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一“触”即“变”?结构胶的触变性究竟是什么

文章出处:悍马加固材料人气:0发表时间:2023-10-23 16:17:34【
工程结构加固用的结构胶,不仅应具备优异的胶体性能、粘结能力、长期使用性能和耐介质侵蚀性能,涉及工程安全的工艺性能也至关重要。GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》表 4.8.1 对 I 类结构胶工艺性能指标作出了具体规定,其中"触变指数”一项怎么理解呢?
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触变指数 I,是触变性的表征方法之一。

什么是触性?

从流变学的观点来看,触变性,是指受剪切作用(搅动或其它机械作用)时,体系的黏度随时间变化的一种流变现象,一“触”即“变”,犹如“静若处子,动若脱兔”。黏度概念最初来自于牛顿对简单流体(“牛顿流体”)的研究,后来转变为一种定义,即在一定的剪切速率下,将剪切应力与剪切速率的比值定义为该剪切速率下的表观剪切黏度,简称黏度。在一定的温度下,黏度是剪切速率的函数。大多数实际流体表现为非牛顿性质,以剪切变稀较为常见。

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触变性的微观本质

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理论上,所有的剪切变稀与恢复现象都具有时间性,只是时间效应是否显著、是否可感知的问题。胶体内质点间形成结构,流动时结构破坏,停止流动时结构恢复,但结构破坏与恢复都不是立即完成的,需要一定的时间。触变性可以看成是系统在恒温下“凝胶-溶胶”之间的相互转换过程的表现。

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生活中的触变性

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性的表征方法

触变性样品同时具有两个典型的行为特征:1)剪切变稀2)依时性。那么触变性大到底是指剪切变稀程度大还是依时性强呢?这要从触变性的表征方法说起。

触变性的表征通常有三种方法:触变指数法、触变环法和结构破坏重建法。

目前,胶粘工艺上的触变性主要由触变指数 I来表征。该指数的测定方法是在规定的温度(一般为23°C) 下,采用两个相差悬殊的剪切速率,分别测定一种胶粘剂的表观黏度η1和η2,且令η1>η2,则 It=η12,即低转速的表观黏度与高转速表观黏度的比值,也就是说,其测定的是大致的剪切变稀指数,只能笼统表征剪切变稀的程度。该方法的优点是仪器造价低,容易普及,缺点是只能笼统表征样品剪切变稀的程度,无法表征其依时行为。

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触变环法的原理是:当剪切速率从0连续增加到一个定值,再从这个定值逐渐下降到0,测定其应力随剪切速率的变化,所做出的剪切应力-剪切速率的封闭曲线为触变环。通过改变不同时间和不同最大剪切速率值,可以得到不同面积的触变环。触变环的面积越大则触变性越大,反之则越小。但如果两个样品触变环面积相等但轮廓不一样是否意味着触变性一样呢?答案显然是否定的,该种方法已逐渐过时。

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结构破坏重建法,也称三段式触变法(3ITT),是近年来逐渐应用较多的方法,其评估方法是使用三段低-高-低剪切速率测试样品得到黏度对时间的演变;该方法既可以定量比较剪切变稀程度和破坏快慢,还可定量恢复程度及快慢。

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有学者对牙膏和润肤露分别进行了三段式剪切速率测试,用来评估二者挤出后的黏度恢复程度。牙膏显示出高度的触变性,需要6分钟才能恢复其原始黏度的70%,而润肤露仅需7秒即可达到相同程度的恢复,两相比较之下,可以认为润肤露触变性很小。


结构胶触变性的意义

GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》条文说明中对触变性的定义为:指胶液在一定剪切速率作用下,其剪应力随时间延长而减小的特性。在胶粘工上具体表现为搅动下,胶液黏度迅速下降,便于涂刷停止,胶液黏度立即增大,不会随意流淌。

笔者认为,该表述“停止时,胶液黏度立即增大”中的“立即”是指在某一合适时间段内恢复黏度,既可以保证流平性能,保证涂刷的均匀性和胶缝厚度的可控性,又不至出现流挂现象。如若涂刷一停止,其所下降的黏度在极短时间内升高,那么胶液里的气泡则没有时间逃逸,以致将会因脱泡性变差而影响到胶粘剂的粘结强度。

黏度恢复过慢,容易造成流挂;恢复过快,则胶液不流平,脱泡性差。笔者认为,刚好在剪切恢复性能的平衡点上,则可认为是一款触变性好的结构胶。

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粘贴碳纤维布的胶粘剂,虽也要求便于涂刷,但同时还要求胶液对碳纤维具有良好的浸润、渗透性。这一性质与触变性相左。但试验表明:可以通过协调,使两项指标均处于可以接受的范围内。GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》表4.8.1中的初黏度和触变指数的指标就是按协调结果,并考虑到现场条件和经济因素后所确定的可接受的标准。

当我们谈论结构胶的触变性时,其实谈论的是它对于加固工程的意义。目前,大量的加固工程都少不了结构胶的参与,而要最大程度地确保加固工程的施工质量,就必须要重视结构胶的触变性能,好的触变性结构胶对于加固工程意味着:

  • 结构胶贮运过程中有较好的稳定性;
  • 良好的施工性能,可减轻劳动强度,易于搅拌涂胶;
  • 立面、仰面施工不流挂, 作业面更整洁干净;
  • 保证涂刷的均匀性和胶缝厚度的可控性,具有更好的胶粘效果;
  • 省胶,节省工程成本;
  • ……

 

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