环氧建筑结构胶流变剂的研究

环氧建筑结构胶流变剂的研究

1双胶合胶体系的成型结构胶的强度高，施工简单，加固周期长，近年来，该项目广泛应用于混凝土结构的加固、维护和重建领域。品质优良的环氧树脂建筑结构胶应当具备良好的触变性,施胶时在外力的剪切作用下胶体粘度低,可对基材表面有较好的浸润和分布,而在施胶完成外力撤去后,胶体迅速恢复到较高粘度,可使胶体不易流淌而获得良好的接合状态。如果环氧树脂建筑结构胶的触变性不良,在立面和仰面作业时,胶液易发生流淌,导致胶体与基材接触不良,从而造成粘结缺陷。但目前市售的环氧树脂建筑结构胶的力学性能等指标比较被关注,而对流变性能等工艺性能指标并未得到足够的重视,这直接关系到粘合质量,给结构加固工程留下了安全隐患。为此国家标准GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》进一步对环氧树脂建筑结构胶粘剂工艺性能指标作出了规定。传统的环氧树脂粘合剂的流变剂主要有气相白炭黑和有机膨润土,但存在添加量较大、需要高剪切分散和操作麻烦等缺陷。聚脲是一种新型流变助剂,可为体系提供很强的触变性。本文介绍了一种合成改性聚脲触变剂,并在环氧树脂建筑结构胶配方中考察了合成产品的流变性能、配方稳定性等,也与环氧树脂传统的触变剂气相白炭黑和有机膨润土进行了比较。2测试2.1酰胺、环氧树脂异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),BASF公司。C8-C10混合醇(C8:C10=53.4:46.5),Cognis公司。1,6-己二胺,西陇化工公司。二甲基甲酰胺(DMF),SAMSUNG公司。助溶剂,自制。环氧树脂E-51,蓝星公司。改性脂环胺,国产。聚氨酯型环氧增韧剂,国产。活性稀释增韧剂,国产。KH-560,南京。200~400目石英粉,佛冈。聚脲流变剂TC-1,自制。亲水型气相白炭黑TC-2(比表面积200mm2·g-1),进口。疏水型气相白炭黑TC-3(比表面积200mm2·g-1),进口。有机膨润土TC-4,浙江。2.2试验仪器NXS-11型旋转粘度计,成都仪器厂。GF-1100高速分散机,上海。S-65三辊机,广州。WD-100KE拉力试验机,广材试验仪器有限公司。高温湿热试验箱,永基试验仪器有限公司。2.3dmf-己二胺溶液的配制⑴在配以电动搅拌器、温度计、氮气导管和水浴的三口瓶中,加入141.64质量份的IPDI,充入干燥氮气,然后滴加89.17质量份的C8~C10混合醇,反应3~4H,控制反应温度不超过80℃,产物冷却至室温待用。⑵在配以电动搅拌器、温度计、氮气导管和水浴的另一个三口瓶中,加入197.96质量份的DMF,然后加入37.54质量份的1,6-己二胺和28.5质量份的助溶剂,搅拌至完全溶解并降温至40℃以下。⑶在充入干燥氮气和搅拌状态下,将步骤(1)生成的预聚物逐步加入步骤(2)的胺溶液中,反应1H,控制反应温度低于80℃,冷却至室温即得到固含量60%的聚脲流变控制剂溶液。该反应制得的聚脲流变控制剂溶液为微黄色透明液体,可以直接应用;稳定性较好,于5~30℃放置,一年内状态不发生改变。2.4环氧树脂建筑结构胶的制备2.4.1建筑结构胶的配比根据我们的实践,环氧树脂建筑结构胶体系中,A组分(环氧树脂)占比例较大,其流变性能对整个体系的影响最大,因此我们选择环氧树脂建筑结构胶中用量最大的粘钢胶(涂刷型)的A组份进行研究。实验基本配方见表1。2.4.2辊机研磨研磨气相白炭黑和膨润土:在高速分散机2000rpm转速下分散20min后,再经三辊机研磨。聚脲流变控制剂:采用后添加方式,配方中其他组份搅拌分散均匀后,在500rpm转速下加入聚脲,保持该转速10min即可。2.5触变指数测试⑴粘度的测定。使用NXS-11旋转粘度计,在5.6r/min,23℃条件下进行。⑵触变指数的测定。按照GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》附录L的要求,使用NXS-11旋转粘度计,在5.6r/min和65r/min的条件下,测出胶粘剂的粘度η5.6和η65,触变指数TI=η5.6/η65。