CN103435282B - 具有良好耐久性能的复合磷铝酸盐粘结剂及其粘结方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有良好耐久性能的复合磷铝酸盐粘结剂，包括：15%～75%的甲组分，甲组分为磷铝酸盐胶凝材料；10%～20%的乙组分，乙组分为氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化铁中的任意一种或其任意结合；20%～40%的丙组分，丙组分为磷酸铵、磷酸钠、磷酸钾中的任意一种或其任意结合；8%～20%的A组分，A组分包括石膏、柠檬酸和硼砂盐；0.2%～0.4%的B组分，B组分包括聚羚酸减水剂；15%～40%的C组分，C组分为水。本发明还提供了一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法。本发明的有益效果是：受环境温湿度影响较小；收缩性较小；热稳定性、长期化学稳定性较良好，抗冻融循环性能和抗干湿循环等耐久性能较良好。

Description

具有良好耐久性能的复合磷铝酸盐粘结剂及其粘结方法

技术领域

本发明涉及复合磷铝酸盐粘结剂，尤其涉及一种具有良好耐久性能的复合磷铝酸盐粘结剂及其粘结方法。

背景技术

钢筋混凝土结构经过多年使用后,或因所处环境不同侵蚀性介质的不利作用、钢筋锈蚀等出现耐久性问题；或因改建、扩建而要求结构构件具有更高的承载力；或因地震作用的影响而使结构构件出现局部损伤现象。基于系统可靠性和经济性的全面考虑，对毁坏的结构构件进行补强加固,使其仍能满足安全性、适用性和耐久性要求，不失为提高钢筋混凝土结构使用寿命的重要手段。在工程上常用的钢筋混凝土结构补强方法主要有以下几种：1）增大截面加固法；2）外粘型钢加固法；3）外加预应力加固法；4）喷射混凝土加固方法；5）置换混凝土加固法；6）增设支点加固法；7）粘贴纤维复合材（FRP）加固法；8）粘贴钢板加固法。

由于FRP（FiberReinforcedPolymer，纤维增强复合塑料）具有强度高、极好的耐腐蚀性能及耐久性能、施工便捷等优点；粘贴钢板加固具有施工工艺简单、加固效果好，加固质量容易保证和强度高等优点。粘贴纤维复合材（FRP）加固法和粘贴钢板加固法，近年来在土木工程加固补强领域中得到了广泛的应用。

在用FRP、钢板加固修复后的钢筋混凝土结构在使用过程中，除了承受外部载荷的作用外，还要经受各种使用环境的考验，如温度和湿度变化、长期干湿循环作用、氯盐侵蚀、紫外线照射以及化学介质腐蚀等破坏因素的影响，这些环境破坏因素一方面可能会影响材料本身的物理力学性能，另一方面可能会影响FRP、钢板材料与结构的界面的粘结性能。在当前外贴FRP、钢板加固混凝土结构中使用的配套结构胶绝大部分为环氧类有机高聚物，耐温上限不到80℃，有相关的试验按ISO834标准进行火灾试验，结果表明：在标准升温条件下，碳纤维布同混凝土之间的粘结强度在6min内就会丧失。其次，有机高分子材料还普遍具有以下的缺点：1、受环境温湿度影响较大，且易老化；2、有机高分子材料收缩性较大，且老化后发脆；3、热稳定性、长期化学稳定性较差，抗冻融循环性能和抗干湿循环等耐久性能都很差。这些缺点都限制了FRP、钢板加固混凝土的使用范围，假如没有处理好有机胶的这些缺点，对加固后的混凝土结构来讲也存在着一定的安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种具有良好耐久性能的复合磷铝酸盐粘结剂及其粘结方法。

本发明提供了一种具有良好耐久性能的复合磷铝酸盐粘结剂，包括：

15%～75%的甲组分，甲组分为磷铝酸盐胶凝材料；

10%～20%的乙组分，乙组分为氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化铁中的任意一种或其任意结合；

