CN103555245B - 一种铰缝修复加固用环氧胶粘剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铰缝修复加固用环氧胶粘剂及其应用，该环氧胶粘剂由组分A和组分B组成，组分A由双酚A型环氧树脂、含有双键的改性环氧树脂及稀释剂、增韧剂等组成，组分B由改性多元胺固化剂、阳离子催化聚合型固化剂、自由基引发剂等组成，该环氧胶粘剂固化前的适用期长、粘度低，且拥有适当触变性能，固化期极短且内聚强度及粘结强度不受冲剪作用和潮湿环境影响，而固化后收缩小、韧性好、抗冲击、耐疲劳；将其应用于板梁桥铰缝修复加固，完全满足于不中断交通条件下的板梁桥铰缝修复加固要求。

Description

一种铰缝修复加固用环氧胶粘剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种铰缝修复加固用环氧胶粘剂及其应用，属于胶粘剂领域。

背景技术

随着我国公路建设的快速发展，大批公路桥梁的病害问题也越显突出。在现有的高速公路桥梁结构中，预制空心板桥梁在数量上占有较大的比重。由于早期设计存在的缺陷，桥梁铰缝浅而小，不能形成有效的横向连接，而且多数铰缝施工时材料选择不当、施工质量不过关，导致预制空心板桥梁的铰缝成为其发生病害最主要的部位。一旦铰缝出现病害，不仅梁板铰缝混凝土发生开裂、松动和脱落，桥面铺装也会沿铰缝出现纵向裂缝，桥底空心板板缝间渗水，这些裂缝和病害的出现进一步削弱了各板之间的横向连接，使得各板受力状态发生改变，横向分布不均，严重时造成单板受力的最不利工作状态。单板受力的状态如果不及时得到改善和恢复，将对桥梁结构安全和正常运营构成严重威胁。

目前，国内外现有空心板桥梁铰缝加固处理技术基本分为四种：1.重新浇筑桥面铺装及铰缝混凝土，需要凿除、清理既有桥面铺装及破坏了的铰缝混凝土，重新铺设桥面铺装钢筋网；2.锚固联结钢板，需要在相邻板顶、板底设置、粘贴锚固钢板；3.增设剪力钢筋，需要穿过铰缝设置剪力钢筋；4.施加横向预应力，需要制作承力支架并在桥面上铺木、钢板等，张拉前后还需要拆除和恢复人行道。以上各种处理均需要较长时间中断交通施工。

环氧树脂具有粘接强度高，可常温固化，固化产物收缩率小，力学性能优良以及耐腐蚀性能好等特点，在土木工程领域中已有广泛的应用。环氧树脂胶粘剂以其优良的力学与粘结性能、良好的适应性而成为结构修复加固工程中的主导材料。近几年，开始有研究报道通过在空心板间灌注环氧树脂加固空心板桥梁铰缝，此种技术通过在空心板破损铰缝中灌注环氧树脂，恢复铰缝两侧混凝土之间的粘结，进而有效恢复桥梁结构的整体性。由于采用了桥梁板板底灌注压浆而无需任何桥面作业，因此可以最大限度地减小桥梁修复施工对交通的影响。实现该种结构，一般要求在环氧树脂灌缝结束后的18h内不得扰动铰缝（实际交通封闭的时间也与施工现场的温度密切相关），也就是说，整个施工作业需要中断桥面交通至少18h以上；此外，普通环氧树脂胶粘剂固化后普遍存在质脆、韧性差、潮湿环境粘接性能低、抗冲击能力及抗长期应力不理想以及初始粘度高、渗透性差等问题，从而影响最终的加固效果。

中国专利89108710.9提出了一种由改性环氧型丙烯酸树脂及固化剂、交联剂、引发剂等组分构成的瞬间堵漏胶，适用于粘补250℃高温及1.5MPa高压的容器及管道的堵漏。该胶在常温下配制，在5分钟内固化，使用方便，使用有效期长。天津市合成材料工业研究所研制的HY-911III常温瞬时固化环氧胶，A组分由环氧树脂、聚氯乙烯溶胶、石英粉、气象白炭黑组成，B组分由三氟化硼四氢呋喃络合物、磷酸、2-甲基咪唑、气象二氧化硅组成。其25℃适用期仅1～3min（1～3g的量），25℃环境下0.5～2h固化，30min剪切强度10MPa以上，2h剪切强度18MPa以上，适用于金属与除聚烯烃以外的非金属材料粘接。上述两项环氧胶粘剂虽都具有瞬时固化特性，但很明显不是针对铰缝灌注用特种结构胶粘剂的特殊施工要求来开发，即使具有一定的内聚及粘结强度，两者的适用期都太短而无法满足施工中灌浆过程的需要，且其综合性能的设计也根本没有达到铰缝加固工程对环氧胶粘剂的实际要求。