⑶其他性能的测定。参照GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》的要求进行。3结果与讨论3.1聚脲触变剂的应用图1为各种触变剂不同添加量对胶液粘度的影响曲线。为了考察自制聚脲触变剂TC-1的性能,按照表1配方配制通用型环氧树脂建筑结构胶中粘钢胶的A组份,选择市售的某跨国公司的气相白炭黑和国产有机膨润土产品作为对照。配方的目标粘度为20000mPa·s,并考察各种触变剂添加量对胶液粘度的影响。从图1的结果可以看出,自制聚脲TC-1的增稠效率最高,在将配方的粘度调整到20000mPa·s时,需要的聚脲流变控制剂TC-1为1.5份,而有机膨润土TC-4的增稠效率最低,加入量达到7份,亲水型气相白炭黑TC-3和疏水型气相白炭黑TC-2分别也需要4份和5份。可见自制聚脲触变剂较市售的传统产品具有更高的增稠效率。与气相白炭黑表面含有多种-OH的集合体在液体体系中形成均匀的三维网状结构(氢键)以及有机膨润土附聚的薄层堆的解附形成网状立体结构的增稠触变机理不同、,聚脲与环氧树脂体系有选择地不相容,产生细小、针状结晶,通过结晶间的键合力,形成三维网状结构。当施工时给体系一定的剪切力,该网状结构被破坏,粘度迅速下降;当剪切力消失后,这种网状结构在几秒内便可重新建立,从而为体系提供了较强的触变性。环氧树脂胶液剪切应力与剪切速率的关系见图2。从图2可见,添加了触变剂后环氧树脂胶液为典型的假塑性流体,而添加了TC-1的胶体在同等剪切力的作用下,其剪切粘度最低,说明该体系具有比较理想的工作性能。触变性用触变指数TI表征,触变指数法可以简单、直观地判定胶粘剂的触变性。触变指数的意义为在两种不同转速条件下,低转速的表观粘度与高转速表观粘度的比值,反映出流体在剪切力作用下结构被破坏后恢复原有结构能力的好坏。触变指数是在5.6r/min和65r/min的转速条件下测得的粘度之比。TI值越高触变性越好,工作性能越理想,在GB50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》中,对各系列的环氧树脂建筑结构胶的触变指数进行了规定,粘钢胶(涂刷型)TI要求不低于4.0。从表2的结果可以看出,与其他品种相比,添加了TC-1的胶体的触变剂指数最高,达到4.81,相比TC-4的3.22高出了49.3%,具有理想的工作性能。3.2有机膨润土体系的粘度与触变指数触变剂在粘结剂配方中的应用稳定性是人们普遍关心的问题,对于某些触变剂可能存在颜填料沉降、絮凝以及触变性下降等现象。为了验证自制聚脲触变剂的配方稳定性,将上述配置的A胶密封保存,定期观察胶体的状态及相应的粘度变化。图3和图4为添加了各种触变剂的A胶存储50d后的粘度和触变指数状态。从图中可以看出,TC-2的加入,初期可使A胶具有明显的增稠、触变效果。但由于本研究所采用的配方含有大量的高极性增韧剂和稀释剂,导致掺加了TC-2的环氧胶体在储存过程中粘度和触变指数明显下降,该体系配方稳定性差。经过表面处理的疏水气相白炭黑TC-3同样具有比较明显的增稠、触变效果,且在储存过程中粘度及触变指数基本保持不变。主要原因是经过疏水表面处理后,TC-3的表面硅羟基数量大大减少,因此储存过程中的稳定性大大增加。有机膨润土TC-4的增稠、触变效果低于其他触变剂,但在储存过程中粘度及触变指数同样基本保持不变,稳定性较好。而掺加TC-1的A胶无论是粘度还是触变指数TI,经过存储50d后变化不大,稳定性优于其他几种触变剂。3.3结构材料的性能测试参照GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》的规定,对掺加了几种触变剂的环氧树脂结构胶按照表1的配方制样,并进行了性能测试,结果见表3:从表3的结果可见,使用了TC-1的结构胶其物理力学性能与使用气相白炭黑等触变剂的结构胶性能相当,完全可以满足GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》的要求。4结晶间键合力⑴采用IPDI预聚再封