環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠流變劑的研究

環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠流變劑的研究

1雙膠合膠體系的成型結(jié)構(gòu)膠的強度高，施工簡單，加固周期長，近年來，該項目廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固、維護和重建領(lǐng)域。品質(zhì)優(yōu)良的環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠應(yīng)當具備良好的觸變性,施膠時在外力的剪切作用下膠體粘度低,可對基材表面有較好的浸潤和分布,而在施膠完成外力撤去后,膠體迅速恢復(fù)到較高粘度,可使膠體不易流淌而獲得良好的接合狀態(tài)。如果環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠的觸變性不良,在立面和仰面作業(yè)時,膠液易發(fā)生流淌,導(dǎo)致膠體與基材接觸不良,從而造成粘結(jié)缺陷。但目前市售的環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性能等指標比較被關(guān)注,而對流變性能等工藝性能指標并未得到足夠的重視,這直接關(guān)系到粘合質(zhì)量,給結(jié)構(gòu)加固工程留下了安全隱患。為此國家標準GB50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》進一步對環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑工藝性能指標作出了規(guī)定。傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂粘合劑的流變劑主要有氣相白炭黑和有機膨潤土,但存在添加量較大、需要高剪切分散和操作麻煩等缺陷。聚脲是一種新型流變助劑,可為體系提供很強的觸變性。本文介紹了一種合成改性聚脲觸變劑,并在環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠配方中考察了合成產(chǎn)品的流變性能、配方穩(wěn)定性等,也與環(huán)氧樹脂傳統(tǒng)的觸變劑氣相白炭黑和有機膨潤土進行了比較。2測試2.1酰胺、環(huán)氧樹脂異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI),BASF公司。C8-C10混合醇(C8:C10=53.4:46.5),Cognis公司。1,6-己二胺,西隴化工公司。二甲基甲酰胺(DMF),SAMSUNG公司。助溶劑,自制。環(huán)氧樹脂E-51,藍星公司。改性脂環(huán)胺,國產(chǎn)。聚氨酯型環(huán)氧增韌劑,國產(chǎn)?；钚韵♂屧鲰g劑,國產(chǎn)。KH-560,南京。200~400目石英粉,佛岡。聚脲流變劑TC-1,自制。親水型氣相白炭黑TC-2(比表面積200mm2·g-1),進口。疏水型氣相白炭黑TC-3(比表面積200mm2·g-1),進口。有機膨潤土TC-4,浙江。2.2試驗儀器NXS-11型旋轉(zhuǎn)粘度計,成都儀器廠。GF-1100高速分散機,上海。S-65三輥機,廣州。WD-100KE拉力試驗機,廣材試驗儀器有限公司。高溫濕熱試驗箱,永基試驗儀器有限公司。2.3dmf-己二胺溶液的配制⑴在配以電動攪拌器、溫度計、氮氣導(dǎo)管和水浴的三口瓶中,加入141.64質(zhì)量份的IPDI,充入干燥氮氣,然后滴加89.17質(zhì)量份的C8~C10混合醇,反應(yīng)3~4H,控制反應(yīng)溫度不超過80℃,產(chǎn)物冷卻至室溫待用。⑵在配以電動攪拌器、溫度計、氮氣導(dǎo)管和水浴的另一個三口瓶中,加入197.96質(zhì)量份的DMF,然后加入37.54質(zhì)量份的1,6-己二胺和28.5質(zhì)量份的助溶劑,攪拌至完全溶解并降溫至40℃以下。⑶在充入干燥氮氣和攪拌狀態(tài)下,將步驟(1)生成的預(yù)聚物逐步加入步驟(2)的胺溶液中,反應(yīng)1H,控制反應(yīng)溫度低于80℃,冷卻至室溫即得到固含量60%的聚脲流變控制劑溶液。該反應(yīng)制得的聚脲流變控制劑溶液為微黃色透明液體,可以直接應(yīng)用;穩(wěn)定性較好,于5~30℃放置,一年內(nèi)狀態(tài)不發(fā)生改變。2.4環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠的制備2.4.1建筑結(jié)構(gòu)膠的配比根據(jù)我們的實踐,環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠體系中,A組分(環(huán)氧樹脂)占比例較大,其流變性能對整個體系的影響最大,因此我們選擇環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠中用量最大的粘鋼膠(涂刷型)的A組份進行研究。實驗基本配方見表1。2.4.2輥機研磨研磨氣相白炭黑和膨潤土:在高速分散機2000rpm轉(zhuǎn)速下分散20min后,再經(jīng)三輥機研磨。聚脲流變控制劑:采用后添加方式,配方中其他組份攪拌分散均勻后,在500rpm轉(zhuǎn)速下加入聚脲,保持該轉(zhuǎn)速10min即可。2.5觸變指數(shù)測試⑴粘度的測定。使用NXS-11旋轉(zhuǎn)粘度計,在5.6r/min,23℃條件下進行。⑵觸變指數(shù)的測定。按照GB50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》附錄L的要求,使用NXS-11旋轉(zhuǎn)粘度計,在5.6r/min和65r/min的條件下,測出膠粘劑的粘度η5.6和η65,觸變指數(shù)TI=η5.6/η65。