快速固化环氧胶粘剂的提法在环氧胶粘剂中较为很普遍，快速固化的定义一般理解为环氧胶粘剂可以在几个小时，甚至几十分钟内就固化。快速固化环氧胶粘剂的适用范围一般是快速定位、装配、灌封、快速修补和应急胶接等场合。200410022810.3通过改性环氧树脂与改性多胺、羟基化合物和硫脲复合物的配合，得到一种室温下凝胶时间为3～8min，30min后拉剪强度6.7MPa以上的快速固化双组份环氧胶粘剂。201010602588.X提供一种风力发电机叶片用的快速固化环氧树脂体系，由环氧树脂与高活性脂肪胺类固化剂、高活性脂环胺类固化剂和固化促进剂混合而成，100g此环氧树脂体系在23℃下凝胶时间为10～60min。201310128409.7提供一种环氧树脂，固化剂，无水丙酮，青石子、石英砂、增塑剂和紫外线吸收剂混合配制而成、两个小时即可固化充分且耐久性强的飞机场跑道用快速固化修补料。201010557771.2涉及一种耐水性快速固化环氧胶粘剂，凝胶时间通常为10min。上述方案均不是针对铰缝修复加固工程实际应用而设计，即使有快速固化的特性，适用期、潮湿面粘结、抗冲击及抗长期应力等综合性能也不能满足铰缝修复加固工程的需要。

发明内容

本发明针对现有技术中的快速固化环氧胶粘剂存在综合性能不能满足铰缝修复加固工程需要的缺陷，目的是在于提供一种固化前的适用期长、粘度低，拥有适当触变性能，固化期极短，且内聚强度及粘结强度不受冲剪作用和潮湿环境影响，而固化后收缩小、韧性好、抗冲击、耐疲劳的环氧胶粘剂。

本发明的第二个目的是在于提供所述的环氧胶粘剂的应用，所述环氧胶粘剂应用于板梁桥铰缝的修复加固，完全满足在不中断交通的条件下达到板梁桥铰缝修复加固的要求。

本发明提供了一种环氧胶粘剂，由组分A和组分B组成，组分A和组分B的重量比为100:40～60；

所述的组分A由以下重量份组分组成：双酚A型环氧树脂80～100份，含双键的改性环氧树脂50～70份、稀释剂10～20份、增韧剂5～15份、消泡剂0.1～1份、偶联剂1～3份、气相二氧化硅1～5份；

所述的组分B由以下重量份组分组成：改性多元胺固化剂95～105份、阳离子催化聚合型固化剂2～10份、自由基引发剂1～4份、消泡剂0.1～1份。

所述的双酚A型环氧树脂为E51（环氧当量185～208g/eq，环氧值0.48～0.54eq/100g）和/或E44（环氧当量213～244g/eq，环氧值0.41～0.47eq/100g）。

所述的含有双键的改性环氧树脂为烯丙基双酚类环氧树脂（如式1所述结构）或中心碳原子连有含双键基团的双酚类环氧树脂（如式2所示结构）的一种。

其中，n为非负整数，x₁和x₂各自独立地选自氢原子或C_1～10的烷基。

所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯甲醇、二丁酯中的一种或几种。

所述的增韧剂为端羧基丁腈橡胶、端羟基丁腈橡胶、聚硫橡胶、端羧基聚丁二烯、端环氧基丁腈橡胶、聚氨酯橡胶中的一种或几种。

所述的阳离子催化聚合型固化剂为三氟化硼-苄胺、三氟化硼-三乙醇胺、三氟化硼-甲基苯胺、三氟化硼-乙基苯胺的一种或几种。

所述的自由基引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二叔丁基过氧化环己烷、2,2-二叔丁基过氧化丁烷、过氧化二叔丁基、过氧化二叔戊基、过氧化二异丙苯的一种或几种。

