CN102295905A

CN102295905A - 缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102295905A
Application number: CN2011101838205A
Authority: CN
Inventors: 赵建昌
Original assignee: Gansu Taida Construction Technology Development Co Ltd
Current assignee: Gansu Taida Construction Technology Development Co Ltd
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2011-12-28

Abstract

本发明涉及一种缓粘结预应力筋用缓粘结胶粘剂材料及制备方法。一种缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料，所述材料包括重量比为100：5～25环氧树脂、固化剂；本发明还提供缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料的制备方法，该方法包括填料预处理、确定配料、配料搅拌、配料研磨等几个步骤，制得所述的材料。本发明具有从配制到使用中间间隔时间可以调节、所有的制作工作均在工厂里完成，适于流水作业，可大批量生产、在钢筋张拉前像无粘结钢铰线一样，搬运时能承受较大的弯曲，且不必担心会破坏缓粘结材料的保护层，因而在运输、就位、吊装、绑扎时很方便等优点。

Description

缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种缓粘结预应力筋用缓粘结胶粘剂材料及制备方法。

背景技术

缓粘结预应力技术秉承了无粘结预应力技术简便宜行的施工优点，又克服了有粘结预应力技术施工工艺复杂、节点使用条件受限的弊端，其简单的施工工艺、优良的力学指标，使结构的抗震性能得到显著改善。缓粘结预应力钢筋采用特定的缓凝材料，保证了缓粘结预应力钢筋在张拉前不凝结，张拉后逐渐凝结硬化达到与有粘结预应力钢筋相似的力学效果。缓粘结预应力的核心技术是缓凝材料的研制，目前普遍使用的是由水泥、水、砂和复合缓凝添加剂按照一定比例搅拌而成的缓凝砂浆。然而，用缓凝砂浆制成的缓粘结预应力筋从配制到使用中间间隔时间较短，不宜大量使用，工厂化生产难度较大，一般是在工地现场制作，且制作繁琐，成品外部仅用塑料布包裹很容易损坏，搬运过程中其线形曲率不能太大，因而施工时比较麻烦。由于要求外包于预应力筋的缓凝砂浆厚度比较大（一般为5cm），致使整根缓粘结筋比较粗，因而对混凝土构件横截面的削弱较大。同时这种缓粘结预应力筋只能用于跨度较小的结构构件，而且只宜布成直线形式。

针对以上诸多问题，近年来，国内外一些研究工作中开展了一些新兴缓粘结技术的探索工作。日本神钢钢线工业株式会社与日本京都大学开展了以树脂为缓凝材料的新一代缓粘结预应力钢筋的试验研究，翻开了缓粘结预应力技术新的一页（神橋制钢技报 2003,53(1):103）。天津市建筑科学研究院、天津港湾工程研究所等单位申请的专利CNl425731A公开了一种预应力筋用缓粘结胶粘剂材料，其由环氧树脂、增塑剂、固化剂和填料组成，其中固化剂为双氰胺或咪唑。这种缓粘结预应力筋用胶粘剂常温常压下固化反应缓慢，要1～2年才能逐渐达到固化状态，只有在一定的外界条件（如加热和光照）下才能尽快发生固化反应，因此在某些施工条件下无法保证其完全固化，也就无法达到所需要的强度等性能指标要求。而且咪唑有毒，对皮肤、粘膜有刺激性和腐蚀性，这限制了其使用范围。中国京冶工程技术有限公司等单位申请的专利CN1775889A也公开了一种预应力筋用缓粘结胶粘剂，它由双酚-A型环氧树脂、活性稀释剂双酚A二甘油醚和固化剂聚酰胺等组成。这种缓粘结预应力筋用胶粘剂材料具有较好的韧性和高冲击强度，但用聚酰胺作为固化剂其固化速度较快，室温下一周止半个月就可以使环氧树脂固化，又因为其分子较大，受空间位阻影响，其固化不完全，并且得到的固化产物耐热性比较低。

综上所述，当前的预应力筋用缓粘结材料表现出的性能无法满足缓粘结预应力技术中有关固化时间、粘结强度、耐热性能和环保性能等指标的完全要求。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种凝结速度和固化时间可根据工程实际需要进行调控的预应力筋用缓粘结胶粘剂材料及其制备工艺。这种缓粘结材料在前期具有良好的流动性；经挤压涂覆、包裹工艺后，与预应力筋具有良好的附着性，能够将空隙填充并紧密包裹；随着时间的推移，缓粘结材料在固化剂的作用下逐渐固化，与钢筋、外包护套之间的粘结力不断增大；最终在一定的时间内，缓粘结材料完全固化，并与钢筋和外包护套之间产生强粘结力并具有优异的力学性能，能够完全满足道路、桥梁、水利建设中对缓粘结预应力钢筋的要求和需要。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料，所述材料包括重量比为100：5～25环氧树脂、固化剂。

