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  结构胶的正确应用与详解,结构胶使用中常见问题分析



 结构胶是强度高,能承受较大荷载,且耐老化、耐疲劳、耐腐蚀,在预期寿命内性能稳定,适用于承受结构件粘结的胶粘剂。主要用于金属、陶瓷、塑料、橡胶、木材等同种材料或者不同种材料之间的粘结,可部分代替焊接、铆接、螺栓连接等传统连接形式。硅酮结构密封胶是全隐或半隐框玻璃幕墙中使用的关键材料,通过连接板材与金属构架,承受风荷载及玻璃的自重荷载,直接关系到建筑幕墙结构的耐久性及安全性,是玻璃幕墙安全性的关键环节之一。它是以线型聚硅氧烷为主要原料的结构密封胶,在固化过程中,交联剂与基聚合物反应形成具有三维立体网状结构的弹性材料。


工程结构加固的可靠性,虽然取决于设计、施工、监理、检验检测、以及加固材料的应用等诸多因素,而加固工程中的材料应用,结构胶这种粘接材料的应用往往决定着加固效果及结构安全。


    一、结构胶按粘结的基材分类

    1、混凝土基。也就是说,将对混凝土构件进行加固的结构胶。

    2、砌体基。将应用于对砌体构件进行加固的结构胶。

    3、钢基。将应用于对钢构件进行加固的结构胶。

    4、木材基。将应用于对木构件进行加固的结构胶。

    二、结构胶按温湿度分类

    1、室温固化型(Ⅰ类)。适用于温度-45℃~65℃的现场固化条件。

    2、低温固化型(Ⅱ类)。适用于温度-45℃~95℃的现场固化条件。

    3、高湿面(水下)固化型(Ⅲ)。适用于温度-45℃~125℃的现场固化条件。

    应当引起注意的是,国内结构胶生产厂家已有中、高温结构加固胶的研制,而国家标准《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB50728-2011)中未包括中高温结构胶的检测及材料安全性鉴定标准,虽说近几年来有工程表明在中高温环境中的加固成功案例,但仅是基于生产厂家或施工单位的个例,因此,对中高温环境的结构胶应用,还有待更充分的科学试验数据与实践经验去完善。

   三、结构胶按使用年限分类

    结构胶的使用年限,在一定范围内,是可以根据其所采用的主粘料、固化剂、改性材和其他添加剂进行设计的。目前加固常用的结构胶,一般是按30年使用年限设计。因此,在进行加固设计与施工中,对建筑加固后的后续使用超过30年的,应设计说明中要求结构胶通过专项检验与鉴定,并应出具“可安全工作50年”的质量保证书。

    特别强调:   


    四、按使用用途分类

    1、在不同基材上用于粘贴钢、复合纤维材料的结构胶。

    2、在不同基材上种植钢筋、锚杆、化学螺栓等的结构胶。

    3、在混凝土、砌体构件上进行裂缝压注的胶。

    4、承重结构新旧混凝土结合面处为提高其粘结强度用的界面剂和底胶。

    5、用于修补被粘贴物表面细小缺陷、局部找平用的结构修补胶。

    6、其他用途。

    五、用于各类基材的结构胶基本性能指标详述

    1、以混凝土为基材、粘贴钢材的结构胶

2、以混凝土为基材,粘贴纤维复合材料的结构胶

3、以混凝土为基材,锚固用的结构胶

4、以混凝土为基材,长期使用的结构胶

5、以混凝土为基材,结构胶耐介质侵蚀性能的标准

6、以砌体为基材的结构胶

   根据国家标准《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB50728-2011)的规定,以钢筋混凝土为面层的组合砌体构件,其结构胶的应用应按混凝土基材的结构胶进行安全性鉴定,也就是说,用于以混凝土基材的加固结构胶,可以用于砌体加固。但是,以素砌体为基材,要粘贴金刚板、纤维复合材料及种植钢筋、螺杆和化学锚栓的结构胶,其结构胶可以采用按以混凝土为基材相应用途的B级胶而不一定非要采用A级胶。

