环氧树脂在建筑工程中的应用

环氧树脂及其应用技术和制品，早已在土木建筑工程领域中得到广泛的应用，近三十多年来，积累并经受了长期应用的耐久性考核的数据，在此基础上推动并开发了许多新的用途。以下着重叙述环氧树脂在建材建筑胶粘剂，世界各国的环氧树脂年总产量中约有5～15%是作胶粘剂用。

从1946年Ciba公司开发了牌号为Araldite的环氧树脂胶粘剂之后，国外自50年代起，用环氧树脂胶粘剂有效地解决了新、旧水泥砂浆层及新、旧混凝土层之间界面的粘接问题，以及彻底解决了粘接层界面水分，湿度，碱性物质等影响因素，因而得到大量的应用，开辟了环氧树脂新的最大的市场市场。日本从60年代起，迅速开发环氧树脂建筑胶粘剂的技术及市场，几乎应用于建筑及水泥制品的所有领域。

我国自1966年开始在建筑工程中使用环氧树脂胶粘剂。经过三十多年的实际应用和考核，证明了环氧树脂胶粘剂在建筑工程中的粘结效果及结构作用的可靠性。现在已广泛应用环氧树脂胶粘剂来粘结及修补混凝土构件，保护了因应力开裂或震动而损坏的混凝土开裂部分的钢筋不受锈蚀同时起到力学结构作用。采用环氧树脂胶粘剂来粘结和补强各种预应力钢筋混凝土制品，例如：水泥混凝土大坝、闸门、桥梁、混凝土压力管，电秆，铁路混凝土轨枕等预制件的修补，由于在生产中或使用中出现的裂缝或破损部份，对提高产品的合格率和保证质量，成为不可缺少的重要材料 。

在建筑工程中，用环氧树脂胶粘剂可以代替铆钉、钉、焊接等结构联接工艺。粘合各种金属制品、天然石材、大理石、人造板材等金属与非金属制品，能达到与混凝土之间的粘结，粘结处能承受重力作用和快速固化定位以及无接缝按装的要求。

对环氧树脂胶粘剂的要求，在技术性能上，除了达到力学性能等基本条件外，还应具有在常温下有良好的使用粘度，并在垂直方向、顶部施工时胶液不流淌(即具有触变作用);高、低温的环境中固化速度及固化程度要基本相同;湿空气中及湿基面上能固化(水性化);低毒或无毒;不易燃或不燃(无溶剂或少溶剂)，易于大量使用，操作简便，、清洗方便。

国产的建筑用环氧树脂胶粘结剂已有多种产品市场化，如：环氧树脂型建筑结构胶、通用型建筑结构用锚固胶、高强型建筑结构用锚固胶、水泥裂缝灌浆胶等。但随着我国建筑工程的的发展，现有的商品化的环氧树脂建筑胶粘剂尚不能完全达到新的技术要求，因此，持续的开发建筑工程专用的各类技术要求的环氧树脂胶粘剂是市场的要求，也可给企业带来效益和声誉。

建筑工程中应用的环氧树脂胶粘剂基本上可分几类：

1、混凝土的“整体工程”粘接

大型水泥混凝土工程，如：桥梁、隧道、水库大坝、高层建筑、码头、深海工程、海上油田等工程，设计要求各组成的水泥混凝土构件之间的联接后，使结构工程成为一个整体，以保证力学上的稳定性。在工程上，这些组成的构件是预制的，即使现浇的也不可能一次浇成一个庞大的整体。因而，提高并解决混凝土间连接部位整体性的问题是混凝土工程中的一项重要课题。

新拌和的水泥砂浆及混凝土，对已硬化的水泥砂浆及混凝土表面的粘结强度很低，粘结层不耐久，很快就产生粘结层脱离现象。研究表明，用环氧树脂胶粘剂，在已硬化水泥砂浆及混凝土表面之间进行粘结，然后测试粘结强度及抗拉强度，在受力情况下，是水泥砂浆层及混凝土层被拉断而胶粘剂层没被拉断。表明了环氧树脂胶粘剂层的强度超过水泥混凝土材料的抗拉强度，胶粘剂具有结构作用。

