CN108275965B - 一种用于混凝土结构的加固胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种加固胶及其制备方法，所述加固胶以硫氧镁为基体，由包括以下质量份的原料制备得到：100份轻质氧化镁、20～200份硫酸镁、0.1～10份有机膦酸、10～100份醇类化合物、30～100份水、1～10份环氧树脂、1～20份有机胺和0.1～1份硅烷化合物。本发明以硫氧镁为基体，碱式硫酸镁水化相所具有的晶须状结构能够提高粘贴混凝土加固层的抗拉强度，环氧树脂、有机胺和醇类化合物的共同作用，有助于增强加固胶的变形能力；硅烷化合物作为偶联剂增强了加固胶对混凝土结构基底与高强度纤维布之间的粘结能力，进而尽可能地发挥高强纤维布的强度。本发明还提供了所述加固胶在混凝土结构加固中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及无机胶凝材料技术领域，特别涉及一种用于混凝土结构的加固胶及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土结构是21世纪建筑工程领域中应用最为广泛的结构。但混凝土结构在服役过程中，可能受到自身物理变化的影响或由于与环境间的相互作用，使其承载力无法满足使用条件，因此对其加固修复是一种常用的解决承载力不足的方法。
目前常用的加固方法包括：加大截面加固、外包钢加固、粘钢加固、粘贴纤维布加固等方法。其中粘贴纤维布的方法因其施工快，且加固后对原结构外观和原有净空增加少，因而是一种常用的混凝土结构加固方法。
目前，常用的粘贴纤维布的方法，主要以有机胶作为粘贴胶，将高强纤维布与混凝土基体进行粘结。现阶段使用的有机胶虽然能够将高强纤维粘贴在混凝土基体上，但是纤维布与混凝土基体间粘贴力差，极易脱落。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于混凝土结构的加固胶及其制备方法和应用。本发明提供的用于混凝土结构的加固胶能够将纤维布牢固粘贴在混凝土基体上，提高对混凝土的加固效果。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种用于混凝土结构的加固胶，以硫氧镁为基体，由包括以下质量份的原料制备得到：100份轻质氧化镁、20～200份硫酸镁、0.1～10份有机膦酸、10～100份醇类化合物、30～100份水、1～10份环氧树脂、1～20份有机胺和0.1～1份硅烷化合物。
优选的，所述轻质氧化镁为菱镁矿、白云石和水镁石中一种或多种的煅烧产物。
优选的，所述有机膦酸包括氨基三亚甲基膦酸、次氮基三亚甲基三膦酸和二羟基次磷酸中的一种或多种。
优选的，所述醇类化合物为甲醇和/或乙醇。
优选的，所述有机胺为乙二胺、三乙胺和三乙醇胺中的一种或多种。
优选的，所述硅烷化合物为异丁基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
本发明提供了上述技术方案所述加固胶的制备方法，包括以下步骤：
将轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸和硅烷化合物混合，得到浆体；
将环氧树脂、有机胺、醇类化合物和水混合，得到混合液；
混合所述浆体和混合液，得到用于混凝土结构的加固胶。
优选的，所述轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸和硅烷化合物的混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率为200～2000r/min。
本发明还提供了上述技术方案所述加固胶或上述技术方案所述制备方法制备得到的加固胶在混凝土结构加固中的应用。
优选的，包括：采用所述加固胶将纤维布粘贴到凝固后的混凝土结构的表面。
本发明提供了一种用于混凝土结构的加固胶，以硫氧镁为基体，由包括以下质量份的原料制备得到：100份轻质氧化镁、20～200份硫酸镁、0.1～10份有机膦酸、10～100份醇类化合物、30～100份水、1～10份环氧树脂、1～20份有机胺和0.1～1份硅烷化合物。本发明提供的是一种以硫氧镁为基体的加固胶，轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸，共同存在的条件下，会形成含有碱式硫酸镁水化相的硫氧镁基体，碱式硫酸镁水化相所具有的晶须状结构能够提高粘贴混凝土加固层的抗拉强度，同时环氧树脂、有机胺和醇类化合物的共同作用，有助于增强加固胶的变形能力；硅烷化合物作为偶联剂增强了加固胶对混凝土结构基底与高强度纤维布之间的粘结能力，进而尽可能地发挥高强纤维布的强度。实施例的结果表明，采用本发明提供的加固胶将纤维布粘贴到混凝土梁的表面后，混凝土梁的极限承载力达到46.8～52.3KN，高于采用传统有机加固胶后的承载力。