7、以钢为基材,粘贴钢加固的结构胶

8、以钢为基材,粘贴复合纤维材料的结构胶

9、以钢材为基材的结构胶耐久性检测标准

10、木材与木材粘结的结构胶

11、混凝土裂缝修复胶

12、底胶

对于设计中要求使用的底胶的检验主要基于以下四个方面。

13、对于Ⅰ类结构的工艺性能鉴定标准

14、在结构设计中,当确实需要采用快固结结构胶时,其性能指标应满足如下标准。

注:1) 快固结构胶系指在16℃~25℃环境中,其固化时间不超过45min的胶粘剂,且应按A级的要求采用;
    2) 检验抗剪强度标准值时,取强度保证率为95%;置信水平为0.90,试件数量不应少于15个;

    3 )当快固结构胶用于锚栓连接时,不需做钢片单剪法的抗剪强度检验。



六、加固设计中,关于结构胶应用的强制性条文
1、《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013第4.4.2 承重结构用的胶粘剂,必须进行粘结抗剪强度检验。检验时,其粘结抗剪强度标准值,应根据置信水平为0.90、保证率为95%的要求确定。

2、《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013第4.4.4 承重结构加固工程中严禁使用不饱和聚酯树脂和醇酸树脂作为胶粘剂。

3、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011

4、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011

5、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011

6、《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728-2011

7、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB50550-2010第4.4.1 加固工程使用的结构胶粘剂,应按工程用量一次进场到位。结构胶粘剂进场时,施工单位应会同监理人员对其品种、级别、批号、包装、中文标志、产品合格证、出厂日期、出厂检验报告等进行检查;同时,应对其钢-钢拉伸抗剪强度、钢-混凝土正拉粘结强度和耐湿热老化性能等三项重要性能指标以及该胶粘剂不挥发物含量进行见证取样复验;对抗震设防烈度为7度及7度以上地区建筑加固用的粘钢和粘贴纤维复合材的结构胶粘剂,尚应进行抗冲击剥离能力的见证取样复验;所有复验结果均须符合现行国家标准《混凝土结构加固设计规范》 GB 50367及本规范的要求。

    检验数量:按进场批次,每批号见证取样3件,每件每组分称取500g,并按相同组分予以混匀后送独立检验机构复检。检验时,每一项目每批次的样品制作一组试件。
    检验方法:在确认产品批号、包装及中文标志完整的前提下,检查产品合格证、出厂日期、出厂检验报告、进场见证复验报告,以及抗冲击剥离试件破坏后的残件。

8、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB50550-2010第4.4.5 加固工程中,严禁使用下列结构胶粘剂产品:
    1)过期或出厂日期不明;
    2)包装破损、批号涂毁或中文标志、产品使用说明书为复印件;
    3)掺有挥发性溶剂或非反应性稀释剂;
    4)固化剂主成分不明或固化剂主成分为乙二胺;
    5)游离甲醛含量超标;
    6)以“植筋-粘钢两用胶”命名。
    注:过期胶粘剂不得以厂家出具的“质量保证书”为依据而擅自延长其使用期限。

9、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB50550-2010第4.9.2 结构界面胶(剂)应一次进场到位。进场时,应对其品种、型号、批号、包装、中文标志、出厂日期、产品合格证、出厂检验报告等进行检查,并应对下列项目进行见证抽样复验:
    1)与混凝土的正拉粘结强度及其破坏形式;
    2)剪切粘结强度及其破坏形式;
    3)耐湿热老化性能现场快速复验。
    复验结果必须分别符合本规范附录E、附录S及附录J的规定。
    注:结构界面胶(剂)耐湿热老化快速复验,应采用本规范附录S规定的剪切试件进行试验与评定。
    检查数量:按进场批次,每批见证抽取3件;从每件中取出一定数量界面胶(剂)经混匀后,为每一复验项目制作5个试件进行复验。
    检验方法:在确认产品包装及中文标志完整的前提下,检查产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告。

10、《木结构设计规范》GB 50005-2003第3.3.1条,


11、《砌体结构加固设计规范》GB50702-2011第4.6.1 砌体加固工程用的结构胶粘剂,应采用B级胶。使用前,必须进行安全性能检验。检验时,其粘结抗剪强度标准值应根据置信水平C为0.90、保证率为95%的要求确定。