环氧树脂胶粘剂的这种优良的粘结性能，很快的在建筑工程中得到广泛的应用，解决了水泥混凝土之间的粘接问题，使整体结构的工程工艺成为可能，推动了建筑及大规模整体工程的发展。近年来，世界上一些著名的大建筑物，如：悉尼歌剧院的屋顶，英国北海油田的平台、香港会展厅、日本东京成田机场等，都是用环氧树脂胶粘剂粘接构件来实现整体结构的。

所用的环氧树脂是以改性双酚A型环氧树脂为主，固化剂大部份采用改性芳香族胺或端氨基聚醚，再配以反应型增韧剂和填料，所有配方组份材料均能达到国产化。

2、建筑物的修补

使用中的建筑物、混凝土结构部分常常出现裂缝。或由于接缝处理不好等原因，产生渗漏现象。表现在高架路面、立柱、屋顶、墙面楼板、地下室等。影响了生产及生活，以往都是用沥青修补，必须在干燥表面才能进行且修补处无结构效果，使受补处与其他部分的力学分布状态不同，以致日久又发生应力开裂，最终使结构强度下降。

采用能在湿表面使用，并能在水中固化的环氧树脂胶粘剂，例如：改性的双酚A环氧树脂，水性改性芳香族固化剂及吸水性填料配制的胶粘剂。可以在出现渗漏时及时修补。实际应用中取得了极好的效果。

这类环氧树脂胶粘剂，在建筑工程中用途很广，在水利工程中常用来作大坝的水下修补，还广泛用于码头修补，桥梁及水泥船的修补。经修补后保持了原来的整体性，保持了构伴原来的性能。

3、水泥制品的修补

我国将近有500多家专业厂生产水泥电杆，水泥压力管，各种水泥管，预制装配式建筑墙板，配套构件轨枕、桥梁构件等的企业。在生产中或运输过程中，常常受到非破坏性损坏，产生裂缝或碰损，这些情况并不影响制品的结构性能，但却影响了使用(如：外观、渗水等)效果。此类情况，使用环氧胶粘剂修补是最有效的。

曾用专用的环氧树脂建筑胶粘水泥制品修补膏对铁道部某工程的水泥电杆进行了修补，经过5年的自然老化，修补处能保持原状，提高了电杆的利用率及使用寿命，节省费用，收到很好的经济效益。我们对某厂生产的水泥压力管，出现渗漏现象的管壁进行修补。经试水压不合格的水泥管，抽去水后，立即用环氧树脂胶粘剂在渗水部位进行修补施工，擦干明显的水迹后，涂上胶粘剂修补，在湿表面固化后，再试水压，测试合格。改变了以往必须待基面干燥后才能修补的情况，提高了工效。

4、装饰及装修材料的粘接

现代建筑、不仅要求结构合理，而且建筑物的内、外装饰工程同等重要，对某些高挡建筑(如宾馆、高级商场、体育馆、游泳馆、会堂、展览馆等)，其装饰造价基本上与建筑物主体工程造价几乎相等，甚至可能超过。

在技术上主要解决各种装饰材料与混凝土的粘结问题，例如：大理石、人造大理石、人造石材、瓷砖、玛赛克等与砂浆或混凝土的墙面(内、外墙)、地面的粘贴或作外表维修。用铝合金、金属装饰材料与混凝土表面粘结。木材、饰面木板与混凝土表面粘贴。吊顶材料的装修，有重力作用的装饰灯具、 中央空调管道的安装等等。施工过程是不允许用钉联接和固定的。用环氧树脂胶粘剂来联接和定位，大大简化了这些工程的按装工艺，结构牢固、稳定。当前，在建筑工程中已大量采用环氧树脂锚固胶来固定金属吊顶和金属结构件等承重构件，可节省80%的木材，节省工时30～50%，简化了按装工艺，性能可靠。经调查，采用环氧树脂锚固胶的几个建筑工程，经过五年多的连续实地检测，无微小移位，可靠、安全。

