一种用于潮湿混凝土表面CFRP粘贴的环氧树脂系胶结剂

摘要

本发明公开了一种用于潮湿混凝土表面CFRP粘贴的环氧树脂系胶结剂，包括底胶和浸渍胶，底胶由质量比为7:2的A剂和B剂混合组成，其中A剂包括环氧树脂60?70份、溶剂10?15份、表面活性剂1?5份、偶联剂3?5份、填料5?10份和消泡剂5?10份；B剂包括固化剂20?25份和吸水剂5?15份；浸渍胶由质量比为7:2的C剂和D剂混合组成，其中C剂包括环氧树脂70?80份、防污助剂5?10份和填料10?15份，D剂包括固化剂30?35份和偶联剂5?10份。本发明可在结构物潮湿表面常温下1.5小时内固化并达到使用标准，具有较强的粘结力及机械强度。交联反应之后的固化物具有优异的耐久性，在海洋环境中可长期保持稳定。可充分满足海工建筑物碳纤维加固补强施工中对粘贴剂的要求。

说明书

技术领域

本发明属于环氧树脂技术领域，特别涉及一种用于潮湿混凝土表面CFRP粘贴的环 氧树脂系胶结剂。

背景技术

海工建筑物往往工作环境十分恶劣，其某些结构段往往处于浪溅区和潮差区共同 作用的区域，这些结构段是受腐蚀介质侵蚀最严重的区域，其内部受力钢筋往往在建成投 产后不久即会出现较为严重的锈蚀进而严重影响结构物的耐久性能、降低其使用寿命。目 前工程界针对该问题，一种切实可行的解决方案为在结构物表面采用碳纤维补强加固技术 来实现对出现早期耐久性不足的海工结构物的加固补强。

碳纤维补强加固技术是利用高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束， 用环氧树脂浸渍形成碳纤维增强复合材料片材，将片材用专用环氧树脂胶粘贴在结构外表 面受拉或有裂缝部位，环氧树脂胶固化后与原结构形成紧密整体，碳纤维即可与原结构共 同受力。目前，碳纤维补强加固技术的主要工艺流程为：（1）清理结构待加固区域表面，（2） 在清理过的表面均匀涂刷环氧树脂底胶，（3）粘贴碳纤维片材使其紧密贴合于结构物待加 固表面，（4）在粘贴好的碳纤维片材表面均匀刷涂一层环氧树脂浸渍胶。大量的工程实践表 明碳纤维加固补强施工关键在于CFRP片材需要通过环氧树脂胶结剂紧密粘贴于结构物加 固段表面，经分析可知，环氧树脂胶紧密附着在结构物待加固区域表面是确保CFRP片材紧 密粘贴于结构物加固区域表面的控制性条件。当前市场上的环氧树脂胶在干燥混凝土表面 是可以实现紧密附着的，但是，在海工建筑物的碳纤维加固补强工程中，加固区域往往集中 于潮差区，这意味着加固补强工程需要乘潮施工，往往没有足够的时间等到结构物表面完 全干燥后再进行上述的碳纤维加固补强工序。普通的环氧树脂胶粘剂通常只能在干燥的表 面使用,如果在潮湿表面使用,粘结强度会大为降低,甚至无法使用。目前市场常见环氧树 脂粘结剂之所以不适用于潮湿界面的粘贴,是因为这些粘结剂与界面上的水分不会结合, 这些水分分布在界面上,在粘结剂固化以后造成了界面的许多缺陷,有些呈泡状内部缺陷, 从而形成较差的界面传力性能。

因此,解决潮湿混凝土表面粘贴CFRP加固的关键问题不在复合材料本体性能,而 是在于界面固化形成过程中,消除水分条件对所形成界面的影响。

发明内容

发明目的：本发明提供一种能够直接用于潮湿混凝土表面粘贴CFRP片材的环氧树 脂系胶结剂，以解决现有相关产品中CFRP加固工艺中配套环氧树脂粘结材料在潮湿混凝土 表面粘贴效果较差的问题，并且保证碳纤维加固补强施工中对于粘贴CFRP片材所用胶结剂 的强度、适用性和耐久性的相关要求，该粘贴剂现场配制简单，可以有效应用于目前的海工 建筑物碳纤维加固补强工程中。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于潮湿混凝土表面CFRP粘贴的环氧树脂系胶结剂，包括底胶和浸渍胶，所述底 胶由质量比为7:2的A剂和B剂混合组成，其中A剂包括以下重量份数的组分：环氧树脂60-70 份、溶剂10-15份、表面活性剂1-5份、偶联剂3-5份、填料5-10份和消泡剂5-10份；B剂包括以 下重量份数的组分：固化剂20-25份和吸水剂5-15份。

