桥面覆层用弹性环氧胶黏剂研究.doc
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1、桥面覆层用弹性环氧胶黏剂研究 学校代号:学 号:密 级:公开湖南大学硕士学位论文桥面覆层用弹性环氧胶黏剂的研究学位申请人姓名: 冯李迨窒握窒旦塑 三生主旦至目论文辩论日期: 年月日. ,湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要奉献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承当。作者签名:日期:口】;年岁月箩日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保存、使用学位论文的规定,同意学
2、校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或局部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于、保密口,在 年解密后适用本授权书。、不保密讲请在以上相应方框内打“、/作者签名: 厂月劣日吗夸日期:口哆年导师签名岁月万日日期:口桥面覆层用弹性环氧胶黏剂的研究摘要桥面弹性环氧覆层是一种新型的桥面铺装技术,其材料由双组分弹性环氧胶黏剂再加上防滑耐磨骨料组成。由于环氧树脂胶黏剂具有良好的力学性能及耐候性,与水泥混凝土、骨料、钢板等基材粘结性能良好,因此,环氧覆层不仅具有减少铺装层
3、厚度及荷载,防滑耐磨、抗裂等性能,还可对桥面起到防水、防氯离子渗透等保护功能。目前,该项技术在国外已有成功的工程应用,但在国内尚处于起步阶段,环氧覆层铺装材料还需进口。为了改变这一现状,本文通过研究环氧树脂、增韧剂、稀释剂和固化剂的影响,对原材料进行了优选;通过对固化体系的配方优化,开发了一种桥面覆层用弹性环氧胶粘剂,同时制定了相应的施工工艺,并将其应用于实际工程中。研究结果说明:高柔性环氧树脂的固化产物具有高断裂伸长率与低弹性模量的特点,表现出弹性体的性状。虽然柔韧性能很好,但是其力学强度很差,加之其来源少,本钱较高,故不宜采用。双酚型环氧树脂、以及双酚型环氧树脂的固化产物拉伸性能相差不大,
4、虽然其柔韧性能稍差,但是其力学强度优异,且可使用其他手段对其柔韧性能加以改善,所以适宜于弹性环氧胶黏剂。综合考虑性能和本钱等因素,弹性环氧胶粘剂选用和的复配体系更为适宜。增韧剂均能在不同程度上提高固化产物的柔韧性能,表现为断裂伸长率增加,弹性模量下降。改性聚氨酯和端环氧基反响型液态丁腈橡胶虽然能够保持较好的抗拉强度,但是其柔韧性能明显缺乏,故不宜选用。自制反响型长链脂肪族增韧剂与含端巯基液态聚硫橡胶均能显著提升弹性环氧胶黏剂的柔韧性能,适宜于弹性环氧的增韧。综合比拟和的抗拉强度与柔韧性能可知,优于,且气味小,应选择对弹性环氧体系进行增韧更为适宜。稀释剂都可以在不同程度上降低环氧体系的粘度,其中
5、单环氧稀释剂的稀释效果最好,但是会较大程度地降低固化产物的力学强度。环氧官能度较高的双环氧稀释剂与三环氧稀释剂对固化产物的力学强度的影响较小。稀释剂分子链段的长短与官能团的差异也会显著影响弹性环氧胶黏剂的性能。三环氧稀释剂能较好的保持环氧固化产物的抗拉强度与柔韧性能,适合用于环氧体系的稀释。不同固化剂体系的力学性能有明显的差异,在相同固化剂,不同固化条件下,固化产物的力学性能也呈现出明显的差异。韧性酚醛胺固化剂表现出良好的抗拉强度,聚醚胺系固化剂表现出良好的柔韧性能。但是单一的固化剂均不能满足桥面覆层对弹性环氧性能的要求,故本研究对固化剂进行了复配实验。结果说明和的复配体系的综合性能最为优异,
6、选择其作为固化剂较为适宜。硕士学位论文在上述研究根底上,根据工程实际要求,本文研究制得了一种适用于桥面铺装的环氧覆层材料,提出了相应的施工工艺,并将其应用于实际桥梁工程中的铺装,工程实践说明该施工工艺简便可行。现场测试结果说明,环氧覆层在不增加桥面荷载的情况下,与混凝土基材粘接牢固,且表现出优异的防滑耐磨性能,达到了预期的效果。经过半年通车后,桥面环氧覆层无脱层、坑洞、开裂等现象产生,运行状况良好。关键词:环氧覆层;环氧树脂;增韧剂:稀释剂:固化剂;配方优化桥面覆层用弹性环氧胶黏剂的研究. . ,.?,., ,. ,.:, ., . ,、,., , ,.,. ,;,. .,坝士字位论文 ,.