进一步，所述的材料还包括有相对于100份环氧树脂重量比为5～10的活性稀释剂、5～30的增韧剂、1～10的增塑剂和50～300的填料。

进一步，所述的固化剂为苯肼改性双氰胺。

进一步，所述材料的密度为1～1.5g/cm³，pH在7～8，固含量大于99.5%，固化时间为1-12个月。

进一步，所述的环氧树脂为低分子量双酚A型环氧树脂E44、E51一种或两种的组合。

进一步，所述的活性稀释剂为苯基缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚、十二-十四烷基缩水甘油醚中的一种或三种的组合。

进一步，所述的增韧剂为活性丁腈橡胶、热塑性聚氨酯的其中一种或两种的组合。

进一步，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯的其中一种或两种的组合。

进一步，所述的填料为水泥、轻质碳酸钙、硅灰石的其中一种或三种的组合。

本发明还提供一种缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）填料预处理：将所述的填料预先用粉碎机进行粉碎细化，使填料的粒径小于50μm；然后用干燥机进行干燥处理；

（2）确定配料：根据实际工程对固化时间的要求，确定缓粘结材料各组分的配比并进行精确称量；

（3）配料搅拌：将环氧树脂、固化剂、活性稀释剂、增韧剂和增塑剂加入到捏合机中搅拌混和均匀后，将步骤（1）中制备出的填料投入到捏合机中继续搅拌，得到搅拌混合均匀的混合材料；

（4）配料研磨：将搅拌好的混合材料经三辊机反复研磨3～5次，以使配料混和更加均匀同时排除搅拌中卷入的气泡，完毕后，制得所述的材料，所述材料的密度为1～1.5g/cm³，pH在7～8，固含量大于99.5%，固化时间在1-12个月之间。

本发明的有益效果是：

1. 用本发明制备的缓粘结材料为缓凝组分制备的预应力钢筋，与目前普遍使用的以缓凝砂浆作为缓凝组分制备预应力筋来说,具有许多优势:(1)缓粘结预应力筋从配制到使用中间间隔时间可以调节；（2）预应力筋所有的制作工作均在工厂里完成，适于流水作业，可大批量生产；（3）缓粘结材料外部用塑料波纹管包裹，其对内部的缓粘结材料形成很好的保护，在钢筋张拉前像无粘结钢铰线一样，搬运时能承受较大的弯曲，且不必担心会破坏缓粘结材料的保护层，因而在运输、就位、吊装、绑扎时均比用缓凝砂浆制成的缓粘结预应力筋要方便的多；（4）预应力筋不像外包缓凝砂浆的缓粘结筋那样臃肿，外包于预应力筋的缓粘结材料和套管的总厚度不大，因而对构件横截面的削弱较小。

2．本发明可根据工程实际的要求和需要，控制缓粘结材料的固化时间在1-12个月的适宜范围之内，并且本发明制备的缓粘结材料在固化过程中对外界环境无特殊要求，在室温条件下进行即可，无需加热。这样有效解决了当前产品在常温常压下要么固化速度较快、要么需要很长时间或经过加热才能固化的缺点。

3．本发明未使用非活性稀释剂，而仅使用活性稀释剂。活性稀释剂分子中含有环氧基团，能够与固化剂起化学反应和环氧树脂一起固化，从而可有效避免由于非活性稀释剂的渗出所引起的制品体积收缩过大、机械强度低等一系列问题。而且使用的大分子量活性稀释剂同时还对环氧树脂具有增韧作用，从而赋予固化物具有良好的韧性。

4. 本发明使用了活性丁腈橡胶、热塑性聚氨酯作为增韧剂，通过与环氧树脂发生反应，使环氧树脂固化物中存在微相分离的海岛型两相结构，可以实现整个体系的强韧性，同时赋予固化物具有良好的弹性、密封性、耐溶剂性能和抗冲击性，从而改善了环氧树脂胶粘剂剥离强度低的缺点和易开裂的缺陷。