附图说明
图1为不同方式处理后的混凝土梁结构的荷载-最大裂缝宽度曲线图；
图2为不同方式处理后的混凝土梁结构的荷载-跨中挠度曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种用于混凝土结构的加固胶，以硫氧镁为基体，由包括以下质量份的原料制备得到：100份轻质氧化镁、20～200份硫酸镁、0.1～10份有机膦酸、10～100份醇类化合物、30～100份水、1～10份环氧树脂、1～20份有机胺和0.1～1份硅烷化合物。
除特殊说明外，本发明所述用于混凝土结构的加固胶中各组分为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，所述用于混凝土结构的加固胶的制备原料包括轻质氧化镁；所述轻质氧化镁优选为菱镁矿、白云石和水镁石中一种或多种的煅烧产物。
以所述轻质氧化镁的100质量份为基准，所述加固胶的制备原料包括20～200份硫酸镁，进一步优选为25～150份，更优选为50～100份。
以所述轻质氧化镁的100质量份为基准，所述加固胶的制备原料包括0.1～10份有机膦酸，优选为1～8份，进一步优选为2～5份。在本发明中，所述所述有机膦酸优选包括氨基三亚甲基膦酸、次氮基三亚甲基三膦酸和二羟基次磷酸中的一种或多种。
以所述轻质氧化镁的100质量份为基准，所述加固胶的制备原料包括10～100份醇类化合物，优选为15～80份，进一步优选为20～50份。在本发明中，所述醇类化合物优选为甲醇和/或乙醇。
以所述轻质氧化镁的100质量份为基准，所述加固胶的制备原料包括30～100份水，优选为35～100份，进一步优选为50～100份。
以所述轻质氧化镁的100质量份为基准，所述加固胶的制备原料包括1～10份环氧树脂，优选为2～7份，进一步优选为5～6份。
以所述轻质氧化镁的100质量份为基准，所述加固胶的制备原料包括1～20份有机胺，优选包括5～15份，进一步优选为6～10份。在本发明中，所述有机胺优选为乙二胺、三乙胺和三乙醇胺中的一种或多种。
以所述轻质氧化镁的100质量份为基准，所述加固胶的制备原料包括0.1～1份硅烷化合物，优选为0.2～0.8份，进一步优选为0.3～0.4份。在本发明中，所述硅烷化合物优选为异丁基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。在本发明中，所述硅烷化合物起到偶联剂的作用。
本发明还提供了上述技术方案所述用于混凝土加固胶的制备方法，包括以下步骤：
将轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸和硅烷化合物混合，得到浆体；
将环氧树脂、有机胺、醇类化合物和水混合，得到混合液；
混合所述浆体和混合液，得到用于混凝土结构的加固胶。
本发明将轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸和硅烷化合物混合，得到浆体。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌促进各组分均匀混合。在本发明中，所述搅拌的时间优选为≤3min；所述搅拌的速率优选为200～2000r/min，进一步优选为600～1000r/min。在本发明中，所述轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸和硅烷化合物混合过程中，会形成含有碱式硫酸镁水化相的硫氧镁基体，碱式硫酸镁水化相所具有的晶须状结构能够提高粘贴混凝土加固层的抗拉强度。
在本发明中，所述环氧树脂、有机胺、醇类化合物和水的混合方式优选先将醇类化合物和水混合后，得到醇溶液；再将环氧树脂和有机胺溶解于醇溶液中，得到混合液。本发明对所述醇类化合物和水的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的有机水溶液的混合方式即可。
得到醇溶液后，本发明将环氧树脂和有机胺溶解于醇溶液中，得到混合液。本发明对所述环氧树脂和有机胺在醇溶液中的溶解方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的有机物在有机水溶液的溶解混合方式即可。