所述浸渍胶由质量比为7:2的C剂和D剂混合组成,其中C剂包括以下重量份数的组 分：环氧树脂70-80份、防污助剂5-10份和填料10-15份，D剂包括以下重量份数的组分：固化 剂30-35份和偶联剂5-10份。

所述环氧树脂为E-44型环氧树脂，E-44型环氧树脂环氧值较低，粘度较高，在海工 建筑物碳纤维加固补强施工中，其较高的粘度有利于保证粘贴剂的挂壁，且价格便宜，来源 广泛。

所述溶剂为多元醇，环氧树脂中添加溶剂，主要起调节粘度的作用，增强环氧树脂 流动性，及时排除搅拌时带入的气泡，并且高流动性的环氧树脂胶结剂可渗入结构表面微 小裂纹及空隙，增强胶结界面强度。

所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，主要起改变两相物质界面性质的作用，其 亲水基团可使结构物表面水分迅速分散，杜绝粘结界面上因水分聚集而产生的空洞缺陷。

所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-560，其分子两端含有的不同基团可以分别和混凝土 表面与环氧树脂分子发生反应，以化学键的形式将被粘物与粘结剂紧密的连接在一起。偶 联剂的使用能改变界面性质，增大了粘结力，提高了粘结强度、耐热性、耐水性和耐老化性， 防止海水的渗透。

所述消泡剂为CX-150，当它遇到潮气或水分时，这些消泡剂分解成含活性氢基团 的化合物，这种化合物与NCO基团反应的活性比水高，能显著提高胶结剂的初粘性，同时可 避免胶层产生气泡。

所述固化剂为固化剂T-31，它由二乙烯三胺及苯酚、甲醛经过曼尼希反应 (Mannich反应)制得，起主要固化作用。

所述吸水剂为无水氯化钙，可吸收水分及CO₂，有助于潮湿环境下固化及粘附。其 水化反应的生成物Ca(OH)₂和CaCO₃可作为胶结剂的填充物，可大幅度提高固化物的尺寸稳 定性，对机械力学性能的提升也有一定作用。

所述填料为碳酸钙粉末，碳酸钙粉末一种同时具有无机性和有机性的复合材料， 这决定了其可以充分与环氧树脂基底相容。同时拥有较高的机械力学性能，能有效增强粘 贴效果，提高粘结强度。

所述防污助剂为硝酸银，主要起到防止海洋生物附着的作用。

一种用于潮湿混凝土表面CFRP粘贴的环氧树脂系胶结剂是按照一定配方预先配 制A剂和B剂两种不同组分的混合物为底胶，在碳纤维加固补强施工时将A剂和B剂按照 一定质量比混匀后使用；按照一定配方预先配制C剂和D剂两种不同组分的混合物为浸渍 胶，在碳纤维加固补强施工时将A剂和B剂，C剂和D剂均按照一定质量比混匀后使用；A剂 和B剂充分混合后的使用时间要控制在30分钟之内，C剂和D剂充分混合后的使用时间也要 控制在30分钟之内，常温下的固化时间均为1-3小时，本发明可直接应用于未经干燥的混 凝土潮湿表面，8小时后可以达到最佳强度。

底胶的配制组分

浸渍胶配制组分

有益效果：本发明A剂和B剂、C剂和D剂在充分混合后，可在结构物潮湿表面常温下 1.5小时内固化并达到使用标准，并且具有较强的粘结力及机械强度。以E-44型环氧树脂 为主要粘结材料，与上述各组分交联反应之后的固化物具有优异的耐久性，在海洋环境中 可长期保持稳定。可充分满足海工建筑物碳纤维加固补强施工中对粘贴剂的要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

某实验项目需对10块置于充满海水的试验箱内的试件进行碳纤维加固补强施工， 要求试验箱内海水排空的同时，立即进行CFRP片材的粘贴工作，试验箱将于排空后的四个 小时重新注入海水直至恢复排空前的水位，要求CFRP片材通过粘贴剂紧密粘贴于试验柱表 面且能长期保持粘贴强度。

对比例1

操作人员对两块试件进行碳纤维加固补强施工，采用同一厂家生产的同批次CFRP片材 和市场上常用的某环氧树脂底胶，首先对两块试件进行了试块表面的找平操作，随后将 CFRP片材紧密贴合于试块表面，最后使用其配套的环氧树脂浸渍胶完成对CFRP片材的浸 渍。