20%～40%的丙组分，丙组分为磷酸铵、磷酸钠、磷酸钾中的任意一种或其任意结合；

8%～20%的A组分，A组分包括石膏、柠檬酸和硼砂盐；

0.2%～0.4%的B组分，B组分包括聚羚酸减水剂；

15%～40%的C组分，C组分为水。

作为本发明的进一步改进，甲组分为15%，乙组分为20%，丙组分为37%，A组分为9.7%，B组分为0.3%，C组分为18%。

作为本发明的进一步改进，甲组分为25%，乙组分为20%，丙组分为35%，A组分为6.7%，B组分为0.3%，C组分为15%。

本发明还提供了一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法，包括以下步骤：

S1、对被加固的混凝土结构表面用水清洗干净并保持湿润；

S2、确定被加固的混凝土结构的粗糙度；

S3、用上述中任一项所述的复合磷铝酸盐粘结剂抹平被加固的混凝土结构的表面；

S4、在具有所述复合磷铝酸盐粘结剂的混凝土结构的表面上粘贴上纤维增强复合塑料布，并施加压力使所述纤维增强复合塑料布与所述复合磷铝酸盐粘结剂充分接触。

作为本发明的进一步改进，还包括步骤S5：在纤维增强复合塑料布表面涂抹上一层如上述中任一项所述的复合磷铝酸盐粘结剂。

作为本发明的进一步改进，还包括步骤S6：进行3分钟～240分钟的常温固化。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1为：对被加固的混凝土结构表面用水清洗干净并保持湿润72小时。

本发明还提供了一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法，包括以下步骤：

S1、对被加固的混凝土结构表面用水清洗干净并保持湿润；

S2、确定被加固的混凝土结构的粗糙度；

S3、用上述中任一项所述的复合磷铝酸盐粘结剂抹平被加固的混凝土结构的表面；

S4、在具有所述复合磷铝酸盐粘结剂的混凝土结构的表面上粘贴上钢板，并施加压力使所述钢板与所述复合磷铝酸盐粘结剂充分接触。

本发明的有益效果是：通过上述方案，受环境温湿度影响较小，不易老化；收缩性较小，且老化后不容易发脆；热稳定性、长期化学稳定性较良好，抗冻融循环性能和抗干湿循环等耐久性能较良好；工作性好，可快速发展力学性能；需水量较小，适应性强，在高温环境可使用；与各种旧水泥混凝土、钢材及各种有机、无机纤维有良好的界面粘结，并且无须特殊养护。

附图说明

图1是本发明一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法中对被加固的混凝土结构表面用水清洗干净并保持湿润的示意图；

图2是本发明本发明一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法中用复合磷铝酸盐粘结剂抹平被加固的混凝土结构的表面的示意图；

图3是本发明本发明一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法中在具有复合磷铝酸盐粘结剂的混凝土结构的表面上粘贴上纤维增强复合塑料布的示意图；

图4是本发明本发明一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法中在纤维增强复合塑料布表面涂抹上一层复合磷铝酸盐粘结剂的示意图；

图5是本发明一种具有良好耐久性能的复合磷铝酸盐粘结剂形成的粘结界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

图1至图5中的附图标号为：复合磷铝酸盐粘结剂与混凝土结构的过滤层1；复合磷铝酸盐粘结剂与混凝土结构界面2；复合磷铝酸盐粘结剂层3；复合磷铝酸盐粘结剂与混凝土结构粘结界面4；纤维增强复合塑料布5；混凝土结构6；复合磷铝酸盐粘结剂7。

一种具有良好耐久性能的复合磷铝酸盐粘结剂，包括：

15%～75%的甲组分，甲组分为采用62.5级、72.5级和82.5级磷铝酸盐胶凝材料；

10%～20%的乙组分，乙组分为氧化镁（MgO）、氧化锌（ZnO）、氧化铝（Al₂O₃）、氧化铁（Fe₂O₃）中的任意一种或其任意结合；

20%～40%的丙组分，丙组分为磷酸铵、磷酸钠、磷酸钾中的任意一种或其任意结合；

8%～20%的A组分，A组分包括石膏、柠檬酸和硼砂盐；

0.2%～0.4%的B组分，B组分包括聚羚酸减水剂；

15%～40%的C组分，C组分为水（自来水）。

甲组分可优选为15%，乙组分可优选为20%，丙组分可优选为37%，A组分可优选为9.7%，B组分可优选为0.3%，C组分可优选为18%。

甲组分可优选为25%，乙组分可优选为20%，丙组分可优选为35%，A组分可优选为6.7%，B组分可优选为0.3%，C组分可优选为15%。

复合磷铝酸盐(无机）粘结剂7是以磷质和镁质材料与磷铝酸盐胶凝材料复合而成利用磷质材料与镁质材料的酸化硬化和磷铝酸盐胶凝材料的水化硬化这两种固化材料复合而成，形成一种含有酸化固化体和水化固化体且结构中具有无机高分子的三维网络，使硬化系统具有较强粘结力及较高的抗拉、抗压强度的无机硬化体。