12、《砌体结构加固设计规范》GB50702-2011第4.6.2 浸渍、粘结纤维复合材的胶粘剂及粘贴钢板、型钢的胶粘剂必须采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂,其安全性能指标必须符合现行国家标准《混凝土结构加固设计规范》GB 50367规定的对B级胶的要求。承重结构加固工程中不得使用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等胶粘剂。

13、《砌体结构加固设计规范》GB50702-2011第4.6.3 种植后锚固件的胶粘剂,必须采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂,其安全性能指标必须符合现行国家标准《混凝土结构加固设计规范》GB 50367的规定。在承重结构的后锚固工程中,不得使用水泥卷及其他水泥基锚固剂。种植锚固件的结构胶粘剂,其填料必须在工厂制胶时添加,严禁在施工现场掺入。


       由于硅酮胶分子结构中的Si—O键键能在常见化学键中的键能较大(Si-O具体理化性质:键长0.164±0.003nm,热离解能460.5J/mol。明显高于C-O 358J/mol,C-C 304J/mol,Si-C318.2J/mol),相比于其他密封胶(如聚氨酯、丙烯酸、聚硫密封胶等)而言,耐紫外光和耐大气老化能力较强,在各种天气环境中能保持30年不龟裂,不变质,在广阔的温度范围内具有±50%抗形变位移能力。



      但是,随着硅酮结构密封胶使用量的增加,在实际应用中会出现各种各样的问题,诸如:B组分有颗粒结块粉化现象、B组分有离析分层现象、压盘压不下去或翻胶现象、打胶机出胶速度慢、蝴蝶片胶体有颗粒、表干拉断时间太快或太慢、胶体出现结皮或硫化现象、打胶过程中出现“花胶”、胶体不能正常固化、固化几天后粘手、固化后硬度不正常、与基材粘结表面有针状气孔、胶内夹有气泡、与基材粘结不良、与附件不相容等等。下面,我们将针对结构胶服务过程中出现的几种常见问题,来分析其可能出现的原因,并给出相应的解决思路,期望为实际问题分析提供参考。


 2,结构胶服务常见问题分析

2.1B组分有颗粒结块粉化现象

       如果B组分出现颗粒结块粉化现象,原因有两个:一是使用前上层已出现该种现象,这是由于包装密封不好,B组分中的的交联剂或偶联剂均为活性化合物,易于空气中的水气发生反应,该批次应退回生产厂家。二是在使用过程中停机,再次开机时出现颗粒结块粉化现象,说明打胶机的压盘与胶料的密封欠佳,应与设备方联系解决问题。


2.2 打胶机出胶速度慢

       产品在初次使用时,打胶机打胶过程中出现出胶速度过慢的现象,可能原因有三个:⑴A组分流动性差,⑵压盘过大,⑶气源压力不够。当确定是原因⑴或原因⑶时,我们可以通过调整胶枪压力来解决;当确定是第⑵种原因时,订购相匹配口径桶可以使问题得到解决。在正常使用过程中若出胶速度变慢时,则可能是混合芯和过滤网被堵塞,一旦发现,就需要及时清理设备。


2.3 拉断时间太快或太慢

结构胶的拉断时间是指胶体混合后由膏体变为弹性体的时间,一般每隔5分钟测试一次。影响胶表干固化的因素有三个:


⑴ A、B组分比例等的影响;


⑵温度、湿度(其中温度的影响是主要的);


⑶产品本身的配方有缺陷。


针对原因:


⑴的解决方案是调整配比比例,增加B组分比例可使固化时间缩短,胶层变硬变脆;而降低固化剂比例,会延长固化时间,胶层变软,韧性增强而强度降低。


一般A:B组份的体积比范围在(9~13:1)之间可调整,B组分比例高则反应速度快,拉断时间短,反应过快会影响修整和停枪的时间,过慢则影响胶体全干的时间,拉断时间一般调整在20~60分钟之间,该比例范围固化后胶体性能基本相同。此外,当施工温度过高或过低时,我们可适当降低或提高B组分(固化剂)的比例,从而达到调整胶体表干和固化时间的目的。若是产品本身的问题,则需要更换产品。