5．本发明制备的缓粘结材料呈弱碱性，并且不含挥发成分、无异味、对人体、环境无害，并在整个固化过程中几乎没有体积上的变化，也不会释放出水或其它小分子的气体及化合物，故固化物的收缩率很低。而且，形成的致密三维网状结构阻断了外界腐蚀性介质到达钢筋的通道，对预应力筋起到了极好的防腐作用，有利于结构的耐久性。

6．本发明制备的缓粘结材料在固化剂及活性稀释剂、增韧剂的作用下，逐渐固化的过程中内聚力及韧性显著增强，和被粘结预应力钢筋和护套之间产生极强的粘结力，从而使固化后的产品具有优异的力学性能、较好的耐热性和绝缘性。其中其固化产物的拉伸剪切强度最大可达到30 MPa，抗压强度最大可达到100 MPa。

附图说明

图1：用本发明实施例1制备的预应力钢筋剖视图；

图2：本发明实施例2制备的缓粘结材料固化前(a)和固化后(b)的红外光谱图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1～5：一种缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料，所述材料包括重量比按照表1所述的环氧树脂、固化剂，所述的环氧树脂为低分子量双酚A型环氧树脂E44、E51，所述的固化剂为苯肼改性双氰胺。

表1

实施例	环氧树脂	固化剂
			1	100	5
2	100	10
			3	100	15
4	100	20
			5	100	25

实施例6：一种缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料，所述材料包括环氧树脂、固化剂、活性稀释剂、增韧剂、增塑剂和填料，其重量比相对于环氧树脂的重量份数为100份、固化剂重量比为：5～25、活性稀释剂重量比为：5～10、增韧剂重量比为：5～30、增塑剂重量比为：1～10、填料：50～300。

所述的固化剂为苯肼改性双氰胺；

所述的环氧树脂为低分子量双酚A型环氧树脂E44、E51两种或两种的组合；

所述的活性稀释剂为苯基缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚、十二-十四烷基缩水甘油醚中的一种或三种的组合。

所述的增韧剂为活性丁腈橡胶、热塑性聚氨酯的其中一种或两种的组合。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯的其中一种或两种的组合。

所述的填料为水泥、轻质碳酸钙、硅灰石的其中一种或三种的组合。

实施例7～15：与实施例6相同，不同的是：所述的缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料是由环氧树脂、固化剂，活性稀释剂、增韧剂、增塑剂、填料按表2中的重量比组成：

表2

Figure 2011101838205100002DEST_PATH_IMAGE001

实施例15～22：与实施例6相同，不同的是：所述的活性稀释剂为苯基缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚、十二-十四烷基缩水甘油醚按照表3中的重量比组成：

表3

实施例	苯基缩水甘油醚	聚乙二醇缩水甘油醚	十二-十四烷基缩水甘油醚
				15	10	0	0
16	2	5	3
				17	5	3	2
18	8	1	1
				19	1	8	1
20	1	1	8
				21	0	10	0
22	0	0	10

实施例23～26：与实施例6相同，不同的是：所述的增韧剂为活性丁腈橡胶、热塑性聚氨酯按照表3中的重量比组成。

表4

实施例	活性丁腈橡胶	热塑性聚氨酯
			23	10	0
24	10	10
			25	0	20
26	0	30

实施例27～30：与实施例6相同，不同的是：所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯按照表4中的重量比组成。

表5

实施例	邻苯二甲酸二丁酯	邻苯二甲酸二辛酯
			27	5	0
28	0	5
			29	5	5
30	2	5

实施例31～34：与实施例6相同，不同的是：所述的填料为水泥、轻质碳酸钙、硅灰石是按照表5中的重量比组成。

表6

实施例	水泥	轻质碳酸钙	硅灰石
				31	0	0	50
32	100	0	0
				33	100	50	50
34	300	0	0

实施例35：本发明还提供一种缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料的制备方法，包括如下步骤：

以下根据实际工作需求列举工作实施例：

具体工作实施例1：

2个月固化的缓粘结材料，其配方如下：E51型环氧树脂10千克、肼改性双氰胺固化剂2.3千克、活性稀释剂聚乙二醇缩水甘油醚0.8千克、增韧剂活性热塑性聚氨酯0.6千克、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯0.1千克、填料硅灰石10千克。