复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7的固化条件：常温固化；固化时间可调：3分钟～3、4小时；剥离强度：1.7MPa；拉伸粘结强度：2.15MPa；固化后外观：灰褐色凝固胶体。

按照具体工程使用的要求，甲、乙、丙、A、B、C各组分可在上述各自的百分比范围中选择各自的用量。

例子1：用复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7粘贴纤维增强复合塑料布5加固混凝土结构，为了让粘结剂能更好的浸润纤维增强复合塑料布5，按以下比例配置复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7，在粘结前先对纤维增强复合塑料布5（简称FRP布）进行浸泡20分钟，然后在按下述施工步骤进行施工。按该配合比粘贴纤维增强复合塑料布5后进行实验。实验结果表明：该无机胶体初凝时间：约20分钟；3天抗压强度为：42MPa；剥离强度：1.67MPa；拉伸粘结强度：2.21MPa；试件破坏形态为：被修复体混凝土被剥落。

例子2：用复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7粘贴钢板加固混凝土结构，为了让钢板能较快的与被修复混凝土粘结成型且有较高的力学性能，按以下比例配置复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7，在粘结前先对钢板表面进行清洁（例如除锈等），然后在按下述施工步骤进行施工。按该配合比粘贴钢板后进行实验。实验结果表明：该无机胶体初凝时间：约8分钟；3天抗压强度为：50.2MPa；剥离强度：1.73MPa；拉伸粘结强度：2.3MPa；试件破坏形态为：被修复体混凝土被剥落。

一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法，包括以下步骤：

S1、对被加固的混凝土结构6表面用水清洗干净并保持湿润；

S2、确定被加固的混凝土结构6的粗糙度；

S3、用上述中任一项所述的复合磷铝酸盐粘结剂7抹平被加固的混凝土结构6的表面；

S4、在具有所述复合磷铝酸盐粘结剂7的混凝土结构6的表面上粘贴上纤维增强复合塑料布5，并施加压力使所述纤维增强复合塑料布5与所述复合磷铝酸盐粘结剂7充分接触。

还包括步骤S5：在纤维增强复合塑料布5表面涂抹上一层如上述中任一项所述的复合磷铝酸盐粘结剂7。

还包括步骤S6：进行3分钟～240分钟的常温固化。

所述步骤S1为：对被加固的混凝土结构6表面用水清洗干净并保持湿润72小时。

一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法，包括以下步骤：

S1、对被加固的混凝土结构6表面用水清洗干净并保持湿润；

S2、确定被加固的混凝土结构6的粗糙度；

S3、用上述中任一项所述的复合磷铝酸盐粘结剂7抹平被加固的混凝土结构6的表面；

S4、在具有所述复合磷铝酸盐粘结剂7的混凝土结构6的表面上粘贴上钢板，并施加压力使所述钢板与所述复合磷铝酸盐粘结剂7充分接触。

如图1至图5所示，用复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7粘贴纤维增强复合塑料布5（或钢板）加固混凝土结构6的施工步骤：1、对被加固的混凝土结构6表面用水清洗干净并保持湿润72小时。2、对被加固的混凝土结构6表面进行处理，根据具体的实际情况，确定相应的粗糙度（如图1所示）；3、用复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7抹平被加固的混凝土结构6表面，起到找平作用和粘贴纤维增强复合塑料布5（或钢板）（如图2所示）；4、在低胶表面上粘贴纤维增强复合塑料布5（或钢板），并施加适当的力度使纤维增强复合塑料布5（或钢板）与复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7充分接触粘贴（如图3所示）；5、在纤维增强复合塑料布5（或钢板）表面涂抹上一层复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7，起保护作用（如图4所示）。

