CN107021728A - 一种无机水泥基快速锚固胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无机水泥基快速锚固胶粘剂及其制备方法，所述锚固胶粘剂的干粉料由独立包装的A、B双组分组成，按重量份计，A组分包括下述原料：15~20份的镁砂，15~22份的磷酸二氢盐，10~20份的混合掺和料；B组分包括下述原料组成：28~36份的镁砂，0~4份的无机硼系化合物，10~20份的无机填料，0.05~0.1份的消泡剂。本发明还提供了所述锚固胶粘剂的制备方法，本发明得到的无机锚固胶粘剂具有固化快、早期强度发展快、流动性好，方便灌注、对钢筋握裹力大、锚固强度高、体积稳定等性能特点，适应范围广，可以广泛应用于工业民用建筑、道路、桥梁、隧道、码头等后锚固结构，以及钢结构、设备安装等螺栓锚固工程。

Description

一种无机水泥基快速锚固胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑结构用的加固材料领域，尤其涉及一种无机水泥基快速锚固胶粘剂及其制备方法。

背景技术

锚固胶粘剂在建筑结构的加固工程中具有广泛的应用，从材料组成上通常分有机类锚固胶和无机类锚固胶。目前市场上常用的锚固胶多为有机类锚固胶，它是由特殊合成树脂、固化剂、固化促进剂、填充材料及各种化学助剂制成的建筑结构粘结加固材料，具体可以分为两大类，一类是以JGN建筑结构胶为代表的环氧树脂类锚固胶，另一类是以Hilti系列结构胶为代表的聚氨基甲酸酯高性能树脂胶。有机类锚固胶因其固化速度快、锚固强度高、承载能力大、抗震性能好、施工简便和发展成熟等优异的综合性能而得到普遍使用。

但是有机类锚固胶亦有其难以克服的缺点，如：（1）胶体与混凝土的弹性模量相差太大，在较大应力作用下，二者性能变化不一致、不协调，可能存在较大的滑移量；（2）胶体在水泥石和混凝土硬化体内部的高碱度环境下易碱化变脆或粘结失效，其耐火耐高温性能比较差，易老化；（3）对施工条件要求较为严格，诸如需防水、防灰，通常不能在太低或者太高温度下施工，在低温下不易固化，在高温下易变性；（4）原材料中多含有毒或微毒性的成份，材料价格相对昂贵等不足。

由此，考虑到后锚固连接对锚固胶粘剂的基本性能要求，并兼顾耐久性、价格和环保等因素，开发和使用性能优越的无机锚固胶粘剂是一条更为可行的技术路线。目前市场上的无机锚固胶粘剂主要由硅酸盐类水泥或硫铝酸盐类水泥复合各种功能外加剂、掺合料及无机填料组成，具有耐火、不老化、与混凝土弹性模量相接近、可湿作业、价格相对低等优点。但无机锚固胶粘剂也还存在许多显而易见的缺陷，例如：胶体早期强度普遍低，要达到较高的锚固力需要很长的养护时间，通常为3~7天，无法满足快速承载的要求；部分无机锚固胶在后期会表现出一定的收缩性，胶粘剂与混凝土或钢材的粘结力弱，造成约束拉拔条件下胶粘剂粘结钢筋与基材混凝土的粘结强度不稳定，难以达到《混凝土结构加固设计规范》GB 50367—2006中对锚固胶的性能要求。此外，承载力要满足设计规范要求，现有水泥基锚固胶粘剂的锚固深度多达到15d（d为钢筋直径）及以上，当遇到混凝土墙体或混凝土板结构时基本不能应用。这些固有缺陷一定程度上限制了无机胶粘剂在混凝土结构后锚固加固工程中的推广应用。因此，一种较为合理的解决措施是发明一种新的无机锚固胶粘剂来更多地满足工程要求。

发明内容

本发明针对现有无机水泥基锚固胶粘剂早期强度低、养护时间长、约束拉拔条件下胶粘剂粘结钢筋与基材混凝土的粘结强度不高等技术问题，提供一种无机水泥基快速锚固胶粘剂，本发明还提供了该锚固胶粘剂的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种无机水泥基快速锚固胶粘剂，所述锚固胶粘剂的干粉料由独立包装的A、B双组分组成；