在本发明中，所述浆体和混合液的配制没有时间先后顺序。
得到浆体和混合液后，本发明混合所述浆体和混合液，得到用于混凝土结构的加固胶。在本发明中，所述浆体和混合液的混合时间优选≤3min；本发明对所述浆体和混合液的混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的组合物的混合方式即可。
本发明采用先分别将轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸和硅烷化合物混合，得到浆体，将环氧树脂、有机胺、醇类化合物和水混合，得到混合液；再将二者混合的方式，更好地促使其晶须状的碱式硫酸镁水化相的生成，得到的水化膜性能更为优异；而直接全部混合不利于晶须状的碱式硫酸镁水化相的生成。
本发明提供了上述技术方案所述加固胶或者上述技术方案所述制备方法得到的加固胶在混凝土结构加固中的应用。在本发明中，所述应用优选包括：采用所述加固胶将纤维布粘贴到凝固后的混凝土结构的表面。在本发明中，所述加固胶的用量以待粘贴纤维布的混凝土的表面积为基准计，优选为0.5～2kg/m2，进一步优选为0.6～1kg/m2。
本发明提供的加固胶可用于各种混凝土结构的加固处理。本发明对待加固修复的混凝土结构的性质没有特殊要求，任何需通过粘贴纤维布的方式实现加固的混凝土结构，也可以是制备混凝土结构时，混凝土凝固后需通过粘贴纤维布提高承载力的混凝土结构。在本发明的实施例中，所述混凝土结构可具体为以二级螺纹钢筋为受力钢筋、以一级光圆钢筋为架立钢筋和箍筋的的C30混凝土结构；所述混凝土结构中混凝土的材质进一步优选为普通混凝土。
本发明对所述纤维布的性质没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混凝土结构加固用纤维布。在本发明的实施例中，所述纤维布优选为碳纤维布，进一步优选为极限抗拉强度为3300MPa的碳纤维布。
本发明对采用加固胶将纤维布粘贴到凝固后的混凝土结构的表面的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的粘结方式即可。
本发明提供的是一种以硫氧镁为基体的加固胶，轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸，共同存在的条件下，会形成含有碱式硫酸镁水化相的硫氧镁基体，碱式硫酸镁水化相所具有的晶须状结构能够提高粘贴混凝土加固层的抗拉强度，同时环氧树脂、有机胺和醇类化合物的共同作用，有助于增强加固胶的变形能力；硅烷化合物作为偶联剂增强了加固胶对混凝土结构基底与高强度纤维布之间的粘结能力，进而尽可能地发挥高强纤维布的强度；采用本发明提供的加固胶将纤维布粘贴到混凝土梁的表面后，混凝土梁的极限承载力达到46.8～52.3KN，明显高于采用传统有机加固胶后的承载力。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的用于混凝土结构的加固胶及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
对比例1:
混凝土加固胶为某市售有机加固胶；碳纤维布采用极限抗拉强度为3300MPa的碳纤维布；混凝土梁尺寸为150mm×150mm×1300mm，其中采用的普通C30混凝土，受力钢筋采用二级螺纹钢筋，架立钢筋及箍筋采用一级光圆钢筋。
采用该有机加固胶作为粘结剂，将1层碳纤维布粘贴于底层。
3天后测试混凝土梁结构的承载力-裂缝、承载力-位移曲线，测试结果如图1和图2所示。
对比例2：
混凝土加固胶为纯硫氧镁混凝土加固胶。所采用的碳纤维布、混凝土梁与对比例1中一致。该纯氧镁混凝土加固胶包括如下组分：1000g轻质氧化镁、500g硫酸镁、500g水。其制备方法：将1000g轻质氧化镁(其中轻质氧化镁为水镁石煅烧所得)、500g硫酸镁、500g水混合形成浆体。
采用与对比例1相同的加固工艺，对与对比例1中同样规格的混凝土梁进行加固，3天后测试混凝土梁结构的承载力-裂缝、承载力-位移曲线，测试结果如图1和图2所示。
实施例1：
与对比例1中采用的碳纤维布、混凝土梁均一致。所不同的是，其混凝土加固胶包括如下组分：1000g轻质氧化镁(其中轻质氧化镁为水镁石煅烧所得)、500g硫酸镁、500g水、50g氨基三亚甲基膦酸、10g环氧树脂，20g乙二胺，50g乙醇、10g异丁基三乙氧基硅烷；其制备方法如下：(1)将1000g轻质氧化镁、500g硫酸镁、500g水、50g氨基三亚甲基膦酸混合得到浆体A；(2)将10g环氧树脂，20g乙二胺，50g乙醇、10g异丁基三乙氧基硅烷混合得到混合体系B；(3)将浆体A与混合体系B混合得到硫氧镁基混凝土结构加固胶。
