CN106753141A

CN106753141A - 一种混凝土结构加固用的导电结构胶及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN106753141A
Application number: CN201710137055.0A
Authority: CN
Inventors: 李杉; 卢亦焱; 胡霁月; 梁鸿骏; 唐文水
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明提供一种混凝土结构加固用的导电结构胶，包括A组份和B组份；所述A组份包括环氧树脂，活化磷片石墨，乙醇，分散剂聚乙烯吡咯烷酮；所述B组份包括固化剂三乙醇胺；制备方法为将乙醇和环氧树脂基体充分混合均匀后，加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮和经过清洗、活化的鳞片石墨，然后进行分散，最后加入固化剂三乙醇胺，配制出同时具有高强度以及优良导电性能的导电结构胶。本发明的导电结构胶可作为工程结构粘贴加固黏结胶和阴极保护次阳极，本发明导电结构胶具有满足工程结构加固的粘接强度，其体积电阻率均小于1Ω∙cm，满足阴极保护用导电涂层次阳极的要求，鳞片石墨在基体内分散性良好，鳞片石墨晶体之间搭接不间断，能够实现电流导通。

Description

一种混凝土结构加固用的导电结构胶及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种导电胶粘剂，尤其涉及一种混凝土结构加固用的导电结构胶及其制备方法和用途。

背景技术

在海洋环境或被盐污染等环境中服役的钢筋混凝土结构，由钢筋锈蚀引起的结构受力性能退化，已经严重影响其安全性和使用性。由于混凝土中钢筋的锈蚀属于电化学腐蚀，而阴极保护法能直接抑制钢筋自身的电化学腐蚀过程，能有效保护钢筋，因此得到了广泛的应用。阴极保护法是采用外加电流或引入电位更负的阳极材料，使钢筋发生阴极极化而受到保护。其中，由于碳纤维聚合材料具有良好的导电性和耐腐蚀性，将碳纤维布粘贴在被腐蚀构件上，在用于加固的同时兼作阴极保护的阳极材料，实现加固补强和阻止钢筋锈蚀的双重目的，是目前新兴的一种阴极保护方法。

然而，一般结构加固用胶粘剂没有导电性能，导致碳纤维布与钢筋之间无法实现电连通，也就不能达到阴极保护的目的。因此，导电结构胶的制备是碳纤维布加固混凝土结构阴极保护的核心问题。为了同时达到结构加固和阴极保护的目的，不仅要求结构导电胶具有满足混凝土结构加固规范所要求的粘结强度，同时还要具有良好的导电性能。

目前，导电胶的制备多采用在聚合物基体中加入导电材料得到多相复合材料的方法。其中最为普遍的导电材料为炭黑、钛颗粒、金属丝或碳纤维，通常能够获得导电性能良好的导电胶，但其主要应用于波导、印制电路、电子仪表、电子封装等领域，不具备结构加固所必须的高强度。为了解决以上问题，迫切需要一种新型的导电结构胶来代替。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的问题提供一种兼具高强度与优良导电性能的导电结构胶。

一种混凝土结构加固用的导电结构胶，其具体技术方案如下：

一种混凝土结构加固用的导电结构胶，包括A组份和B组份；所述A组份包括下述重量份的原料：环氧树脂80-100份，活化磷片石墨25-35份，无水乙醇5-15份，分散剂聚乙烯吡咯烷酮1-2份；所述B组份包括12-15重量份的固化剂三乙醇胺。

所述环氧树脂采用双酚A型环氧树脂。

所述活化磷片石墨中鳞片石墨粒径在10微米-44微米之间。

本发明还提供一种混凝土结构加固用的导电结构胶的制备方法，步骤如下：将乙醇和环氧树脂基体充分混合均匀后，加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮和经过清洗、活化的鳞片石墨，采用超声震荡仪进行分散，最后加入固化剂三乙醇胺，配制出同时具有高强度以及优良导电性能的导电结构胶，具体步骤如下（1）将鳞片石墨在10% NaOH溶液中煮沸10 min，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至中性；然后将洗涤后的鳞片石墨再用10%HNO₃煮沸10 min，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至中性后在120 ℃条件下真空干燥，使鳞片石墨活化，得到活化磷片石墨，备用；

（2）按配方分别准确称量A组份各原料，首先将环氧树脂加入到乙醇溶液中，采用超声震荡仪持续震荡，使环氧树脂充分稀释；然后继续加入活化鳞片石墨和分散剂聚乙烯吡咯烷酮，继续超声震荡，使活化鳞片石墨和分聚乙烯吡咯烷酮在环氧树脂中分散均匀，得到A组分；