7、, . . . .,. ,.? ,. ., ., . , , ,., .,.: :; ;桥面覆层用弹性环氧胶黏剂的研究目 录学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书?摘要?.、,插图索引?附表索引?一第章绪论.环氧胶黏剂概述?.弹性环氧胶黏剂研究概况.环氧覆层研究概况.环氧覆层概述?.环氧覆层国外研究现状?.环氧覆层国内研究现状?.本文的研究意义及内容?.本文的研究意义.本文的研究内容第章试验原材料及试验方法?.试验原材料.环氧树脂?.增韧剂.稀释剂. .固化剂.试验方法?.试验仪器与设备.测试工程及相应标准.树脂浇铸体力学性能试验?.树脂浇铸体物理性能试验?.树脂浇铸体工作性能试验?.第章
8、环氧树脂的选择?.环氧树脂对弹性环氧胶黏剂拉伸性能的影响?.坝士学位论文第章增韧剂的选择.增韧剂对弹性环氧胶黏剂拉伸性能的影响?.长链脂肪族增韧剂对拉伸性能的影响?.聚硫橡胶对拉伸性能的影响.改性聚氨酯对拉伸性能的影响?.端环氧基反响型丁腈橡胶对拉伸性能的影响.四种增韧剂的优选?.本章小结?第章稀释剂的选择.稀释剂对环氧树脂粘度的影响?.稀释剂对弹性环氧胶黏剂拉伸性能的影响?.稀释剂对抗拉强度的影响?.稀释剂对断裂伸长率的影响.稀释剂对弹性模量的影响?.本章小结?第章固化剂的选择一.固化剂对弹性环氧胶黏剂拉伸性能的影响?.固化剂种类对抗拉强度的影响?一.固化剂种类对断裂伸长率的影响?一.固化剂
9、种类对弹性模量的影响?一.不同固化条件对弹性环氧胶黏剂性能的影响.固化剂的复配实验?.本章小结一第章桥面覆层的应用研究.环氧胶黏剂的配方优选?.骨料的选择.桥面环氧覆层的综合性能.桥面环氧覆层施工工艺?.桥面现场勘察评估?.桥面病害的处理.桥面基层处理.环氧覆层铺设?.质量验收?.桥面覆层用弹性环氧胶黏剂的研究一 一一一一 一 一 一 一 一 一 一 一一文 . 献 一一一一 一 一 一一一 一 一一结参致 论考谢 一 一 一 一 一 一 一一一 一 一一硕士学位论文插图索引图.双酚型环氧树脂的化学结构?.图.斜剪试块尺寸示意图?.图.环氧树脂种类对抗拉强度的影响?图.环氧树脂种类对弹性模量的
10、影响?图. 、不同掺量对抗拉强度的影响图. 、不同掺量对断裂伸长率的影响图. 、不同掺量对弹性模量的影响图.增韧剂掺量对抗拉强度的影响图.增韧剂掺量对断裂伸长率的影响?图.增韧剂掺量对弹性模量的影响图.稀释剂掺量对粘度的影响?图.稀释剂掺量对抗拉强度的影响图.稀释剂掺量对断裂伸长率的影响?图.稀释剂掺量对弹性模量的影响图.固化剂种类对抗拉强度的影响图.固化剂种类对断裂伸长率的影响?图.固化剂种类对弹性模量的影响图.固化剂种类对变化幅度的影响图.环氧覆层施工流程图?.图.混凝土基材外表处理效果示意图?.桥面覆层用弹性环氧胶黏剂的研究附表索引表.环氧树脂的技术参数?.表.稀释剂的技术参数.表.固化
11、剂的技术参数.表.试验所用主要仪器设备?一表.测试工程及参考标准?一表.环氧树脂对固化体系拉伸性能的影响表.与复配对环氧树脂性能的影响?.表. 对弹性环氧胶黏剂拉伸性能的影响表.对环氧树脂固化产物拉伸性能的影响?表.对环氧树脂固化产物拉伸性能的影响?表.对环氧树脂固化产物拉伸性能的影响?表. 与的复配表. 与的复配表.与的复配?一表.环氧体系的拉伸性能?.表.环氧体系的其他性能?一表.骨料的磨耗性能表.环氧胶黏剂性能?一表.骨料级配?.表.骨料性能?.论第章绪.环氧胶黏剂概述胶黏剂又称黏合剂、黏结剂,简称为胶,它是指能把两种相同或不同材质的物体通过黏附作用,使之连接在一起的一种物质。年左右,第