所述的消泡剂（如BYK-A530）、偶联剂（如KH560）、气相二氧化硅（如AEROSIL A200）、改性多元胺固化剂为现有环氧胶粘剂中常规试剂。

本发明的环氧胶粘剂的组分A和组分B分别分开混合保存，使用时将组分A和组分B按质量配比配合使用。

本发明还提供了所述的环氧胶粘剂的应用，该应用是将所述的环氧胶粘剂应用于不中断交通条件下的板梁桥铰缝的修复加固。

本发明的技术原理和有益效果：现有技术中的环氧胶粘剂固化速度虽然较快，但是其适用期、潮湿面粘结、抗冲击及抗长期应力等综合性能不能满足铰缝修复加固工程的需要。本发明通过大量实验选择合适的环氧胶粘剂配方结合设计合理的固化步骤，使环氧胶粘剂达到满足不中断交通条件下的板梁桥铰缝修复加固的要求。本发明的胶粘剂在固化过程中双酚A型环氧树脂的环氧基首先与改性多元胺反应，反应初期速度较慢，放热平稳，使胶粘剂固化之前的适用期相对较长，而稀释剂和气相二氧化硅的引入使胶粘剂固化前粘度较低，且拥有适当触变性能，可以保证足够的施工操作时间和胶体对整个铰缝的充盈程度；当反应热积累到一定程度时，环氧烷在强路易斯酸作用下开环形成阳离子活性中心，进行阳离子聚合，同时，引发剂在热量作用下分解出自由基，自由基攻击双键，进行自由基聚合，两种反应使得体系内分子链在极短时间内迅速增长，最终可使环氧胶粘剂体系在极短的时间内达到较高的固化程度，特别是在车辆荷载造成的冲击剪切作用下仍能最大程度地保证固化物的内聚强度，并与混凝土基层形成有效粘结；并且本发明的环氧胶粘剂固化后具有韧性好、抗冲击、耐疲劳的特点；完全满足不中断交通的条件下板梁桥铰缝修复加固的目的；由于在反应初期胶体对整个铰缝的充盈程度较高，且胶粘剂固化后收缩小，能和混凝土基层形成良好的粘结，在潮湿环境中和长期冲击应力作用下，仍能然保证很强粘结强度。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步说明，但不是对本发明保护范围的进一步限定。

实施例1

A组分由如下质量份数的组分混合搅拌得到：E51100，二烯丙基双酚A型环氧树脂50，苯甲醇5，丁基缩水甘油醚10，端羧基丁腈橡胶10，AEROSILA2002，KH5602，BYK-A5300.5。

B组分由如下质量份数的组分混合搅拌得到：改性异佛尔酮二胺100，三氟化硼-苄胺10，过氧化二苯甲酰3，BYK-A5300.5。

环氧胶粘剂由A组分与B组分按质量比例为100:40混合搅拌均匀而成。

实施例2

A组分由如下质量份数的组分混合搅拌得到：E5180，二烯丙基双酚A型环氧树脂70，二丁酯5，苄基缩水甘油醚10，聚硫橡胶10，KH5602，AEROSILA2002，BYK-A5300.5。

B组分由如下质量份数的组分混合搅拌得到：改性二氨基二苯基甲烷100，三氟化硼-2,4-二甲基苯胺5，过氧化二异丙苯2，BYK-A5300.5。

环氧胶粘剂由A组分与B组分按质量比例为100:50混合搅拌均匀而成。

对比例1

A组分由如下质量份数的组分混合搅拌得到：E51100，丁基缩水甘油醚10，BYK-A5300.5。

B组分由如下质量份数的组分混合搅拌得到：二亚乙基三胺100，BYK-A5300.2。

环氧胶粘剂由A组分与B组分按质量比例为100:50混合搅拌均匀而成。

将实施例1、实施例2和对比例1的A组分、B组分按照比例配制成胶粘剂，参照相关试验方法标准分别对其主要性能进行检测。测试结果对比见表1。

表1

注：①与混凝土正拉粘结强度*（湿面粘结）试件制作时参照GB50728附录G进行，但试件粘结面为无明水的饱和面干状态，养护时试件放入水深大于基底块高度一半的养护箱在（23±2）℃养护至龄期。

Claims (8)

1.一种铰缝修复加固用环氧胶粘剂，由组分A和组分B组成，其特征在于，组分A和组分B的重量比为100:40～60；

所述的组分A由以下重量份组分组成：双酚A型环氧树脂80～100份，含双键的改性环氧树脂50～70份、稀释剂10～20份、增韧剂5～15份、消泡剂0.1～1份、偶联剂1～3份、气相二氧化硅1～5份；

所述的组分B由以下重量份组分组成：改性多元胺固化剂95～105份、阳离子催化聚合型固化剂2～10份、自由基引发剂1～4份、消泡剂0.1～1份。

2.如权利要求1所述的环氧胶粘剂，其特征在于，所述的双酚A型环氧树脂为E51和/或E44。

3.如权利要求1所述的环氧胶粘剂，其特征在于，所述的含有双键的改性环氧树脂为烯丙基双酚类环氧树脂、中心碳原子连有含双键基团的双酚类环氧树脂中的一种。

4.如权利要求1所述的环氧胶粘剂，其特征在于，所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯甲醇、二丁酯中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的环氧胶粘剂，其特征在于，所述的增韧剂为端羧基丁腈橡胶、端羟基丁腈橡胶、聚硫橡胶、端羧基聚丁二烯、端环氧基丁腈橡胶、聚氨酯橡胶中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的环氧胶粘剂，其特征在于，所述的阳离子催化聚合型固化剂为三氟化硼-苄胺、三氟化硼-三乙醇胺、三氟化硼-甲基苯胺、三氟化硼-乙基苯胺的一种或几种。

7.如权利要求1所述的环氧胶粘剂，其特征在于，所述的自由基引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二叔丁基过氧化环己烷、2,2-二叔丁基过氧化丁烷、过氧化二叔丁基、过氧化二叔戊基、过氧化二异丙苯的一种或几种。

8.权利要求1～7任一项所述的环氧胶粘剂的应用，其特征在于，应用于不中断交通条件下的板梁桥铰缝的修复加固。