（3）按配方准确称量B组份原料：固化剂三乙醇胺，将其加入上步所制得的A组份中快速搅拌后超声震荡5min，即得到导电结构胶。

所述环氧树脂采用双酚A型环氧树脂。

所述活化磷片石墨中鳞片石墨粒径在10微米-44微米之间。

本发明配制好的导电结构胶最好在10min内用完，以免胶体固化影响粘接效果。

本发明制备的导电结构胶可作为工程结构粘贴加固黏结胶和阴极保护次阳极的用途，主要用于解决海洋环境或盐污染环境下混凝土结构中钢筋锈蚀导致的结构受力性能退化的问题；要求用于粘贴碳纤维布的黏结胶既具有满足工程结构加固规范所要求的高粘结强度，同时还要具有阴极保护次阳极所需要的良好导电性能，本发明采用在环氧树脂基体中加入活化鳞片石墨导电材料及其它自配添加助剂，用超声震荡仪进行分散的方法，得到同时具有高强度和优异导电性能的导电结构胶，可满足上述要求，可广泛用作工程结构粘贴加固黏结胶和阴极保护次阳极。

本发明研制的混凝土结构加固用导电结构胶，分为A、B两组份：采用内聚强度高、粘结性能好的环氧树脂作基体，以及导电性能好、电阻值稳定、价格低廉的鳞片石墨作导电材料，辅以其它自配添加助剂，作为A组份；B组份为固化剂三乙醇胺。经多个对比实验验证了该导电结构胶兼有优异的导电性能和良好的力学性能，能够实现碳纤维布加固混凝土结构同时兼作阳极材料的双重目的。

本发明的技术效果：

1.本发明的导电结构胶具有满足工程结构加固的粘接强度：根据GB50728-2011《工程结构加固材料应用安全性鉴定规范》对以混凝土为基材、粘贴纤维复合材用结构胶，抗拉强度应≥38MPa，抗弯强度应≥50MPa，抗压强度应≥70MPa；

2.本发明的导电结构胶的体积电阻率均小于1Ω∙cm，满足阴极保护用导电涂层次阳极的要求；

3.本发明的导电结构胶的扫描电镜照片如图1所示，可以看出，鳞片石墨在基体内分散性良好，鳞片石墨晶体之间搭接不间断，能够实现电流导通；

4.经多个对比实验，有力证明了本发明的导电结构胶同时作为工程结构粘贴加固黏结胶和阴极保护次阳极的有效性。

附图说明

图1导电结构胶的扫描电镜照片；

图2采用导电结构胶粘贴CFRP加固锈蚀钢筋混凝土柱试件照片；

图3锈蚀率为1%的试件阴极保护前后的电化学阻抗谱；

图4锈蚀率为3%的试件阴极保护前后的电化学阻抗谱；

图5锈蚀率为6%的试件阴极保护前后的电化学阻抗谱。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

实施例1

1.鳞片石墨活化处理：先将鳞片石墨在10% NaOH溶液中煮沸10 min，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至中性；再用10%HNO₃煮沸10 min，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至中性；最后在120 ℃条件下真空干燥，使鳞片石墨活化，备用；

2.使用多功能电子天平按配方准确称量A组份原料：100份环氧树脂和7份无水乙醇，采用超声震荡仪持续震荡10min，加入经过活化处理的鳞片石墨30份和分散剂聚乙烯吡咯烷酮2份，继续超声震荡15min；

3、使用多功能电子天平按配方准确称量B组份原料：固化剂三乙醇胺14份，将其加入A组份中快速搅拌后超声震荡5min，即完成导电结构胶的制备。

4、配制好的导电结构胶最好在10min内用完，以免胶体固化影响粘接效果。

实施例2

1、鳞片石墨活化处理：先将鳞片石墨在10% NaOH溶液中煮沸10 min，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至中性；再用10%HNO₃煮沸10 min，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至中性；最后在120 ℃条件下真空干燥，使鳞片石墨活化，备用；

2、使用多功能电子天平按配方准确称量A组份原料：80份环氧树脂和5份无水乙醇，采用超声震荡仪持续震荡10min，加入经过活化处理的鳞片石墨25份和分散剂聚乙烯吡咯烷酮1份，继续超声震荡15min；

3、使用多功能电子天平按配方准确称量B组份原料：固化剂三乙醇胺12份，将其加入A组份中快速搅拌后超声震荡5min，即完成导电结构胶的制备。

配制好的导电结构胶最好在10min内用完，以免胶体固化影响粘接效果。

实施例3

2、使用多功能电子天平按配方准确称量A组份原料：90份环氧树脂和15份无水乙醇，采用超声震荡仪持续震荡10min，加入经过活化处理的鳞片石墨35份和分散剂聚乙烯吡咯烷酮1.5份，继续超声震荡15min；

3、使用多功能电子天平按配方准确称量B组份原料：固化剂三乙醇胺15份，将其加入A组份中快速搅拌后超声震荡5min，即完成导电结构胶的制备。

对比试验

对比实施例1-9：制作9个直径为150mm、高度为310mm的自密实混凝土圆柱。试件养护达到28天后，采用恒电流通电法加速钢筋锈蚀获得锈蚀钢筋混凝土柱。

表1 实施例基本信息

实施例	是否CFRP加固	是否阴极保护	理论锈蚀率	腐蚀电流密度
					1	否	否	1%	0.183μA∙cm
2	否	否	3%	0.450μA∙cm
					3	否	否	6%	10.406μA∙cm
4	是	否	1%	0.115μA∙cm
					5	是	否	3%	0.289μA∙cm
6	是	否	6%	5.327μA∙cm
					7	是	是	1%	0.165μA∙cm
8	是	是	3%	0.204μA∙cm
					9	是	是	6%	2.933μA∙cm