12、一个合成了人工树脂,用于木材胶接,至今已有百余年历史。但是国外胶黏剂的实际开展还是从世纪年代以后,在年代获得了较快开展,.年代胶黏剂的研制与生产的开展十分迅速,并逐步向功能化、高性能、专用等方面开展?。胶黏剂主要有合成橡胶胶黏剂、热塑性胶黏剂、热固性胶黏剂和特种胶黏剂,其中作为结构胶黏剂使用最为普遍的是热固性胶黏剂,环氧树脂胶黏剂作为一种热固性胶黏剂,广泛的应用于各行各业,有“万能胶之称。环氧胶黏剂从开始出现至今也只有几十年的历史,但是随着世纪科研人员对环氧胶黏剂各项性能的根底研究工作的深入开展,使得环氧胶黏剂性能和应用有了长足的改善与开展。与其他树脂相比,环氧树脂的种类与牌号最多,性能各异,
13、环氧树脂的固化剂以及其他助剂的种类也多种多样,可以对其进行多样组合与复配,从而能获得各种不同优异性能的环氧体系固化物,几乎可以满足各种不同使用性能以及工艺性能的要求。所以环氧树脂胶黏剂是最为重要的胶黏剂之一。环氧树脂是泛指含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反响形成有用的热固性产物的高分子低聚体旧。环氧胶黏剂出现在年,德国的首创了有双酚合成环氧树脂,酚树脂,确定了双酚环氧树脂工业化价值川。年,瑞士报道了二缩水甘油醚类和酯类的制造方法,公司在此根底上进行研发,于年首先推出了商品牌号为的系列产品,并投入市场,进行工业化生产。年环氧树脂已经商品化,获得
14、了广泛应用,如美国的新泽西州首先利用环氧树脂胶黏剂对公路路面进行快速修复。到了世纪年代,一些兴旺国家已将环氧树脂胶黏剂广泛应用于桥梁、公路、机场跑道等工程和应用于其他结构用途,粘接各种结构主体。进入世纪年代,各种改性的复合环氧胶黏剂不断出现,如环氧.聚硫、环氧.尼龙等等,其应用领域扩大到了更大的方面,使环氧胶黏剂进入了一个新的开展时期。世纪年代,环氧胶黏剂开始向着专用化、功能化和高性能化的方向开展。我国在建筑结构胶黏剂方面的研究起步较晚,大约出现在世纪八十年代初期,但是开展迅速。在年的时候,法国援建了辽阳化纤厂的一座变电所楼,桥面覆层用弹性环氧胶黏剂的研究但是由于最初的设计出现问题,变电所楼中
15、有些承载梁上面出现多处裂纹,后经法方建议,采用法国型环氧胶黏剂进行加固,修补了裂纹,使其恢复了正常使用性能。此后,年,辽宁建筑科学研究所和中科院大连物化所共同研究“建筑结构胶黏剂研制及应用技术推广这一课题,最终研制出我国第一个可以用于实际工程的结构胶黏剂,填补了国内此项技术的空白。从此,国内建筑用环氧胶黏剂材料迅速开展。由于国内建筑市场建筑结构胶黏剂需求量持续的增长,大大促进了建筑结构胶黏剂的开展和推广。现在,随着科技的不断进步,环氧胶黏剂的性能不断提高,其应用范围得到了不断了扩展。如今环氧胶黏剂不仅仅限于建筑结构加固,还广泛应用于桥梁、公路、隧道、水利水电等实际工程中,为我国土木行业的开展做
16、出了巨大的奉献。环氧树脂胶黏剂广泛应用于土木行业各个领域,其主要优点如下:可广泛应用于各种材料的胶接。由于环氧树脂含有多种极性基团和活性很大的环氧基,因而与金属、玻璃、水泥、木材、塑料等多种极性材料,尤其是外表活性高的材料具有很强的粘接力。即使是不同材料的粘接,环氧树脂胶黏剂也能表现出良好的性能,如建筑行业使用最多的材料混凝土和钢材的粘接。环氧树脂胶黏剂固化时根本上无低分子挥发物产生,胶层的体积收缩率小、线胀系数也很小。此外环氧固化物的抗蠕变性能好,所以胶层的尺寸稳定性好。环氧胶黏剂固化产物的力学强度高。环氧树脂固化反响是一个交联反响的过程,固化后固化产物生成致密的三维网络结构,具有很高的内聚
17、强度。因此具有很高的力学强度,包括抗拉强度、抗压强度、拉伸剪切强度、正拉粘接强度、抗剥离强度等。优异的工艺性能和使用性能。由于固化剂、稀释剂、增韧剂及其他改性剂的品种相当多,通过合理的配方设计,可以使得胶黏剂到达符合各种不同需要的工艺性能如快速固化、室温固化、低温固化、水下固化、低粘度等。抗疲劳性能良好。胶接接头受力时,力是均匀分布在胶接面上,而不是单点或几点受力。因为其固化收缩小,所以不致像钢材焊接产生很大的内应力,因此其抗疲劳性能良好。耐腐蚀性及耐老化性能好。环氧胶黏剂固化生成的三维交联网络结构致密,能耐酸、碱、盐、溶剂等多种介质的腐蚀。环氧树脂在具有上述优点的同时,也存在着缺乏。其中最大