按重量份数计，所述A组分由下述原料组成：15~20份的镁砂作为碱性组分，15~22份的磷酸二氢盐作为酸性组分，10~20份的掺和料；

按重量份数计，所述B组分由下述原料组成：28~36份的镁砂，0~4份的无机硼系化合物，10~20份的无机填料，0.05~0.1份的消泡剂。

作为优选，所述镁砂的细度为80~140目，且氧化镁的质量分数大于80%的烧结镁砂和电熔镁砂中的至少一种。

作为优选，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢铵或磷酸二氢铵质量分数大于50%的复合磷酸二氢盐。

作为优选，所述无机硼系化合物为硼酸、五水四硼酸钠和十水四硼酸钠中的至少一种。

作为优选，所述掺合料为粉煤灰、矿渣微粉、偏高岭土和沸石中的至少一种；所述粉煤灰为比表面积为350~500m²/kg的低钙I级或Ⅱ级粉煤灰；所述矿渣微粉的比表面积为350~500m²/kg；所述偏高岭土为高岭土粉体经600~900℃煅烧20~150min、比表面积为800~1250m²/kg的粉末；所述沸石为比表面积为350~500m²/kg的超细沸石粉。

作为优选，所述无机填料为石灰石粉、石英砂中的至少一种；所述石灰石粉为细度在400~600目、碳酸钙的质量分数≥90%的粉体，所述石英砂的粒径为60~150目。

作为优选，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

本发明提供的制备上述无机水泥基快速锚固胶粘剂的方法，包括如下步骤：

（1）分别制备A组分和B组分粉料：按A组分所述组成称取镁砂、磷酸二氢盐、无机硼系化合物和混合掺和料，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得A组分粉料；按B组分所述组成称取镁砂、无机硼系化合物、无机填料和消泡剂，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得B组分粉料。

（2）预先拌制A组分浆液：在A组分粉料中，加入A组分粉料质量24~28%的拌合水，采用机械搅拌方式充分搅拌3~4min制得稀浆液；

（3）掺入B组分粉料混合配制：称取与步骤(2)中A组分粉料重量相同的B组分粉料，并掺入到步骤(2)制得的A组分浆液中，采用机械搅拌方式继续拌合1~2min制得所述锚固胶粘剂。

本发明的技术原理是：（1）通过使用超过一定质量分数和具有合适细度的烧结或电熔镁砂，能有效降低镁砂的活性，在满足施工性能条件下所需缓凝剂掺量低，可保证较高的早期强度及粘结强度。（2）通过选用合适的磷酸二氢盐，能保证锚固胶粘剂具有较高的早期强度和优异的体积稳定性，使得胶体与混凝土的粘接不会因为收缩开裂而失效。（3）通过使用适当比例的缓凝组分，实现胶粘剂的固化时间可控、可操作性高的目的；（4）通过使用部分混合掺和料和无机填料，能延缓胶粘剂的固化速率、改善胶粘剂的施工性能、提高胶体的体积稳定性和耐久性，以及降低材料成本；（5）加入少量的消泡剂能有效减少胶粘剂内部的气孔、提高胶体的密实度和与钢筋、混凝土界面的粘结强度；（6）双组分配置可避免某些组分在贮存过程发生反应，从而保证胶粘剂的使用性能；（7）通过本发明提供的制备方法，可让A组分中酸、碱组分在较高的酸碱比例下与充足的水优先发生反应，制得水化产物丰富、流动性极好的稀浆液，进而有利于随后加入的B组分的发挥，最终促进锚固胶粘剂的早期固化反应，实现快速锚固和粘接的效果，相较于现有工艺中，直接将双组分干粉混匀，再加水搅拌所制得的胶粘剂，性能更优异。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

1）本发明配制的无机水泥基快速锚固胶粘剂，其性能指标如下：凝结时间≥10min，6h抗压强度≥40.0MPa，7d抗压强度≥60.0MPa，空气养护6h的约束拉拔条件下胶粘剂粘结钢筋与基材混凝土（C60混凝土）的粘结强度≥14.0MPa、7d粘结强度≥17.0MPa。