⑶其他性能的測定。參照GB50367-2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》的要求進行。3結(jié)果與討論3.1聚脲觸變劑的應(yīng)用圖1為各種觸變劑不同添加量對膠液粘度的影響曲線。為了考察自制聚脲觸變劑TC-1的性能,按照表1配方配制通用型環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠中粘鋼膠的A組份,選擇市售的某跨國公司的氣相白炭黑和國產(chǎn)有機膨潤土產(chǎn)品作為對照。配方的目標粘度為20000mPa·s,并考察各種觸變劑添加量對膠液粘度的影響。從圖1的結(jié)果可以看出,自制聚脲TC-1的增稠效率最高,在將配方的粘度調(diào)整到20000mPa·s時,需要的聚脲流變控制劑TC-1為1.5份,而有機膨潤土TC-4的增稠效率最低,加入量達到7份,親水型氣相白炭黑TC-3和疏水型氣相白炭黑TC-2分別也需要4份和5份?？梢娮灾凭垭逵|變劑較市售的傳統(tǒng)產(chǎn)品具有更高的增稠效率。與氣相白炭黑表面含有多種-OH的集合體在液體體系中形成均勻的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(氫鍵)以及有機膨潤土附聚的薄層堆的解附形成網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的增稠觸變機理不同、,聚脲與環(huán)氧樹脂體系有選擇地不相容,產(chǎn)生細小、針狀結(jié)晶,通過結(jié)晶間的鍵合力,形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當施工時給體系一定的剪切力,該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞,粘度迅速下降;當剪切力消失后,這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在幾秒內(nèi)便可重新建立,從而為體系提供了較強的觸變性。環(huán)氧樹脂膠液剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系見圖2。從圖2可見,添加了觸變劑后環(huán)氧樹脂膠液為典型的假塑性流體,而添加了TC-1的膠體在同等剪切力的作用下,其剪切粘度最低,說明該體系具有比較理想的工作性能。觸變性用觸變指數(shù)TI表征,觸變指數(shù)法可以簡單、直觀地判定膠粘劑的觸變性。觸變指數(shù)的意義為在兩種不同轉(zhuǎn)速條件下,低轉(zhuǎn)速的表觀粘度與高轉(zhuǎn)速表觀粘度的比值,反映出流體在剪切力作用下結(jié)構(gòu)被破壞后恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)能力的好壞。觸變指數(shù)是在5.6r/min和65r/min的轉(zhuǎn)速條件下測得的粘度之比。TI值越高觸變性越好,工作性能越理想,在GB50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》中,對各系列的環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠的觸變指數(shù)進行了規(guī)定,粘鋼膠(涂刷型)TI要求不低于4.0。從表2的結(jié)果可以看出,與其他品種相比,添加了TC-1的膠體的觸變劑指數(shù)最高,達到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有機膨潤土體系的粘度與觸變指數(shù)觸變劑在粘結(jié)劑配方中的應(yīng)用穩(wěn)定性是人們普遍關(guān)心的問題,對于某些觸變劑可能存在顏填料沉降、絮凝以及觸變性下降等現(xiàn)象。為了驗證自制聚脲觸變劑的配方穩(wěn)定性,將上述配置的A膠密封保存,定期觀察膠體的狀態(tài)及相應(yīng)的粘度變化。圖3和圖4為添加了各種觸變劑的A膠存儲50d后的粘度和觸變指數(shù)狀態(tài)。從圖中可以看出,TC-2的加入,初期可使A膠具有明顯的增稠、觸變效果。但由于本研究所采用的配方含有大量的高極性增韌劑和稀釋劑,導(dǎo)致?lián)郊恿薚C-2的環(huán)氧膠體在儲存過程中粘度和觸變指數(shù)明顯下降,該體系配方穩(wěn)定性差。經(jīng)過表面處理的疏水氣相白炭黑TC-3同樣具有比較明顯的增稠、觸變效果,且在儲存過程中粘度及觸變指數(shù)基本保持不變。主要原因是經(jīng)過疏水表面處理后,TC-3的表面硅羥基數(shù)量大大減少,因此儲存過程中的穩(wěn)定性大大增加。有機膨潤土TC-4的增稠、觸變效果低于其他觸變劑,但在儲存過程中粘度及觸變指數(shù)同樣基本保持不變,穩(wěn)定性較好。而摻加TC-1的A膠無論是粘度還是觸變指數(shù)TI,經(jīng)過存儲50d后變化不大,穩(wěn)定性優(yōu)于其他幾種觸變劑。3.3結(jié)構(gòu)材料的性能測試參照GB50367-2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定,對摻加了幾種觸變劑的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠按照表1的配方制樣,并進行了性能測試,結(jié)果見表3:從表3的結(jié)果可見,使用了TC-1的結(jié)構(gòu)膠其物理力學(xué)性能與使用氣相白炭黑等觸變劑的結(jié)構(gòu)膠性能相當,完全可以滿足GB50367-2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》的要求。4結(jié)晶間鍵合力⑴采用IPDI預(yù)聚再封