建筑结构胶粘剂的发展和选用
摘 要：建筑结构胶粘剂经过多年的发展已经成为重要的结构粘接材料。本文简述了建筑结构胶粘剂的发展历史、种类以及选用，并展望建筑胶粘剂的发展方向。
关键词：结构胶粘剂 发展历史 种类 选用
中图分类号：TU58 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（b）-0157-02
建筑结构胶粘剂是一种用于承重结构构件粘接且能長期承受设计应力和环境作用的一种接材料。应用于受力部件时，一般要求胶接接头所能承受的应力和被粘物本身的强度相当。剪切强度至少5～8MPa。包括环氧类、聚氨酯、硅酮、丙烯酸酯类结构胶粘剂等。根据Markets and Markets公司预测，住房和基础设施行业对胶粘剂和密封剂的高需求将提高整个建筑胶粘剂的消耗量，2015年—2020年之间复合年增长率约为5.13%，到2020年建筑胶粘剂市场的全球市值估计为105.6亿美元左右。本文将概述建筑结构胶粘剂的发展历史、种类以及选用，并展望建筑结构胶粘剂的发展方向。
1 建筑结构胶粘剂的发展历史
20世纪50～60年代初，环氧树脂结构胶在外国已被应用于公路、桥梁、机场跑道等工程中。70年代，丙烯酸、聚氨酯等各类性能优良的建筑结构胶粘剂相继出现并进入市场。
我国，建筑结构胶粘剂的应用始于20世纪70年代末。1977年，日本产环氧建筑结构胶被应用在武汉钢铁公司的4号高炉扩产改造中的梁柱的补强[1]。此后，武汉钢铁公司、武汉重型机床厂、武汉锅炉厂、武汉长江大桥等也相继使用了美国、瑞士、日本等国家进口的建筑结构胶粘剂。1980年，为了打破国外产品的垄断，原建设部下达了“建筑结构胶研制及应用技术推广”课题，1983年，中科院大连化物所联合辽宁建科院共同研制出我国第一个达到了进口胶的水平环氧建筑结构胶。
目前，我国上规模的建筑结构胶粘剂生产单位已达百余家，回天胶业、北京天山、康达新材、成都硅宝、杭州之江等标杆企业相继诞生，建筑结构胶粘剂的品种、技术以及标准规范等都得到了不断发展和完善。应用领域也不断地扩展，从建筑物加固发展到桥梁、飞机跑道、公路修造、隧道、水利工程、地下工程加固及港口码头加固等方面。改性脂肪胺/脂环族固化剂的研发、多官能团室温固化环氧树脂、低黏度环氧树脂和新的增韧剂、互穿网络合成等技术的发展和应用，特别是纳米材料的引入[2]，使结构胶粘剂的性能有了很大改进。
在技术不断进步的同时，相关技术规范也得到了不断完善，1990年中国工程建设标准化协会发布了《混凝土结构加固技术规范》（CECS25：90），将建筑结构胶纳入其中。2006年国家标准《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2006）的实施，大力推动了结构胶的发展。2010年又推出了《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（GB50550-2010）、《粘钢加固用建筑结构胶》（JG/T271-2010）。2013年又相继推出了《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013）。目前建筑结构胶粘剂已形成从设计、用材、试验方法到施工验收的基本完善的标准规范体系。
2 建筑结构胶粘剂的种类及特性
建筑胶粘剂根据其基体树脂的种类，分为环氧、聚丙烯酸酯、聚氨酯、硅酮结构胶等。
环氧树脂分子结构中含有环氧基团，具有优良的粘接性能、机械性能和化学稳定性，是建筑结构胶粘剂常用的主要原料。环氧结构胶室温下能固化，不仅能够承受高的应力作用，还能起到润滑、填充、密封、抗渗、防止接头腐蚀等作用，在混凝土结构拼接、修补、粘钢及粘贴碳纤维布加固等领域得到了广泛的应用。增韧树脂可以提高其韧性[3，4]，采用双酚A型环氧树脂为主体树脂，可以提高环氧结构胶的耐热性[5]。
聚丙烯酸酯类结构胶基体是由（甲基）丙烯酸酯类单体和其它功能单体共聚而成，粘接性能良好，黏附力强，耐水性优，耐候性佳，保色性好，使用方便[6]。