将上述各组份按如下步骤制成本发明缓粘结材料：

（1）将填料预先用粉碎机进行粉碎细化，使填料的粒径小于50μm；然后用干燥机进行干燥处理6小时；

（2）将环氧树脂、固化剂、活性稀释剂、增韧剂和增塑剂加入到捏合机中搅拌混和5分钟，然后将经过粉碎、干燥的填料投入到捏合机中并继续搅拌混和10分钟；

（3）将搅拌混合好的胶凝材料投入三辊机，用三辊机反复研磨三次，以使其混和的更加精细均匀，同时排除搅拌中卷入的气泡，最后出料、包装。

由此制作的缓粘结材料具有良好的流动性、附着力、韧性、耐热性、绝缘性、无毒害污染性以及低收缩率、强粘结和高强度等特点，是一种全新的预应力筋用高性能缓粘结材料。图1为用本发明得到的缓粘结材料制备的尺寸为160×40×40 mm的标准测试试件及缓粘结预应力筋剖视图。

具体工作实施例2：

4个月固化的缓粘结材料，其制备方法与实施例1相同，配方如下：E44型环氧树脂10千克、肼改性双氰胺固化剂2.0千克、活性稀释剂苯基缩水甘油醚0.8千克、增韧剂活性丁腈橡胶1千克、增塑剂邻苯二甲酸二丁酯0.12千克、填料P042.5硅酸盐水泥15千克。

图2为本发明制备的缓粘结材料固化前(a)和固化后(b)的红外光谱图。从图可以看出：缓粘结材料固化前在910 cm^-1存在环氧基团的吸收峰，而在固化后环氧基团的吸收峰已消失，表明在固化剂的作用下环氧基团发生了开环反应，从而使环氧树脂得以固化。

具体工作实施例3：

6个月固化的缓粘结材料，其制备方法与实施例1相同，配方如下：E44型环氧树脂10千克、肼改性双氰胺固化剂1.7千克、活性稀释剂十二-十四烷基缩水甘油醚1.1千克、增韧剂活性丁腈橡胶1.3千克、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯0.11千克、填料轻质碳酸钙10千克。

具体工作实施例4：

9个月固化的缓粘结材料，其制备方法与实施例1相同，配方如下：E51型环氧树脂10千克、肼改性双氰胺固化剂1.2千克、活性稀释剂苯基缩水甘油醚1.5千克、增韧剂活性丁腈橡胶1.8千克、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯0.12千克、填料P042.5硅酸盐水泥5千克。

具体工作实施例5：

12个月固化的缓粘结材料，其制备方法与实施例1相同，配方如下：E44型环氧树脂10千克、肼改性双氰胺固化剂0.8千克、活性稀释剂聚乙二醇缩水甘油醚1.6千克、增韧剂活性丁腈橡胶2.5千克、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯0.15千克、填料P042.5硅酸盐水泥15千克。

在图1中，为通过上述方法制造出材料，之后制成的缓粘结预应力钢筋，包括有钢筋1，在所述的钢筋1外表面设有至少一层缓粘结材料层2，在缓粘结材料层2的外表面设有外包护套3。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料，其特征在于，所述材料包括重量比为100：5～25环氧树脂、固化剂。

2.如权利要求1所述的缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料，其特征在于，所述的材料还包括有相对于100份环氧树脂重量比为5～10的活性稀释剂、5～30的增韧剂、1～10的增塑剂和50～300的填料。

3.如权利要求1所述的预应力筋用缓粘结材料，其特征在于，所述的固化剂为苯肼改性双氰胺。

4.如权利要求1至3任一所述的预应力筋用缓粘结材料，其特征在于，所述材料的密度为1～1.5g/cm³，pH在7～8，固含量大于99.5%，固化时间为1-12个月。

5.如权利要求2所述的预应力筋用缓粘结材料，其特征在于，所述的环氧树脂为低分子量双酚A型环氧树脂E44、E51一种或两种的组合。

6.如权利要求2所述的预应力筋用缓粘结材料，其特征在于，所述的活性稀释剂为苯基缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚、十二-十四烷基缩水甘油醚中的一种或三种的组合。

7.如权利要求2所述的预应力筋用缓粘结材料，其特征在于，所述的增韧剂为活性丁腈橡胶、热塑性聚氨酯的其中一种或两种的组合。

8.如权利要求2所述的预应力筋用缓粘结材料，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯的其中一种或两种的组合。

9.如权利要求2所述的预应力筋用缓粘结材料，其特征在于，所述的填料为水泥、轻质碳酸钙、硅灰石的其中一种或三种的组合。

10.一种缓粘结预应力筋用高性能缓粘结材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（4）配料研磨：将搅拌好的混合材料经三辊机反复研磨3～5次，以使配料混和更加均匀同时排除搅拌中卷入的气泡，完毕后，制得所述的材料。