2）本发明配制的无机水泥基快速锚固胶粘剂，相比现有的无机类锚固胶，固化快、强度高、对钢筋握裹力大、锚固强度高、体积稳定性好，约束拉拔条件下胶粘剂粘结钢筋与基材混凝土的早期粘结强度满足《混凝土结构工程用锚固胶》JG/T 340—2011中关于无机类锚固胶的要求，甚至与有机A级锚固胶粘剂的粘接性能相当；相比有机锚固胶，还具有取材方便、制备工艺简单、原材料无毒性及材料成本低优点，且整体性和耐久性良好。

3）本发明提供的无机水泥基快速锚固胶粘剂的生产制备工艺简单、施工方便、性价比优越。

4）采用本发明提供的无机水泥基快速锚固胶粘剂，适应范围广，可以广泛应用于工业民用建筑、道路、桥梁、隧道、码头等后锚固结构，以及钢结构、设备安装等螺栓锚固工程。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

在本实例的无机水泥基快速锚固胶粘剂的粉体组成中，A组分由下述重量份原料组成：1.6kg的镁砂、2.2kg的磷酸二氢铵、0.8kg的粉煤灰、0.4kg的沸石；B组分由下述原材料组成：2.89kg的镁砂、0.1kg的硼酸、1kg的石灰石粉、1kg石英砂、0.01kg粉体有机硅消泡剂。

其中，镁砂为烧结镁砂且细度在80目，氧化镁的质量分数为85%；粉煤灰为比表面积为350m²/kg的低钙I级粉煤灰；沸石为比表面积为350m²/kg的超细沸石粉；石灰石粉为细度在400目、碳酸钙的质量分数为95%的粉体；石英砂的粒径为60目。

本实施例无机水泥基快速锚固胶粘剂制备方法如下：

第一步，分别制备A组分和B组分粉料：

按A组分的重量份组成称取镁砂、磷酸二氢铵、硼酸、粉煤灰和沸石，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得A组分粉料并包装；按B组分的重量份组成称取镁砂、石灰石粉、石英砂和消泡剂，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得B组分粉料并包装。

第二步，预先拌制A组分浆液：

使用时，称取A组分粉料，加入粉料质量24%的拌合水，采用机械搅拌方式充分搅拌3min~4min制得稀浆液；

第三步，掺入B组分粉料混合配制：

称取与第二步中A组分粉料质量相同的B组分粉料，并掺入到第二步制得的A组分浆液中，采用机械搅拌方式继续拌合1~2min制得锚固胶粘剂。

按照国家相关标准及通用方法检测所述锚固胶粘剂的胶体性能和粘接性能，其性能指标数据参见表1。

实施例2

在本实例的无机水泥基快速锚固胶的粉体组成里，A组分由下述原材料组成：1.5kg的镁砂、2.0kg的磷酸二氢铵、1.0kg的粉煤灰、0.5kg的矿渣微粉；B组分由下述原材料组成：3.29kg的镁砂、0.2kg的硼酸、1.5kg石英砂，0.01kg的粉体有机硅消泡剂。

其中，镁砂为烧结镁砂且细度在140目，氧化镁的质量分数为95%；粉煤灰为比表面积为400m²/kg的低钙I级粉煤灰；矿渣微粉的比表面积为400m²/kg；石英砂的粒径为80目。

本实施例无机水泥基快速锚固胶粘剂制备方法如下：

第一步，分别制备A组分和B组分粉料：

按A组分所述的重量份组成称取原料，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得A组分粉料并包装；按B组分所述的重量份组成称取原料，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得B组分粉料并包装。