采用导电结构胶粘贴碳纤维布前，首先将粘结面用清洗剂Dynatex49665清洗，以除去油渍、污渍和灰尘，用砂轮打磨机粗化处理后进行二次清洗，然后使用滚筒刷将导电结构胶均匀刷涂于柱身，分别沿试件4-9柱身粘贴一层碳纤维布，并均匀涂刷薄薄一层导电结构胶，最后滚动滚筒刷使得碳纤维布紧贴试件表面，确保导电结构胶完全浸润纤维布，消除气泡、凸起等缺陷；制作完成的试件如附图2所示。

采用强制电流阴极极化方法为试件7-9提供保护；钢筋混凝土外加电流阴极保护系统由CS310型单通道电化学工作站、辅助阳极和电极电缆线组成。其中，辅助阳极由主阳极和次阳极组成，主阳极为碳纤维布，其作用是将供电电源的直流电缆与次阳极连接，并将阴极保护电流分散到次阳极上；次阳极为导电结构胶，其作用是将阴极保护电流直接从主阳极传递到漆膜，进而均匀分散到混凝土柱表面。

经过一年的干湿循环后，进行电化学测试。通过附图3-5对比阴极保护前后的电化学阻抗谱图可知，锈蚀钢筋混凝土柱在阴极极化电流的作用下电荷转移阻力增大，腐蚀电流密度减小，钢筋/混凝土界面锈蚀状况得到有效改善。说明导电结构胶能够很好地传递和分散阴极保护电流，满足阴极保护的导电要求。

电化学测试后进行钢筋拔出试验，发现试件4-6相比未加固柱1-3，钢筋与混凝土之间的极限粘结应力得到显著提高，试件破坏由脆性的劈裂破坏变为延性的钢筋拔出破坏。这主要是由于纤维增强聚合物对混凝土横向变形的约束作用保证了混凝土保护层不会发生劈裂破坏，进而显著改善钢筋和混凝土之间的粘结性能。说明导电结构胶作为粘贴碳纤维布加固混凝土结构的结构胶，满足工程结构加固的强度要求。

本发明的常规使用方法：

1.待加固部位的粘结面用清洗剂Dynatex49665清洗，以除去油渍、污渍和灰尘，不能使用酒精、汽油或油漆稀释液，清洗宽度应大于粘结施工宽度；

2.通过机械打磨（可使用锉刀、砂纸等）已清洗的表面，粗化处理后可以获得强度最高、耐久性最好的粘结件，注意打磨后应进行第二次清洗处理；

3.粘结部分涂抹导电结构胶后在其外周粘贴一层碳纤维布后应立即拼合夹住，滚动滚筒刷以均匀接触压力保证粘结部位的最佳固化，确保导电结构胶完全浸润碳纤维布，消除气泡、凸起等缺陷；注意避免在温度低于10℃以下环境下施工，一般可在10℃以上自然固化，若加温固化胶接强度可大幅度提高（120℃下固化150min可以得到最大粘接强度）；

溢出的胶在固化前用刮板除去，避免固化后难以清除影响结构外观。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种混凝土结构加固用的导电结构胶，其特征在于：包括A组份和B组份；所述A组份包括下述重量份的原料：环氧树脂80-100份，活化磷片石墨25-35份，无水乙醇5-15份，分散剂聚乙烯吡咯烷酮1-2份；所述B组份包括12-15重量份的固化剂三乙醇胺。

2.如权利要求1所述的混凝土结构加固用的导电结构胶，其特征在于：所述环氧树脂采用双酚A型环氧树脂。

3.如权利要求1所述的混凝土结构加固用的导电结构胶，其特征在于：所述活化磷片石墨中鳞片石墨粒径在10微米-44微米之间。

4.一种如权利要求1所述的混凝土结构加固用的导电结构胶的制备方法，其特征在于：步骤如下：(1)将鳞片石墨在10％NaOH溶液中煮沸10min，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至中性；然后将洗涤后的鳞片石墨再用10％HNO₃煮沸10min，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至中性后在120℃条件下真空干燥，使鳞片石墨活化，得到活化磷片石墨，备用；

(2)按配方分别准确称量A组份各原料，首先将环氧树脂加入到乙醇溶液中，采用超声震荡仪持续震荡，使环氧树脂充分稀释；然后继续加入活化鳞片石墨和分散剂聚乙烯吡咯烷酮，继续超声震荡，使活化鳞片石墨和分聚乙烯吡咯烷酮在环氧树脂中分散均匀，得到A组分；

(3)按配方准确称量B组份原料固化剂三乙醇胺，将其加入上步所制得的A组份中快速搅拌后超声震荡5min，即得。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂采用双酚A型环氧树脂。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述活化磷片石墨中鳞片石墨粒径在10微米-44微米之间。

7.如权利1所述的导电结构胶作为工程结构粘贴加固黏结胶和阴极保护次阳极的用途。