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结构加固用胶粘剂测试技术的评价与探讨

来源:中国胶粘剂网  作者:*  日期:2015-6-17
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  摘要:比较和分析了结构加固用胶粘剂(如碳纤维胶、粘钢胶和植筋锚固胶等)现行标准所规定的检测项目和技术指标,探讨了检测项目(如钢-钢拉伸剪切强度、钢-钢冲击剥离长度、热变形温度、耐疲劳应力作用能力和设计使用年限等)中检测技术对测定结果的影响。最后结合国外检测方法对国内相关检测技术进行了评价。
    关键词:结构加固;胶粘剂;标准;测试技术

  本篇文章内容由[中国幕墙网]编辑部整理发布:

  GB/T 7124—2008 标准相对于GB 50367—2006标准而言,前者将钢片厚度由原来的2 mm 减小到1.6 mm,致使同等条件下的拉伸剪切强度下降,但GB 50367—2013 和GB 50728—2011 标准中的该项技术指标没变,从而对加固胶的该项性能提出了更高的要求。

  综上所述,对于钢-钢拉伸剪切强度的检测,由于制样环节中影响因素较多,需对检测方法进行细化(或者由经验丰富的试验人员进行操作),否则检测结果会有很大的差异。

  3.3 钢-钢冲击剥离长度

  GB 50728—2011 的附录F.4.3 中提出了对钢片表面进行机械喷砂处理的要求,但对砂的材质、粒径及喷砂时的压力均未作出具体要求,而这对碳钢表面的粘接面积会产生直接影响。附录F.4.4中对制样工艺提出“按结构胶使用说明书规定的胶接工艺及设计要求的胶层厚度进行”,而在实际操作过程中,结构胶配制完成后是否充分搅拌、搅拌时间长短均会对粘接后的试片性能产生影响。同时针对F.4.4中提到“若有关各方同意,允许采用快速固化养护法”(即将试片在高温下进行养护以缩短时间),但有关研究结果表明,加热处理(词条“热处理”由行业大百科提供)后的试片粘接效果要优于常温固化后的试片。

  由于相关标准中对具体的试验环节规定不够详尽,致使人为因素对样品制备乃至最终结果的判定产生不容忽视的影响,故针对该项指标的检测方法有必要进行修订。

  3.4 热变形温度

  热变形温度是高分子材料(或聚合物)达到规定形变时所对应的温度(施加一定的负荷,并以一定的速率升温),也是衡量材料耐热性优劣的指标之一。对加固胶热变形温度的测试方法,参照的标准为GB/T 1634.2—2004 标准[25]。GB 50728—2011规定加固胶的固化、养护时间为21 d,试样尺寸参照GB/T 1634.2—2004 为80 mm×10 mm×4 mm;JG/T166—2004 规定的固化及养护条件为“(23±2)℃固化7 d→60 ℃固化2 h”,试样尺寸为120 mm×15 mm×10 mm。不同标准对热变形温度的固化、养护条件及尺寸要求存在较大的差异。GB 50728—2011 由于没有对固化、养护条件作出具体规定,原则上在(23±2)℃时进行养护,但(23±2)℃养护时,热变形温度普遍为50~60 ℃,达不到GB 50728—2011的要求(A级≥65 ℃,B级≥60 ℃);若按“(23±2)℃固化7 d→60 ℃/固化2 h”进行养护时,多数样品的热变形温度会相应提升。

  因此,热变形温度的固化和养护条件从一定程度上会影响最终的测试结果。研究结果表明:按照(23±2)℃条件进行养护,则GB 50728—2011 通过指标设定过高;按照“(23±2)℃固化7 d→60 ℃固化2 h”条件进行养护,则JG/T 166—2004 规定的指标过低。因此,建议对相关标准进行协调和统一,并使检测方法能够一致,以有利于标准的运用和执行。

  3.5 耐疲劳应力作用能力

  GB 50728—2011 标准中对耐疲劳应力作用能力的检测条件作出“室温时,经频率为5 Hz、应力比(词条“应力比”由行业大百科提供)为5∶1.5 和最大应力为4.0 MPa 的疲劳荷载作用后进行钢-钢拉伸剪切试验”的规定,而其测定次数为2 000 000次,附录M.3.2规定试件数目至少为25个,检验周期为116 d。此外,附录M.1.2规定“采用本方法测定胶粘剂拉伸剪切疲劳强度时,其频率可根据用户的要求确定”(可以理解为如果用户要求提高频率,检测周期可以相应缩短),但该方法的前提是针对大量厂家的胶粘剂分别进行不同频率的疲劳试验,并且能得到很好的测试结果。另外,由于采用的钢-钢拉伸剪切试片在制样过程中,制样工艺对测试结果影响过大,故该测试方法值得商榷。

  3.6 设计使用年限

  GB 50728—2011附录4.2.2中有“对设计使用年限为30 a的结构胶,应通过耐湿热老化能力的检验;对设计使用年限为50 a的结构胶,应通过耐湿热老化能力和耐长期应力作用能力的检验”的规定。在制订说明4.1.3 中有“目前加固常用的结构胶,一般是按30 a使用年限设计的”和“为了保证新建工程使用结构胶的安全,凡通过该专项鉴定的结构胶,在供应时均应出具可安全工作50 a的质量保证书,并承担相应的法律责任”规定。

  以EP为主剂的加固胶是高分子链结构中含有2个(或2个以上)环氧基团的高分子化合物,属于热固性树脂。在服役过程中,高分子链结构不可避免受光、热、水、氧、各种介质(盐雾、碱等)和微生物等多种因素的影响与作用,致使材料发生劣化,造成其力学性能下降,甚至发生破坏,进而造成材料的功能性失效[26-27]。高分子材料的耐久性一直是科学研究领域的热点和难点,老化机制的不确定性与使用环境的复杂性决定了建立实验室与自然环境下老化时间的关联性非常困难。

  本研究认为,检验耐湿热老化能力和耐长期应力作用能力对于评价加固胶的耐久性很有必要;然而,以此来判定结构胶的设计使用年限则违背了高分子材料本身的特性规律,进而以此来要求生产企业提供“可安全工作50年”的质量保证书更缺乏合理性。

  4. 结语

  (1)现行加固胶的国标与行标之间缺乏协调,表现为检验项目不统一,行标的技术指标普遍相当于国标B级的要求,这种现象不利于行标的执行,并且有悖于标准编制的基本原则。

  (2)对碳纤维胶的粘接性能评价过多选择钢-钢的粘接性能,以此来考察碳纤维胶的粘接性能与实际应用不符。针对粘钢胶,国标和行标对冻融循环的检测规定条件差异较大。针对锚固胶,行标未对胶体性能提出要求,在疲劳试验的试验方法上,国标和行标试验方法完全不同。

  (3)相较于橡胶模具,钢模具更有利于胶体性能的提高;钢片表面处理方式、喷砂的目数、压力、胶样搅拌时间和环境温湿度等,都会对测试结果产生影响;现行标准中钢-钢冲击剥离长度、热变形温度、耐疲劳应力作用能力和使用年限等项目,在检测过程中发现存在问题。

  (4)现行结构加固胶的标准在检测方法上的不细致、检测项目选择上的不统一以及技术参数上的不合理,给生产厂家、设计单位及检测机构都带来了极大困惑。针对现行结构加固胶的测试技术进行了评价,并结合日常检测工作提出了相应看法,供行业内专家进行探讨,旨在提升标准制定的科学性和合理性,促进加固胶行业的健康发展。

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