如图5所示，在梁、板等受弯构件的粘结问题中，粘结界面可分为5个，包括：复合磷铝酸盐粘结剂与混凝土结构的过滤层1、复合磷铝酸盐粘结剂与混凝土结构界面2、复合磷铝酸盐粘结剂层3、复合磷铝酸盐粘结剂与混凝土结构粘结界面4、纤维增强复合塑料布5。根据界面相应的破坏形式有5种：（1）被加固混凝土结构6开裂剥离破坏，发生大块混凝土被拉下；（2）粘结剂与混凝土结构6界面破坏，粘结剂完全粘在纤维增强复合塑料布5（或钢板）上；（3）粘结剂内部的剪切破坏；（4）粘结剂与纤维增强复合塑料布5（或钢板）界面破坏，粘结剂完全粘在混凝土结构6上；（5）多层粘贴时纤维增强复合塑料布5内部分层破坏。

在粘结性能有保证的情况下，界面处在受力状态下，与混凝土结构6的粘结失效可以归纳为两类：一是在被加固混凝土浅层发生剥离；二是在纤维增强复合塑料布5（或钢板）与混凝土结构6粘结界面处剥离。

复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7的优点主要表现在以下几个方面：①其工作性好，可快速发展力学性能。②需水量较小，适应性强(在高温环境可使用，如1400℃）。③与各种旧水泥混凝土结构6，钢材及各种有机、无机纤维有良好的界面粘结，并且无须特殊养护。④可多种方式施工：如喷射，自密实，浇注，铸造，几小时快速预制。这些优点能解决当前采用各种有机胶，如环氧树脂、聚胺脂和丙烯酸等粘贴FRP、钢板加固混凝土结构时对粘结界面的湿度和温度要求以及胶体不能耐高温的缺陷。

其次，复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7可根据实际工程需要，具有可调节的高强增长特性并生成耐久性优良的稳定化合物，具有分钟或小时的、具有工程应用价值的力学性能，并与其它相关建筑材料有优良的界面物理化学结合。可以解决现时用有机胶粘贴纤维增强复合塑料布5、钢板加固混凝土结构6的长期性能，在实际工程已有案例表明用有机胶粘贴纤维增强复合塑料布5加固混凝土结构6的长期使用性能不容乐观，严重影响了工程加固修复效果。

此外，复合磷铝酸盐（无机）粘结剂7的组成材料均为天然的矿物，是典型的环境友好型粘结材料，具有良好的耐久性且价格便宜。基本可以解决有机胶价格昂贵，施工成本高，有不同程度的毒性和刺激性，以及有机材料容易老化，老化后发脆，变形不一致性等耐久性问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有良好耐久性能的复合磷铝酸盐粘结剂，其特征在于，包括：

15%的甲组分，甲组分为磷铝酸盐胶凝材料；

20%的乙组分，乙组分为氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化铁中的任意一种或其任意结合；

37%的丙组分，丙组分为磷酸铵、磷酸钠、磷酸钾中的任意一种或其任意结合；

9.7%的A组分，A组分包括石膏、柠檬酸和硼砂盐；

0.3%的B组分，B组分包括聚羚酸减水剂；

18%的C组分，C组分为水。

2.一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对被加固的混凝土结构表面用水清洗干净并保持湿润；

S2、确定被加固的混凝土结构的粗糙度；

S3、用权利要求1所述的复合磷铝酸盐粘结剂抹平被加固的混凝土结构的表面；

S4、在具有所述复合磷铝酸盐粘结剂的混凝土结构的表面上粘贴上纤维增强复合塑料布，并施加压力使所述纤维增强复合塑料布与所述复合磷铝酸盐粘结剂充分接触。

3.根据权利要求2所述的复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法，其特征在于，还包括步骤S5：在纤维增强复合塑料布表面涂抹上一层如权利要求1所述的复合磷铝酸盐粘结剂。

4.根据权利要求3所述的复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法，其特征在于，还包括步骤S6：进行3分钟～240分钟的常温固化。

5.根据权利要求2所述的复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法，其特征在于，所述步骤S1为：对被加固的混凝土结构表面用水清洗干净并保持湿润72小时。

6.一种复合磷铝酸盐粘结剂的粘结方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对被加固的混凝土结构表面用水清洗干净并保持湿润；

S2、确定被加固的混凝土结构的粗糙度；

S3、用权利要求1所述的复合磷铝酸盐粘结剂抹平被加固的混凝土结构的表面；

S4、在具有所述复合磷铝酸盐粘结剂的混凝土结构的表面上粘贴上钢板，并施加压力使所述钢板与所述复合磷铝酸盐粘结剂充分接触。