 剂对天然植物纤维M进行化学改性， 试验温度为2 5 ， 纤维 M 、 稀释剂5 0 1 、 固化剂G 4 的用量分别为环氧树脂8 1 6 用量 的l 、 5 和5 0 。性能测试结果见表8 。 表 8 掺加改性纤维对环氧树脂胶性能的影响 ( 下转第 6 3页) 加 0 唇害 旺至 f 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蔡玉斌， 等： 间接测试薄层隔热涂料导热系数的方法 将薄层隔热涂料制成 1 5 0 m m x l 5 0 m m x l 5 m i l l 的涂膜试 板， 涂膜试板共2 块。此试板直接用于导热系数的测试， 测试 1 0 次的平均值为0 0 8 6 6 W ( m K ) 。 2 3 讨论分析 由2 种测试方法的导热系数测试结果对比可以发现， 间 接测试方法与直接测试方法的相对误差分别为 0 7 和 0 9 ， 不同主材的测试结果偏差为0 0 0 0 2 W ( m ， 误差较 小， 测试结果具有很好的一致性。 间 接测试方法克服了 直接法制样周期长、 试板厚度不均 匀等缺陷。在间接测试方法中，主材表面的附着涂层厚度很 薄， 制样过程简单很多， 只需 1 2 次的涂刷即可得到所需涂 膜厚度。 结合前面论及的其它方法测试结果可以看出， 间接测 试方法的偏差较小， 能够反映隔热涂料的导热系数。因此， 采 用间接测试方法测试薄层隔热涂料导热系数是可行的。 3 结论 ( 1 ) 间接测试法测试薄层隔热涂料的导热系数， 制样方法 简单、 周期短， 试板厚度均匀、 无表面裂纹等优点， 验证试验证 明， 间接试验法同样能够测得准确的测试结果。 ( 2 ) 采用导热系数恒定且表面致密的有机玻璃板及P V C 板作为主材， 可以防止涂料涂刷后渗入材料表面， 而无法保证 薄层隔热涂料的厚度， 使测试结果更准确。 ( 3 ) 间接测试方法的成功研制， 为隔热涂料及其它制样比 较复杂的绝热材料的导热系数测试提出了新的途径。 参考文献： 【 1 】 徐蜂， 朱晓波， 王琳 功能性建筑涂料 M 北京： 化学工业出版社， 2 0 05 ： 3 4 0 - 3 41 2 】2 钟乐璇 ， 夏美珍 ， 杨文 佳， 等 双平板法测量建筑保温材 料导热系 数 J 节能与环保 ， 2 0 0 7( 1 1 ) ： 4 1 4 3 【 3 G B T 1 0 2 9 4 -2 0 0 8 ， 绝热 材料稳态热阻及有关特性 的测定 防护 热板法 s 】 【 4 扬世铭传 热学 M 北京 ： 高等教育 出版社 ， 1 9 8 7 【 5 】 钟声玉， 王克克 流体力学和热工理论基础【 M 】 北京： 机械- V , l t, 版社 ， 1 9 8 0 【 6 】 黄锐 塑料工程手册 ( 上) 【 M 】 北京： 机械工业出版社， 2 0 0 0 A ( 上接第 2 4页) 由 表8 可见， 掺入未改性天然植物纤维M可有效增大环氧 树脂胶的触变性， 使抗拉强度提高2 5 ， 但抗压强度略微下降； 掺入经硅烷偶联剂预处理的天然植物纤维M则不仅在触变性 能上有良 好表现， 且抗压、 抗拉强度分别提高了9 - 2 、 5 0 。可 见，改 性天然植物 纤维M与环氧树脂 胶有良 好的界 面浸润状 态， 使 得环 氧树脂 胶的 施 工性、 力学 性能 和韧性 总体 得到提高。 3 5 产品性能 通过以上试验开发的H L C L Z 建筑结构胶，其配合比确 定为： m( 环氧8 1 6 ) ： T , ( 复合改性固化剂G 4 ) ： m( 粉煤灰) ： m( 改 性天然植物纤维M ) = 1 0 ：0 5 ： 2 0 ： O O 1 ， 促进剂根据施工温度情 况适量添加。产品性能按G B 厂 I 2 5 6 7 -2 0 0 8 和J 1 6 7 6 _ 2 0 1 1 进行测试， 结果见表9 。 表 9 H L C L Z建筑结构胶的性能测试结果 由表 9 可见，该产品的性能完全符合J l S 1 6 7 6 _ _ 2 O l 1 对粘结剂的性能要求。 4 结论 ( 1 ) 将不同种类的固化剂合理复配， 可获得使用性能和力 学性能优异的复合固化剂。 ( 2 ) 促进剂 D M P 一 3 0 可以显著缩短环氧胶的固化时间， 使胶 粘剂在气温较低时 也能在规范规定范围内 操作使 用。 ( 3 ) 在控制填料( 水泥、 粉煤灰、 矿粉、 硅粉) 以相同成本掺 加的条件下， 不同填料对环氧树脂胶的适用期影响不大， 但对 胶体的抗压强度影响较大，其中添加粉煤灰的较添加水泥的 环氧胶 1 4 d 抗压强度提高了1 6 4 。 ( 4 ) 添加改性天然植物纤维M与环氧树脂胶有良 好的界 面浸润状态， 使得环氧树脂胶的施工性、 力学性能和韧性等总 体得到提高。 ( 5 ) 性能测试结果表明， H L C L Z 建筑结构胶完全符合 ,I T S 1 6 7 6 _ - 2 0 1 1 对粘结剂的性能要求。 参考文献： 【 1 】 陈礼忠， 金仁兴 预制节段梁拼装中的环氧粘结剂特性分析及施 工运用 J 】 建筑施工 ， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 5 8 2 - 5 8 4 【 2 余锦秀 建筑结构胶的配制与应用叨 桥梁建设， 2 0 0 7 ( 1 ) ： l 4 4 一 A NE W B UI L DI NG MA T E R I AL S 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m