CN101818030B - 一种耐高温无机胶粘剂的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温无机胶粘剂的制备方法及应用。(1)将高岭土在700～900℃高温下煅烧1～4小时；(2)将NaOH加入水玻璃溶液中，调成浓度为35％～40％重量和模数1.0～1.6的水玻璃溶液；(3)将步骤(1)的产物与水玻璃溶液按重量比0.4∶1～0.65∶1混合，搅拌150秒，制成耐高温的无机胶粘剂。本发明制备工艺简单，制备过程无污染，本发明方法制得的无机胶粘剂耐久性好，耐高温性能远好于现有环氧类胶粘剂。
Description
技术领域
本发明属于无机复合材料的制备领域，具体涉及一种耐高温无机胶粘剂的制备方法及应用。
背景技术
在过去十年里，碳纤维布广泛应用于建筑加固改造行业，具有高强高效、便于施工、不增加构件自重和体积、适用面广等优点。但是粘贴碳纤维布用的环氧类胶粘剂的耐火性能比较差，超过60℃后剪切强度大幅下降，导致碳纤维布脱落，影响被加固结构的耐火性能。如果能找到一种耐高温结构胶，用以替代环氧类胶粘剂，便可显著提高碳纤维布加固结构的耐火性能。无机胶拥有良好的耐高温性能，而且抗老化、成本低、对环境无污染，可应用于碳纤维布加固结构。
发明内容
为了改善碳纤维布加固混凝土结构的耐高温性能，本发明的目的是提供一种耐高温无机胶粘剂的制备方法及应用。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
(1)将高岭土在700～900℃高温下煅烧1～4小时；
(2)将NaOH加入水玻璃溶液中，调成浓度为35％～40％重量和模数1.0～1.6的水玻璃溶液；
(3)将步骤(1)的产物与水玻璃溶液按重量比0.4∶1～0.65∶1混合，搅拌150秒，制成耐高温的无机胶粘剂。
本发明耐高温的无机胶粘剂要求配置好以后尽快使用，可以保证在2小时内有效。
本发明制备方法制得的耐高温无机胶粘剂可在碳纤维布加固混凝土结构中的应用。
(1)按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS 146：2003)的规定，清除待粘贴混凝土构件表面的劣化混凝土，露出混凝土结构层；将待粘贴混凝土构件表面打磨平整，除去表层杂质，直至完全露出混凝土结构新面，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状；
(2)将碳纤维布全部浸泡在权利要求1制得的无机胶粘剂中；在混凝土构件表面均匀地涂抹一层权利要求1制备的无机胶粘剂，胶层厚度为0.5～1mm，待无机胶粘剂凝结成固体；将浸泡在权利要求1制得的无机胶粘剂中的碳纤维布取出并贴于构件表面后，再在碳纤维布表面涂抹一层权利要求1制得的无机胶粘剂，胶层厚度2～3mm，并用滚筒在碳纤维布上来回碾压至少2分钟。
(3)最后在碳纤维布表面涂抹一层权利要求1制得的无机胶粘剂，覆盖保鲜膜7天以上，即可将碳纤维布粘贴在构件表面。
步骤(2)所述浸泡的同时用滚筒碾压碳纤维布10分钟以上。
步骤(1)所述圆弧的半径不小于20mm。
所述劣化混凝土为剥落、疏松、蜂窝或腐蚀的混凝土。
所述表层杂质为浮浆或油污。
最后在碳纤维布表面涂抹的一层权利要求1制得的无机胶粘剂无量限制。
本发明相对于现有技术所具有的优点及有益效果是：
(1)本发明耐高温的无机胶粘剂在常温下的力学性能与环氧类胶粘剂相近，温度高于100℃时力学性能远远超过环氧类胶粘剂；
(2)本发明耐高温的无机胶粘剂制备方法简单，成本低廉，碳纤维布的粘贴施工工艺与环氧类胶粘剂相似，便于工程应用。
附图说明
图1为实施例5中测试平均剪切强度的示意图。
具体实施方式
实施例1：
(1)将200g广东茂名产高岭土置于高温电阻炉中在800℃煅烧保温3小时；
(2)将57gNaOH加入到292g浓度为27.3％重量、模数3.17的水玻璃溶液中，蒸发掉41g水，调出308g浓度40％(重量)和模数1.0的水玻璃溶液；
