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结构胶黏剂在温度作用―V的剪切性能试验研究 　　摘要：设计并进行了2组采用不同条件固化的胶黏剂的拉伸剪切试验，研究了结构胶黏剂的剪切强度和剪切刚度随温度升高的变化规律，以及不同温度下胶黏剂剪切破坏模式。试验发现，室温固化的胶黏剂再次经历高温后，其玻璃化温度Tg有了30℃左右的提高；随着温度的升高，胶黏剂剪切强度和剪切刚度总体上呈下降趋势，且在其玻璃化温度Tg前后20℃的区域内变化最为明显。研究表明，胶黏剂玻璃化温度是影响胶黏剂温度作用下剪切性能的关键因素，同时高温固化方式可以提高胶黏剂玻璃化温度，延缓胶黏剂剪切强度和剪切刚度的下降。在此基础上，引入玻璃化温度这一重要参数，给出了结构胶黏剂的剪切强度及剪切刚度与温度之间的关系模型，为实际工程应用提供了参考。 　　关键词：胶黏剂；温度作用；玻璃化温度；剪切性能；剪切试验 　　中图分类号：TU58 文献标识码：A 　　作为一种方便快捷的黏结材料，结构胶黏剂已经广泛应用于建筑结构加固领域，其中包括黏钢加固，粘贴碳纤维（CFRP）加固以及化学植筋等。目前最广泛使用的结构胶黏剂多为有机类树脂材料，此类材料对于温度具有较高的敏感性，在温度超过其玻璃化温度时，胶黏剂分解或软化，逐步丧失传递剪力的作用，从而严重影响加固效果。虽然现有规范对结构胶黏剂的使用给出了环境温度限值，但是对环境温度改变时其力学性能的研究还不够深入，力学性能与玻璃化转变温度（Tg）间的关系仍不明确。因此，研究结构胶黏剂在温度作用下黏结性能的影响因素及其变化规律，对于促进黏钢和粘贴碳纤维加固技术的推广，就显得十分必要。 　　针对结构胶黏?┰诓煌?温度下的力学性能，部分学者进行了试验研究。吴波等进行了7组碳纤维配套胶黏剂的拉伸剪切试验，研究分析了其黏结强度随温度的变化关系，指出当温度大于60℃时黏结强度开始明显下降，温度大于120℃时即可认为胶黏剂丧失黏结效果。刘凯、罗仁安等对加固结构胶材料进行了25～60℃温度作用下黏结剪切试验，试验发现温度升高至45℃后，剪切强度与模量急剧下降。彭勃等对加固用结构胶黏剂耐热性能进行了研究，并建议应重视环境温度升高对结构胶力学性能的影响。Klamer等对结构胶黏剂在20～80℃温度作用下的弯曲强度和弹性模量进行了试验研究，试验中强度和弹性模量都随着温度的升高而降低。不同试验中，随着温度升高，胶黏剂的剪切强度存在2种不同的变化规律。一是先升后降，如文献和中分别在40℃和45℃时出现剪切强度上升的现象；二是直接下降，且在40～80℃范围内降低幅度最大。但是，造成这种不同现象的原因并不十分明确。另外，本文作者前期进行采用胶黏剂作为基体材料的CFRP混凝土界面双面剪切试验中，同样出现这2种不同的变化规律，但并不能很好地解释2种规律的原因。 　　从上述研究中可以看出，不仅剪切强度随温度变化趋势存在不同，而且不同试验中性能下降点出现的温度也明显不同。为了进一步研究导致这些差异的原因，明确温度作用下胶黏剂性能变化机理，本文进行了温度作用下不同固化条件的胶黏剂力学性能试验，进一步探索温度及固化条件对胶黏剂高温剪切性能的影响，并结合胶黏剂玻璃化温度这一参数，研究了胶黏剂剪切强度、刚度与温度之间的变化关系。 　　1试验设计 　　1.1试件设计 　　试验参照《胶黏剂拉伸剪切强度的测试（刚性材料对刚性材料）》（GB/T 7124-2008）设计制备试件。拉伸剪切试件细部尺寸如图1所示。试件中钢片采用45号钢，单个钢片尺寸为100 min×30 mm×2.5 mm，黏接长度为12.5 mm，夹持长度为37.5mm，胶层厚度为0.2 mm。制作过程中，为减少加载偏心，在两侧夹持区域各黏结一根37.5 mm×30mm钢垫片。胶黏剂采用新日本/辰日株式会社生产的TH系列结构胶，由环氧树脂主剂与固化剂按照2：1（质量比）的比例混合而成。 　　为了研究不同固化条件对胶黏剂在温度作用下性能的影响，试件分别采用2种不同的固化方式，其中A组试件在常温下固化7 d后直接进行试验，B组试件则在常温固化7 d后，置于100℃恒温箱中固化3 h，待完全恢复常温后再进行试验。试验工况见表1，原则上每个温度下进行3个试件的试验，由于试件数量限制，部分温度下试验的试件个数根据数据的稳定性进行了酌减，2组总计29个试件。试件照片如图2所示。 　　1.2测试方法 　　试验加载设备采用德国Zwick公司的Z020型高低温电子万能材料试验机。Z020型高低温电子万能材料试验机采用气动夹具夹持，最大加载拉力为20 kN，两夹头间距112.5 mm，下部夹头固定，上部夹头可上下移动。试验采用位移加载控制，加载速率为0.3 mm/min，当荷载降至极限荷载的50%时停止加载。试验机采用自带荷载和变形传感器来捕捉测量试件所受拉力和夹头间相