18、的缺乏之处在于韧性差。未经过改性处理的环氧树脂胶黏剂的固化产物交联点之问的距离短,交联密度大,分子链的旋转困难,固化产物呈现出硬脆的特性,导致固化产物的韧性缺乏,抗剥离强度低。硕士学位论文.弹性环氧胶黏剂研究概况由于环氧胶黏剂具有各种优良的物理、力学性能,使其广泛应用与生活和工业中的各个方面。但是由于环氧胶黏剂在未进行增韧时,固化产物较脆,抗剥离、抗冲击性能差等缺点,限制了它在某些土木工程领域的开展应用。所以必须对其进行改性,以扩大其应用范围。近年来,科研人员对环氧胶黏剂的改性进行了大量的研究工作,如提高环氧胶的耐高温性能、改善其脆性、提高粘结强度、改善其导电导热性能、防止污染、简化操作等等。
19、因此环氧结构胶的改性一直是胶黏剂研究领域非常活泼的课题。现在大局部研究都以对环氧胶黏剂增韧改性为主,而且取得了显著的成果。环氧树脂的增韧可通过以下途径:在固化体系三维交联网络中引入柔性链段,改变其化学结构组成,赋予三维交联网络活动能力。在环氧树脂中掺入如橡胶弹性体、刚性无机填料或者热塑性塑料聚合物等,以到达固化产物中形成两相结构,来提高固化产物的韧性。在环氧树脂网络中引入热塑性塑料聚合物,以形成半互穿网络型聚合物来提高固化产物的柔韧性。弹性环氧胶黏剂的增韧改性一般通过添加增韧剂或者增塑剂的途径进行解决。增韧剂按其是否参加固化反响可分为非活性增韧剂和活性增韧剂,其中非活性增韧剂又称作增塑剂。添加
20、增塑剂只是两者在物理上的一种混合,本身不能参与环氧体系的固化,所以很容易被迁移或者析出,也可以被溶剂溶解。增塑剂的掺入可在一定范围内降低固化体系的粘度,延长固化时问,但是增塑剂未参与到固化产物大分子三维交联网络的形成,因而增塑剂的掺入对固化产物抗冲击性能的提高不显著,而且会大大降低固化产物的耐热性能。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三甲酚酯等高沸点的液体物质。增韧剂一般分为无机填料类、橡胶类、热塑性树脂类、互穿网络聚合物以及柔性链段固化剂。下面就上述几种增韧手段分别进行阐述说明。无机填料类无机填料一般具有较高的弹性模量,将无机填料掺入到环氧树脂中以后,无机填料均匀分散在环
21、氧树脂中,可以起到迁移应力的作用,以到达增韧环氧树脂的效果。但是环氧树脂的增韧效果与无机填料的粒子尺寸有很大的关系,微米级无机填料的参加可能会使环氧树脂的韧性在一定程度上有所降低。当无机填料的粒子尺寸到达纳米级时,由于纳米粒子独特的尺寸效应、量子场效应和局域场效应等可以大大提高环氧固化产物的韧性。现在,纳米粒子增韧环氧树脂固化产物已成为增韧方向的一大热点。一般使用的纳米粒子材料有纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、有机蒙脱土、纳米碳酸钙、氧化铝等等。王文军等人研究认为无机填料的掺入对环氧树脂结构体系的韧性有很大影桥面覆层用弹性环氧胶黏剂的研究响。当掺入无机填料以后,产物的抗冲击强度明显提高。当无机填料
22、的掺入量为%.%时,其固化产物的综合性能最正确,此时产物的抗拉强度与断裂伸长率等处于适宜的范围之内。陈健聪哺等人认为在环氧树脂中掺入纳米,由于它们之间可以产生叠合效应,能对环氧胶黏剂的工作性能有明显的改善作用。可以明显提高其热变形性能,同时环氧胶黏剂的粘接性能与抗冲击剥离能力有较大的提高。李蕾阳等人研究了纳米碳酸钙的掺入对环氧树脂力学性能的影响。研究说明,当纳米碳酸钙掺入到环氧树脂中,可使得其各项性能有所提高。当其掺入量为%时,复合材料固化产物抗拉强度较未掺入时提高%,且抗冲击强度的提高也较为明显,为.%。从扫描电镜的图片可以看出,纳米碳酸钙能在环氧树脂内引发大量银纹,可以大幅度吸收冲击能,终
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