(3)将步骤(1)的产物与水玻璃溶液按重量比＝0.65∶1的比例混合，搅拌150秒，制成无机胶粘剂。
将无机胶粘剂倒入2cm×2cm×2cm不锈钢模具中，振捣均匀，放入水泥恒温恒湿养护箱中养护28天。测得其抗压强度为51.2MPa。
按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS 146：2003)的规定，清除混凝土构件表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀的劣化混凝土，露出混凝土结构层；打磨平整，除去表层浮浆、油污杂质，直至完全露出混凝土结构新面，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径为20mm；将碳纤维布全部浸泡在实施例1制得的无机胶粘剂中，然后用滚筒碾压碳纤维布10分钟；在混凝土构件表面均匀地涂抹一层实施例1制备的无机胶粘剂，胶层厚度0.5mm，待无机胶粘剂凝结成固体；将浸泡在实施例1制得的无机胶粘剂中的碳纤维布取出并贴于构件表面，再在碳纤维布表面涂抹一层实施例1制得的无机胶粘剂，胶层厚度2mm，并用滚筒在碳纤维布上来回碾压2分钟。
最后在碳纤维布表面涂抹一层实施例1制得的无机胶粘剂，覆盖保鲜膜7天，即可将碳纤维布粘贴在构件表面。
实施例2：
(1)将200g广东茂名产高岭土置于高温电阻炉中在700℃煅烧保温1小时；
(2)将50gNaOH加入到350g浓度为27.3％重量、模数3.17的水玻璃溶液中，蒸发掉17g水，调出385g浓度35％(重量)和模数1.2的水玻璃溶液；
(3)将步骤(1)的产物与水玻璃溶液按重量比＝0.52∶1的比例混合，搅拌150秒，制成无机胶粘剂。
将无机胶粘剂倒入2cm×2cm×2cm不锈钢模具中，振捣均匀，放入水泥恒温恒湿养护箱中养护28天。测得其抗压强度为28.2MPa。
按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS 146：2003)的规定，清除混凝土构件表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀的劣化混凝土，露出混凝土结构层；打磨平整，除去表层浮浆、油污杂质，直至完全露出混凝土结构新面，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径为20mm；将碳纤维布全部浸泡在实施例2制得的无机胶粘剂中，然后用滚筒碾压碳纤维布10分钟；在混凝土构件表面均匀地涂抹一层实施例2制备的无机胶粘剂，胶层厚度0.8mm，待无机胶粘剂凝结成固体；将浸泡在实施例2制得的无机胶粘剂中的碳纤维布取出并贴于构件表面，再在碳纤维布表面涂抹一层实施例2制得的无机胶粘剂，胶层厚度2.5mm，并用滚筒在碳纤维布上来回碾压5分钟。
最后在碳纤维布表面涂抹一层实施例2制得的无机胶粘剂，覆盖保鲜膜7天，即可将碳纤维布粘贴在构件表面。
实施例3：
(1)将200g广东茂名产高岭土置于高温电阻炉中在700℃煅烧保温4小时；
(2)将53gNaOH加入到484g浓度为27.3％重量、模数3.17的水玻璃溶液中，蒸发掉104g水，调出435g浓度40％(重量)和模数1.4的水玻璃溶液；
(3)将步骤(1)的产物与水玻璃溶液按重量比＝0.46∶1的比例混合，搅拌150秒，制成无机胶粘剂。
将无机胶粘剂倒入2cm×2cm×2cm不锈钢模具中，振捣均匀，放入水泥恒温恒湿养护箱中养护28天。测得其抗压强度为37.3MPa。