第二步，预先拌制A组分浆液：

使用时，称取A组分粉料，加入粉料质量23%的拌合水，采用机械搅拌方式充分搅拌3min~4min制得稀浆液；

第三步，掺入B组分粉料混合配制：

称取与第二步中A组分粉料质量相同的B组分粉料并掺入到第二步制得的A组分浆液中，采用机械搅拌方式继续拌合1~2min制得锚固胶粘剂。

按照国家相关标准及通用方法检测所述锚固胶粘剂的胶体性能和粘接性能，其性能指标数据参见表1。

实施例3

在本实例的无机水泥基快速锚固胶的粉体组成里，A组分由下述原材料组成：1.7kg的镁砂、1.8kg的磷酸二氢铵、1kg的粉煤灰、0.5kg的偏高岭土；B组分由下述原材料组成：3.095kg的镁砂、0.2kg的硼酸、0.2kg的五水四硼酸钠、0.5kg的石灰石粉、1kg石英砂、0.005kg的粉体有机硅消泡剂。

其中，镁砂为烧结镁砂且细度在110目，氧化镁的质量分数为97%；粉煤灰为比表面积为450m²/kg的低钙Ⅱ级粉煤灰；偏高岭土为高岭土粉体经700℃煅烧30min、比表面积为800m²/kg的粉末；石灰石粉为细度在600目、碳酸钙的质量分数为90%的粉体；石英砂的粒径为150目。

本实施例无机水泥基快速锚固胶粘剂制备方法如下：

第一步，分别制备A组分和B组分粉料：

按A组分所述是重量份组成称取原料，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得A组分粉料并包装；按B组分所述的重量份组成称取原料，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得B组分粉料并包装。

第二步，预先拌制A组分浆液：

使用时，称取A组分粉料，加入粉料质量25%的拌合水，采用机械搅拌方式充分搅拌3min~4min制得稀浆液；

第三步，掺入B组分粉料混合配制：

称取与第二步中A组分粉料质量相同的B组分粉料并掺入到第二步制得的A组分浆液中，采用机械搅拌方式继续拌合1~2min制得锚固胶粘剂。

按照国家相关标准及通用方法检测所述锚固胶粘剂的胶体性能和粘接性能，其性能指标数据参见表1。

实施例4

在本实例的无机水泥基快速锚固胶的粉体组成里，A组分由下述原材料组成：2.0kg的镁砂、1.5kg的磷酸二氢铵、0.5kg的粉煤灰、1kg的偏高岭土；B组分由下述原材料组成：3.595kg的镁砂、0.2kg的硼酸、0.2kg的五水四硼酸钠、0.5kg的石灰石粉、0.5kg石英砂、0.005kg的粉体有机硅消泡剂。

其中，镁砂为烧结镁砂且细度在120目，氧化镁的质量分数为97.5%；粉煤灰为比表面积为500m²/kg的低钙Ⅱ级粉煤灰；偏高岭土为高岭土粉体经900℃煅烧130min、比表面积为1000m²/kg的粉末；石灰石粉为细度在400目、碳酸钙的质量分数为90%的粉体；石英砂的粒径为100目。

本实施例无机水泥基快速锚固胶粘剂制备方法如下：

第一步，分别制备A组分和B组分粉料：按A组分所述重量份组成称取原料，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得A组分粉料并包装；按B组分所述重量份组成称取原料，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得B组分粉料并包装。各组分密封贮存60天后使用。

第二步，预先拌制A组分浆液：

使用时，称取A组分粉料，加入粉料质量28%的拌合水，采用机械搅拌方式充分搅拌3min~4min制得稀浆液；

第三步，掺入B组分粉料混合配制：

称取与第二步中A组分粉料质量相同的B组分粉料并掺入到第二步制得的A组分浆液中，采用机械搅拌方式继续拌合1~2min制得锚固胶粘剂。

按照国家相关标准及通用方法检测所述锚固胶粘剂的胶体性能和粘接性能，其性能指标数据参见表1。

对比例1

在本实例中，无机水泥基快速锚固胶的粉体组成为单组分，由实施例4中A组分和B组分直接混匀得到，并密封贮存60天后使用。

本实施例无机水泥基快速锚固胶粘剂制备方法如下：

第一步，制备无机水泥基快速锚固胶的粉体：

按实施例4中所述A组分和B组分的重量份组成称取原料，将称取的原料依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得无机水泥基快速锚固胶粉料并包装。