2.4 打胶过程中出现“花胶”


花胶是由于A/B组分胶体混合不均匀而产生的,表现为局部有白色条纹。主要原因有:⑴打胶机B组分管道堵塞;⑵静态混合器长时间未清洗;⑶比例尺松动,出胶速度不均匀;⑷换厂家或牌号未调整设备工艺参数;针对原因⑴、⑵,可以通过清洗设备来解决;针对原因⑶,则需要检查比例控制器,并进行适当的调整。




2.5 打胶过程中胶体出现结皮或硫化现象


当双组份胶在混合过程中就发生局部固化时,胶枪打出来的胶就会出现结皮或硫化现象。当固化和出胶速度均无异常,而打出的胶仍有结皮或硫化现象时,则可能是设备停机时间较长,胶枪未清洗或洗枪不够彻底,需要将结皮或硫化胶冲洗干净后后施工。




2.6 胶内夹有气泡


一般而言,胶体本身是没有气泡的,胶体夹有的气泡极可能是运输或施工过程中混入了空气,如:


⑴更换胶桶时排气未排干净;


⑵组分在上机后压盘未压下去,导致排泡不彻底。因此,在使用前排泡要彻底,使用过程中应正确操作打胶机,保证密封从而阻止空气进入。若怀疑产品自身就带有气泡,可以通过蝴蝶试验来进行判断。






2.7 与基材粘结不良


密封胶不是万能胶,因此在实际应用中不能保证与所有基材都粘结良好。随着现在基材表面处理方式和新工艺的多样化,密封胶与基材粘结速度和粘结效果也不同。





结构胶与基材粘结界面破坏的形式有三种,一是内聚破坏,即粘结力>内聚力;二是粘结破坏,即粘结力<内聚力,三是两种破坏形式均有,粘结破坏面积小于等于20%为合格,粘结破坏面积超过20%时为不合格;粘结破坏面积超过20%时都是实际应用中不希望出现的现象。




导致结构胶与基材不粘的原因可能有以下六种:


⑴使用的基材本身就很难粘结,如PP、PE,由于其分子结晶度高、表面张力低,无法与大多数物质形成分子链的扩散和缠结,因而无法在界面形成较强的粘附力;


⑵产品粘结范围窄,只能对部分基材起作用;


⑶养护时间不够。通常双组份结构胶作用后,至少养护3天,而单组份则要养护7天,若养护环境的温湿度偏低,则需延长养护时间。


⑷A、B组分比例不对。用户在使用双组份产品时,一定要严格按照厂家要求的比例调配基胶和固化剂的比例,否则可能在前期固化中出现问题,或使用后期在粘结性、耐候性和耐久性方面出现问题;


⑸未按要求清洗基材。由于基材表面存在的灰尘、污垢及杂质等会阻碍粘结,因此使用前要对其进行严格清洗,以保证结构胶与基材粘结良好。


⑹未按要求涂抹底涂。在铝型材表面使用底涂进行预处理,在缩短粘结时间的同时,还可以提高粘结的耐水性和耐久性。因此在实际工程应用中,我们要正确使用底涂,严格避免由于使用方法不当而引起的脱胶。




2.8 与附件不相容


与附件不相容的原因是密封胶与相接触的附件产生了物理或化学反应,导致的危害有结构胶变色、与基材不粘、结构胶性能下降、结构胶寿命变短等。



3 结论


硅酮结构胶具有高强度、高稳定性、优异的耐老化、耐高温等优异的性能,广泛应用于建筑幕墙的结构粘结方面。但是,在实际应用中由于人为因素和所选基材的问题(不能严格遵守施工规范),对结构胶的性能造成很大的影响,甚至使其失效。因此,施工前应检查玻璃、铝材及附件等的相容性试验和粘结性试验,施工过程中应严格按照各个环节的要求进行,从而实现结构胶的效果,保证工程质量。