三年前，上海开始了一项重大的景观建设工程---居民楼的“平改坡”工程，其金属框架与混凝土的联接固定，全部使用的就是环氧树脂锚固胶粘剂。考核结果表明，钢筋与混凝土用环氧树脂锚固胶粘接后，胶粘层能承受拉力10吨以上而不破坏。此景观工程在上海已全面开展中。

5、建筑陶瓷设施的修补

在环氧树脂胶粘剂选择中，能在湿面及水中固化的环氧树脂胶粘剂最适合于按装和维修建筑陶瓷设施，如：卫生洁具、瓷砖、地砖、墙砖、浴缸、浴室、洗脸盆等的按装和维修。

例如人造大理石化妆脸盆，由于使用不当而造成化妆脸盆的棱角破损及产生裂缝，以往用砂浆修补经常效果不好而报废。现用环氧树脂建筑粘结剂调色粘合，修补后基本上能与原大理石相仿，施工操作简便，价值600元的人造大理石化妆脸盆(裂缝破损的长度65mm，宽度O.5～0.9mm)只化费O.80元修补费。

三、环氧树脂复合材料制品

以环氧树脂作基体树脂与玻璃纤维或布制造成环氧树脂玻璃钢制品，也有以不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂等作基体树脂的玻璃钢制品。但在特殊情况下，例如要求耐热、耐有机溶剂及无机酸、碱、油类等介质腐蚀及强度要求高的结构性制品时，还必须用环氧树脂作基体树脂。

这些制品有：整体贮油罐、槽，是用来贮运石油产品。与水泥贮池相结合的承放腐蚀性介质(如酸、碱、有机溶剂)的贮池，能受冷热变化的。具有结构强度的艇，能经受海水与大气的影响。

四、聚合物水泥沙浆和混凝土及外加剂

在所有的人造建筑材料中，水泥是产量最大，应用最广的最重要的建筑材料。以水泥为基础的混凝土及水泥制品，成为近一百七十多年来现代社会文明的物质基础。但水泥及混凝土存在的一些缺点妨碍了现代建筑技术的发展，不能适应现代建筑工程的需要，如硬化慢，尤其在气候寒冷时更显著;抗拉及抗弯强度低;干缩性大、致密性及抗渗效果差;对各种介质的抗腐蚀性差等。

近年来，迅速发展的以高聚物为基础的聚合物混凝土及水泥，混凝土聚合物添加剂的应用，有效地改善并提高了水泥及混凝土的性能，成为现代混凝土中不可缺少的组份。聚合物添加剂给建筑工程和技术带来了新的突破，环氧树脂是聚合物添加剂材料之一。

1、环氧树脂水泥砂浆和混凝土

当今国内、外材料科学的发展使环氧树脂水泥砂浆及混凝土已发展成一类专门的学科，并有相当的研究成果。以环氧树脂代替全部或部分水泥作胶结材料，使集料(砂、石等)粘结并固化，这一过程及产物即称环氧树脂水泥砂浆或环氧树脂混凝土。

环氧树脂水泥沙浆是将环氧树脂用表面活性剂制成水溶性树脂乳液，然后与水泥、砂等一起拌合，随着水泥水化而硬化在一起，其中环氧树脂可以通过加入水性胺固化剂使之固化。水溶性环氧树脂可用双酚A环氧树脂改性，加入高效表面活性剂制成树脂的水乳液;也可采用亲水的水溶性环氧树脂，如：甘油环氧树脂、乙二醇环氧树脂、三聚氰胺环氧树脂、季戊四醇环氧树脂、苯胺环氧树脂等分子结构的环氧树脂，这些都是低粘度的水溶性环氧树脂，与水和水泥极容易相混和，在环氧树脂水泥砂浆中应用较多。