第二步，配制无机水泥基快速锚固胶粘剂：

使用时，称取制得的无机水泥基快速锚固胶粉料，加入粉料质量14%的拌合水，采用机械搅拌方式充分搅拌4~6min制得锚固胶粘剂。

按照国家相关标准及通用方法检测所述锚固胶粘剂的胶体性能和粘接性能，其性能指标数据参见表1。

对比例2

采用市场上具有代表性的固立特植筋锚固胶作为对比样，按其推荐的方法制备后锚固用的胶粘剂，即干粉料：水=1:0.3的重量比例，加水后采用机械搅拌方式拌合3min。

按照国家相关标准及通用方法检测所述锚固胶粘剂的胶体性能和粘接性能，其性能指标数据参见表1。

表1实施例1~4及对比例1的性能指标数据

注：钢筋为HRB400热轧带肋钢筋。

由表1可知，相比对比例2中的市售无机锚固胶粘剂，实施例1~4中的无机水泥基快速锚固胶粘剂表现出流动性好、固化快、高早强、对钢筋握裹力大、锚固强度高、较好的稳定性等特点，主要的胶体性能和粘接性能完全符合《混凝土结构工程用锚固胶》JG/T 340—2011中有关无机胶的要求。此外，采用对比例1所述方法制备的锚固胶粘剂的凝结时间和流动性明显低于比实施例4的，胶体的抗压强度及粘结强度也有所降低。

实施例1~4中的快速锚固胶粘剂的平均7d粘结强度是对比例2中的无机胶粘剂的平均7d粘结强度的1.4倍，在承受相同荷载的条件下，使用实施例1~4所述的锚固胶粘剂所需的锚固深度比使用无机对比样所需的锚固深度明显减小，从而达到节约施工成本、满足混凝土墙体或混凝土板结构的植筋锚固要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种无机水泥基快速锚固胶粘剂，其特征在于，所述锚固胶粘剂的干粉料由独立包装的A、B双组分组成；

按重量份数计，所述A组分由下述原料组成：15~20份的镁砂作为碱性组分，15~22份的磷酸二氢盐作为酸性组分，10~20份的掺和料；

按重量份数计，所述B组分由下述原料组成：28~36份的镁砂，0~4份的无机硼系化合物作为缓凝组分，10~20份的无机填料，0.05~0.1份的消泡剂。

2.根据权利要求1所述的无机水泥基快速锚固胶粘剂，其特征在于，所述镁砂的细度为80~140目，且氧化镁的质量分数大于80%的烧结镁砂和电熔镁砂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的无机水泥基快速锚固胶粘剂，其特征在于，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢铵或磷酸二氢铵质量分数大于50%的复合磷酸二氢盐。

4.根据权利要求1所述的无机水泥基快速锚固胶粘剂，其特征在于，所述硼系化合物为硼酸、五水四硼酸钠和十水四硼酸钠中的一至三种以任意比例混合得到的混合物。

5.根据权利要求1所述的无机水泥基快速锚固胶粘剂，其特征在于，所述掺合料为粉煤灰、矿渣微粉、偏高岭土和沸石中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的无机水泥基快速锚固胶粘剂，其特征在于，所述无机填料为石灰石粉、石英砂中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的无机水泥基快速锚固胶粘剂，其特征在于，所述石灰石粉为细度在400~600目、碳酸钙的质量分数≥90%的粉体，所述石英砂的粒径为60~150目。

8.根据权利要求1所述的无机水泥基快速锚固胶粘剂，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

9.一种制备如权利要求1~8任一项所述的无机水泥基快速锚固胶粘剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）分别制备A组分和B组分粉料：按A组分所述组成称取镁砂、磷酸二氢盐、无机硼系化合物和混合掺和料，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得A组分粉料；按B组分所述组成称取镁砂、无机硼系化合物、无机填料和消泡剂，依次放入高速混料机搅拌使其混合均匀，制得B组分粉料；

（2）预先拌制A组分浆液：在A组分粉料中，加入A组分粉料质量24~28%的拌合水，采用机械搅拌方式充分搅拌3~4min制得稀浆液；

（3）掺入B组分粉料混合配制：称取与步骤(2)中A组分粉料重量相同的B组分粉料，并掺入到步骤(2)制得的A组分浆液中，采用机械搅拌方式继续拌合1~2min制得所述锚固胶粘剂。