按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS 146：2003)的规定，清除混凝土构件表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀的劣化混凝土，露出混凝土结构层；打磨平整，除去表层浮浆、油污杂质，直至完全露出混凝土结构新面，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径为20mm；将碳纤维布全部浸泡在实施例3制得的无机胶粘剂中，然后用滚筒碾压碳纤维布10分钟；在混凝土构件表面均匀地涂抹一层实施例3制备的无机胶粘剂，胶层厚度1mm，待无机胶粘剂凝结成固体；将浸泡在实施例3制得的无机胶粘剂中的碳纤维布取出并贴于构件表面，再在碳纤维布表面涂抹一层实施例3制得的无机胶粘剂，胶层厚度3mm，并用滚筒在碳纤维布上来回碾压7分钟。
最后在碳纤维布表面涂抹一层实施例3制得的无机胶粘剂，覆盖保鲜膜7天，即可将碳纤维布粘贴在构件表面。
实施例4：
(1)将200g广东茂名产高岭土置于高温电阻炉中在900℃煅烧保温3小时；
(2)将30gNaOH加入到356g浓度为27.3％重量、模数3.17的水玻璃溶液中，蒸发掉42g水，调出346g浓度35％(重量)和模数1.6的水玻璃溶液；
(3)将步骤(1)的产物与水玻璃溶液按重量比＝0.58∶1的比例混合，搅拌150秒，制成无机胶粘剂。
将无机胶粘剂倒入2cm×2cm×2cm不锈钢模具中，振捣均匀，放入水泥恒温恒湿养护箱中养护28天。测得其抗压强度为40.2MPa。
按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS 146：2003)的规定，清除混凝土构件表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀的劣化混凝土，露出混凝土结构层；打磨平整，除去表层浮浆、油污杂质，直至完全露出混凝土结构新面，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径为20mm；将碳纤维布全部浸泡在实施例4制得的无机胶粘剂中，然后用滚筒碾压碳纤维布10分钟；在混凝土构件表面均匀地涂抹一层实施例4制备的无机胶粘剂，胶层厚度1mm，待无机胶粘剂凝结成固体；将浸泡在实施例4制得的无机胶粘剂中的碳纤维布取出并贴于构件表面，再在碳纤维布表面涂抹一层实施例4制得的无机胶粘剂，胶层厚度3mm，并用滚筒在碳纤维布上来回碾压7分钟。
最后在碳纤维布表面涂抹一层实施例4制得的无机胶粘剂，覆盖保鲜膜7天，即可将碳纤维布粘贴在构件表面。
实施例5：
(1)将200g广东茂名产高岭土置于高温电阻炉中在800℃煅烧保温3小时；
(2)将57gNaOH加入到292g浓度为27.3％重量、模数3.17的水玻璃溶液中，蒸发掉41g水，调出308g浓度40％(重量)和模数1.0的水玻璃溶液；
(3)将步骤(1)的产物与水玻璃溶液按重量比＝0.65∶1的比例混合，搅拌150秒，制成无机胶粘剂。
根据GB/T 7124-2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料》的试验方法，检测无机胶粘剂在不同温度下的拉伸剪切强度，并与环氧类胶粘剂进行对比，结果如下：
从表中可以看出，随着温度升高环氧类胶粘剂性能退化，而无机胶粘剂性能基本保持稳定，两者差距逐渐缩小，温度超过80℃后环氧类胶粘剂的拉伸剪切强度逐渐落后于无机胶粘剂，120℃时环氧类胶粘剂的拉伸剪切强度仅为无机胶粘剂的32％。
实施例6
(1)将200g广东茂名产高岭土置于高温电阻炉中在800℃煅烧保温3小时；
(2)将57gNaOH加入到292g浓度为27.3％重量、模数3.17的水玻璃溶液中，蒸发掉41g水，调出308g浓度40％(重量)和模数1.0的水玻璃溶液；
(3)将步骤(1)的产物与水玻璃溶液按重量比＝0.65∶1的比例混合，搅拌150秒，制成无机胶粘剂。
按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》制成标准水泥砂浆试块，尺寸为160mm×40mm×40mm，在标准条件下养护28d后测得其平均抗折强度为6.36MPa，平均抗压强度为35.87MPa。