2、水泥及混凝土增强添加剂

亲水的水溶性环氧树脂对水泥的水化反应过程有一种特殊的作用，研究表明，水溶性环氧树脂能提高水泥颗粒的分散程度，使水泥颗粒变细，从而提高水化反应的效果。因而，环氧树脂水泥砂浆、混凝土硬化后其各项性能都得到提高。

从物化测试及混凝土的研究已经知道，水溶性环氧树脂中，无论它是离子型或非离子型的都有这种效果。而环氧树脂乳液分子中所含的官能基是对水泥水化反应的作用是有区别的。一般是分子中含有胺基结构的能明显提高水泥的水化反应速度——加速硬化;而含有羟基结构的则具有相反效果一一延缓硬化(缓凝作用)。应用这种化学结构的变化，我们就可制成了可调节水泥硬化速度的增强添加剂---调凝剂。由于水溶性环氧树脂水泥砂浆及增强添加剂的出现及应用，使传统的混凝土及水泥制品不仅能改善了工艺性，更重要的是提高了性能，可以按照工程设计的力学要求来配合材料，不仅在结构强度上而且在外观装饰效果上也彻底改变了过去的粗、重、单调的外貌。

3、环氧树脂灌浆材料

重大的建筑工程，如：地下建筑、水库、大坝、码头、高架道路、桥梁、高层建筑物，贮罐等大型的混凝土工程，由于受应力、外力或地震的破坏产生裂缝，发生渗漏及可能导致事故时，必须对各类裂缝进行修补。环氧树脂灌浆技术是用机械或泵将环氧树脂材料在压力下灌入缝隙深层，并在裂缝外表面用碳纤维布和环氧树脂复合形成增强层，树脂固化后起到堵漏及加固的双重目的，修复了原有设施。环氧树脂灌浆材料和技术不仅在维修方面，而且在地基工程等方面这项技术也显得十分重要。环氧树脂作为灌浆材料已得到广泛的应用，该项技术的显著效果是，其粘结力及内聚力远远超过水泥混凝土的内聚力，修补处的力学性能和强度比原混凝土高得多，是可靠和稳定的。

4、其他用途：

浸渍混凝土，用低粘度的室温固化或紫外线固化的环氧树脂溶液，浸渍混凝土制品及水泥制品，在室温下或紫外线照射下固化，从而在混凝土表面一定深度形成一层树脂结合层，改变和提其了混凝土制品及水泥制品的抗渗漏、抗各种介质腐蚀的性能。

我国建筑业在国民经济发展中将起经济支柱的作用，大规模的基本建设及民用建筑，必然要大量的各种建筑材料，对高分子材料的需求量将大幅度增加，各种水泥制品、混凝土工程的产量及数量也将大幅度增加，所有这些，都要大量应用合成高分子材料，来发展化学建材。我国2002年环氧树脂的需求量已达到29 万吨以上，现在每年用于建筑工程及建筑材料的环氧树脂用量只占环气树脂年需求量的6%～8%左右，约1.7～2.3约万吨左右，与世界水平的差距还很大。据有关部门预测，到2006年，我国用在建筑工程上的环氧树脂用量将提高到年需求量的10～12%。

建筑工程及建筑材料工业为高分子材料开辟了极大的潜在市场，为适应这种发展，目前符合建筑工程、建筑材科技术性能和工艺要求的环氧树脂及固化剂、助剂等品种及数量还很少，需要作更多的研究及加速推广应用。可以予计，今后五年将是我国环氧树脂和应用技术在建筑工程领域得以迅速发展和深入普及的时期，也是我国环氧树脂需求增长的专业领域和热点。