实施例1

与此同时，操作人员针对所需粘贴剂所需的特性，制备了可用于潮湿混凝土表面CFRP 粘贴的环氧树脂胶结剂，具体实施方法为：将65份E-44型环氧树脂、10份丁醇、3份十二烷基 苯磺酸钠、3份硅烷偶联剂KH-560、8份碳酸钙粉末、6份消泡剂CX-150经充分混合成底胶A 剂；22份固化剂T-31、10份无水氯化钙经充分混合成底胶B剂；75份E-44型环氧树脂、5份硝 酸银、12份碳酸钙粉末经充分混合成浸渍胶C剂；35份固化剂T-31和8份硅烷偶联剂KH-560 经充分混合成浸渍胶D剂；

然后将质量比为7：2的底胶A剂和底胶B剂混匀，将质量比为7：2的浸渍胶C剂和浸渍胶D 剂混匀，然后在两块试件表面首先用底胶找平，随后将CFRP片材紧密粘贴于试件表面，最后 用浸渍胶完成对CFRP片材的浸渍。

实施例2

与此同时，操作人员针对所需粘贴剂所需的特性，制备了可用于潮湿混凝土表面CFRP 粘贴的环氧树脂胶结剂，底胶由质量比为7:2的A剂和B剂混合组成，其中A剂包括以下重量 份数的组分：E-44型环氧树脂为60份、多元醇为15份、十二烷基苯磺酸钠为1份、偶联剂KH- 560为5份、碳酸钙粉末为5份和消泡剂CX-150为10份；B剂包括以下重量份数的组分：固化剂 T-31为20份和无水氯化钙为15份；浸渍胶由质量比为7:2的C剂和D剂混合组成,其中C剂包 括以下重量份数的组分：E-44型环氧树脂为70份、硝酸银为10份和碳酸钙粉末为10份，D剂 包括以下重量份数的组分：固化剂T-31为35份和硅烷偶联剂KH-560为5份。

在两块试件表面首先用底胶找平，随后将CFRP片材紧密粘贴于试件表面，最后用 浸渍胶完成对CFRP片材的浸渍。

实施例3

与此同时，操作人员针对所需粘贴剂所需的特性，制备了可用于潮湿混凝土表面CFRP 粘贴的环氧树脂胶结剂，底胶由质量比为7:2的A剂和B剂混合组成，其中A剂包括以下重量 份数的组分：E-44型环氧树脂为68份、多元醇为13份、十二烷基苯磺酸钠为3份、偶联剂KH- 560为4份、碳酸钙粉末为8份和消泡剂CX-150为7份；B剂包括以下重量份数的组分：固化剂 T-31为23份和无水氯化钙为10份；浸渍胶由质量比为7:2的C剂和D剂混合组成,其中C剂包 括以下重量份数的组分：E-44型环氧树脂为75份、硝酸银为8份和碳酸钙粉末为13份，D剂 包括以下重量份数的组分：固化剂T-31为33份和硅烷偶联剂KH-560为8份。

在两块试件表面首先用底胶找平，随后将CFRP片材紧密粘贴于试件表面，最后用 浸渍胶完成对CFRP片材的浸渍。

实施例4

与此同时，操作人员针对所需粘贴剂所需的特性，制备了可用于潮湿混凝土表面CFRP 粘贴的环氧树脂胶结剂，底胶由质量比为7:2的A剂和B剂混合组成，其中A剂包括以下重量 份数的组分：E-44型环氧树脂为70份、多元醇为10份、十二烷基苯磺酸钠为5份、偶联剂KH- 560为3份、碳酸钙粉末为10份和消泡剂CX-150为5份；B剂包括以下重量份数的组分：固化剂 T-31为25份和无水氯化钙为5份；浸渍胶由质量比为7:2的C剂和D剂混合组成,其中C剂包括 以下重量份数的组分：E-44型环氧树脂为80份、硝酸银为5份和碳酸钙粉末为15份，D剂包 括以下重量份数的组分：固化剂T-31为30份和硅烷偶联剂KH-560为10份。

在两块试件表面首先用底胶找平，随后将CFRP片材紧密粘贴于试件表面，最后用 浸渍胶完成对CFRP片材的浸渍。

将对比例1和实施例1-4中的共10块试件放入同一试验箱内遭海水浸泡后6个月对 其进行正拉试验以探究采用不同环氧树脂后，CFRP片材与混凝土之间的胶结强度，试验结 果列表如下：

对比例1和实施例1-4中的5对试件在6个月的海水浸泡中，均未出现CFRP片材的剥离， 劣化等耐久性不足的现象，但力学试验结果表明本专利应用于潮湿混凝土表面的CFRP片材 粘贴时的力学性能要明显优于目前广泛应用的环氧树脂胶结剂。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。