聚氨酯是由硬、软段组成的嵌段共聚物。硬段分子提供剪切、剥离强度和耐热性能，软段分子提供耐冲击、耐疲劳等特性。调节硬、软段的比例、组成或结构，可制得一系列强度符合不同要求的结构用聚氨酯胶粘剂。
硅酮的主要成分是聚二甲基硅氧烷、二氧化硅等。硅酮结构胶依靠空气中的水分固化，得到优异耐用的高弹性高模量硅酮橡胶。硅酮结构胶粘接力强，拉伸强度大，同时又具有耐候性、防潮、抗臭气及适应冷热变化大、抗震性等特点，能实现大多数建材产品之间的粘合，因此应用价值非常大。
3 建筑结构胶粘剂的选用
材料之间的粘接力与相互粘接材料的物理和化学特性有关，胶粘剂的选择应与建筑材料相适应，并且粘接时，往往需要足够充分的表面预处理。
水泥粘接时，粘结剂要求能够长时间防水、耐候，耐室外热循环，可以选用添加剂改性的水泥灰浆或者环氧树脂胶粘剂。粘接前，首先要对粘接表面进行彻底的清洁处理，除掉表面的污染物。石材粘结时，可采用不饱和聚酯胶类、环氧树脂胶粘剂。不饱和聚酯树脂配以促进剂、引发剂及其它材料制成的胶粘剂，可用于石材的定位、修补等非结构承载粘接。用于石材粘接的干挂胶作为结构承载用胶粘剂，起结构性固定与支撑作用，有较大粘接强度，其主体树脂一般为环氧树脂，超薄石材复合板使用改性环氧树脂胶粘剂。不饱和树脂存在耐紫外线老化性、耐碱耐水性差，遇光遇水会出现变色、开裂、翘起等质量问题，所以目前已不断被改性环氧树脂所取代[7]。在石材的粘接中，石头的寿命几乎是无限的，而环氧树脂最多是50年，所以应该每30年将其拆除一次，或者至少检修一次。粘接前，石头的背面需彻底清洗，粗糙的背面可以提高机械粘接性能。玻璃的膨胀系数与其它建筑材料差异很大，为了避免玻璃破裂，要求所使用的胶粘剂应该具有足够的弹性，因此常用的胶粘剂是硅酮胶粘剂，这类胶粘剂具有200%的断伸长率，长时间的拉伸其破坏伸长率也有25%～40%。适合粘接玻璃的胶粘剂还有环氧树脂、聚氨酯等。粘接前，玻璃表面必须严格清洁，有时需要使用硅烷底涂层。木材在干燥和吸湿时会收缩和膨胀，所使用的胶粘剂也必须具有柔韧性，可以使用环氧树脂、聚氨酯胶粘剂、氰基胶粘剂和丙烯酸胶粘剂进行粘接。金属最佳的粘接胶粘剂是环氧树脂，同样，在粘接前必须对粘接表面进行彻底的清洗，可以结合表面化学处理方法。塑料和增强塑料可以用聚氨酯、聚丙烯酸酯胶粘剂粘接，有时使用特殊的溶剂型胶粘剂，如PVC管道及其配件。碳纤维增强胶接材料的粘接一般采用环氧树脂结构胶[8]。
4 结语
随着对建筑美观和质量要求的不断提高，开发功能化、专门化、高性能的系列胶粘剂，适应不同使用场合的应用是建筑结构胶粘剂的发展方向。为了达到胶粘剂的可持续发展，响应“节能减排”和“生态文明建设”的要求，热熔型、水基型、无溶剂型无毒安全对环境友好的胶粘剂将是市场需求的主流产品。从胶粘剂使用方面，各标准中检测项目、检测方法、技术要求的统一，将有利于整个行业的健康发展。
参考文献
[1]黄莹，张小冬，王思娅，等.建筑结构胶粘剂的发展和展望[J].粘接，2014（2）：83-85.
[2]祝亦霖，李胜安，王玲，等.建筑胶粘剂多功能分散机的研制及应用[J].粘接，2013（10）：40-43.
[3]崔梓杰，于钦萍，王炜.环保型无溶剂建筑结构胶粘剂的研制[J].天津化工，2011，25（1）：37-38.
[4]王志勇，刘学元，谭卫华.GNJ型建筑结构胶粘剂的开发[J].粘接，2007，28（4）：30-31.
[5]彭勃，余益斌，单远铭，等.环氧建筑结构胶的耐热性能研究[J].湖南大学学报：自然科学版，2013，40（9）：25-29.
[6]李峥，徐祖顺，路国红.聚丙烯酸酯乳液胶粘剂在建筑行业的应用[J].中国胶粘剂，2013，23（4）：52-55.
[7]周俊兴.建筑胶粘剂在装饰石材领域中的应用[J].粘接， 2015（5）：86-88.
[8]王洪祚，王颖.加固混凝土构件用碳纤维增强胶粘材料中的界面效应[J].粘接，2011，32（4）：73-76.