根据《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS 146：2003)，将水泥砂浆试块表面清洗干净，晾干备用。
裁成420mm×37mm的碳纤维布2，把碳纤维布2的两端各30mm的长度浸泡在无机胶粘剂中，并用滚筒碾压碳纤维布10分钟；在水泥砂浆试块1的上表面端部30mm×37mm范围内均匀地涂抹一层实施例6制得的无机胶粘剂，胶层厚度0.5mm，待无机胶粘剂凝结成固体；将两端浸泡过无机胶粘剂的碳纤维布2贴于水泥砂浆试块1的上表面，然后在碳纤维布2上再涂抹一层无机胶粘剂，胶层厚度2mm，并用滚筒在碳纤维布2上来回碾压2分钟。最后再在碳纤维布2表面涂抹一层实施例6制得的无机胶粘剂，放入水泥恒温恒湿养护箱中养护，1天后无机胶粘剂已经凝结并形成强度，将水泥砂浆试块1翻过来，按照上述粘贴方法，将碳纤维布2的另一端粘贴在水泥砂浆试块1的下表面端部，粘贴面积为60mm×37mm，然后放入水泥恒温恒湿养护箱中养护28天。
另一组水泥砂浆试块作为对比试件，采用环氧类胶粘剂粘贴碳纤维布，粘贴方法与上述方法相同。
采用如图1所示的方法，在水泥砂浆试块1的前部设置约束4将水泥砂浆试块1固定住，通过销栓3拉伸碳纤维布2，直至破坏。对比不同温度下采用无机胶粘剂时的破坏拉力和采用环氧类胶粘剂时的破坏拉力，结果如表1所示。
试验发现：采用环氧类胶粘剂时，160℃对应的破坏拉力只有20℃时的13％；而采用无机胶粘剂时，160℃对应的破坏拉力可达20℃时的92％，显示出良好的耐高温性能。
Claims (6)
1.一种耐高温无机胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高岭土在700～900℃高温下煅烧1～4小时；
(2)将NaOH加入水玻璃溶液中，调成浓度为35％～40％重量和模数1.0～1.6的水玻璃溶液；
(3)将步骤(1)的产物与水玻璃溶液按重量比0.4∶1～0.65∶1混合，搅拌150秒，制成耐高温的无机胶粘剂。
2.权利要求1所述制备方法制得的耐高温无机胶粘剂在碳纤维布加固混凝土结构中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清除混凝土构件表面的劣化混凝土，露出混凝土结构层；打磨平整，除去表层杂质，直至完全露出混凝土结构新面，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状；
(2)将碳纤维布全部浸泡在权利要求1制得的无机胶粘剂中；在混凝土构件表面均匀地涂抹一层权利要求1制备的无机胶粘剂，胶层厚度为0.5～1mm，待无机胶粘剂凝结成固体；将浸泡在权利要求1制得的无机胶粘剂中的碳纤维布取出并贴于构件表面后，再在碳纤维布表面涂抹一层权利要求1制得的无机胶粘剂，胶层厚度2～3mm，并用滚筒在碳纤维布上来回碾压至少2分钟；
(3)最后在碳纤维布表面涂抹一层权利要求1制得的无机胶粘剂，覆盖保鲜膜7天以上，即可将碳纤维布粘贴在构件表面。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述浸泡的同时用滚筒碾压碳纤维布10分钟以上。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述圆弧的半径不小于20mm。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述劣化混凝土为剥落、疏松、蜂窝或腐蚀的混凝土。
6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述表层杂质为浮浆或油污。
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