采用相同的加固工艺，对与对比例1中同样规格的混凝土梁进行加固，3天后测试混凝土梁结构的承载力-裂缝、承载力-位移曲线，测试结果如图1和图2所示
结合附图1可以看出，未加固的混凝土梁极限承载力为29.1KN，对比例1中采用市售的有机加固胶作为混凝土加固胶时，承载力提高至44.0KN，提高比例为51.5％；对比例2中采用纯硫氧镁混凝土加固胶时，承载提高至36.3.0KN，提高比例为24.7％；采用实施例1中制备的硫氧镁基加固胶时，其承载力提高至52.3KN，提高了79.7％。由附图1还可以看出，在加载过程中，混凝土裂缝宽度发展缓慢，结合附图2发生破坏时跨中挠度明显高于对比梁和对比例1，因此充分说明本发明提供的硫氧镁基混凝土结构加固胶具有优异的粘结能力和变形能力，可见加固效果优异。
实施例2：
与对比例1中采用的碳纤维布、混凝土梁均一致。所不同的是，其混凝土加固胶包括如下组分：1000g轻质氧化镁(其中轻质氧化镁为菱镁矿煅烧所得)、500g硫酸镁、500g水、50g次氮基三亚甲基三膦酸、10g环氧树脂，20g三乙胺，50g乙醇、10g异丁基三乙氧基硅烷；其制备方法如下：(1)将1000g轻质氧化镁、500g硫酸镁、500g水、50g次氮基三亚甲基三膦混合得到浆体A；(2)将10g环氧树脂，20g三乙胺，50g乙醇、10g异丁基三乙氧基硅烷混合得到混合体系B；(3)将浆体A与混合体系B混合得到硫氧镁基混凝土结构加固胶。
采用相同的加固工艺，与对比例1中同样规格的混凝土梁进行加固，3天后测试混凝土梁极限承载力为49.5KN。
实施例3：
与对比例1中采用的碳纤维布、混凝土梁均一致。所不同的是，其混凝土加固胶包括如下组分：1000g轻质氧化镁(其中轻质氧化镁为白云石煅烧所得)、500g硫酸镁、500g水、50g氨基三亚甲基膦酸、10g环氧树脂，20g三乙醇胺，50g乙醇、10g3-氨基丙基三乙氧基硅烷；其制备方法如下：(1)将1000g轻质氧化镁、500g硫酸镁、500g水、50g氨基三亚甲基膦酸混合得到浆体A；(2)将10g环氧树脂，20g乙二胺，50g乙醇、10g异丁基三乙氧基硅烷混合得到混合体系B；(3)将浆体A与混合体系B混合得到硫氧镁基混凝土结构加固胶。
采用相同的加固工艺，与对比例1中同样规格的混凝土梁进行加固，3天后测试混凝土梁极限承载力为46.8KN。
实施例4：
与对比例1中采用的碳纤维布、混凝土梁均一致。所不同的是，其混凝土加固胶包括如下组分：1000g轻质氧化镁(其中轻质氧化镁为水镁石煅烧所得)、500g硫酸镁、500g水、50g二羟基次磷酸、10g环氧树脂，20g乙二胺，50g甲醇、10g异丁基三乙氧基硅烷；其制备方法如下：(1)将1000g轻质氧化镁、500g硫酸镁、500g水、50g二羟基次磷酸混合得到浆体A；(2)将10g环氧树脂，20g乙二胺，50g乙醇、10g异丁基三乙氧基硅烷混合得到混合体系B；(3)将浆体A与混合体系B混合得到硫氧镁基混凝土结构加固胶。
采用相同的加固工艺，与对比例1中同样规格的混凝土梁进行加固，3天后测试混凝土梁极限承载力为48.3KN。
从以上实施例可以看出，本发明提供的本发明提供的用于混凝土结构的加固胶能够提高纤维布和混凝土基体间的粘贴强度，将纤维布牢固粘贴在混凝土基体上，提高对混凝土的加固效果。此外，本发明提供的加固胶主要组分多为无机矿物，有机组分含量较少，仅需使用氧化镁、硫酸镁和少量的有机磷酸搅拌即得到以硫氧镁为基体的加固胶，因此具有成本低的优势。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于混凝土结构的加固胶，以硫氧镁为基体，由包括以下质量份的原料制备得到：100份轻质氧化镁、20～200份硫酸镁、0.1～10份有机膦酸、10～100份醇类化合物、30～100份水、1～10份环氧树脂、1～20份有机胺和0.1～1份硅烷化合物。
2.根据权利要求1所述的加固胶，其特征在于，所述轻质氧化镁为菱镁矿、白云石和水镁石中一种或多种的煅烧产物。
3.根据权利要求1所述的加固胶，其特征在于，所述有机膦酸是氨基三亚甲基膦酸。
4.根据权利要求1所述的加固胶，其特征在于，所述醇类化合物为甲醇和/或乙醇。
5.根据权利要求1所述的加固胶，其特征在于，所述有机胺为乙二胺、三乙胺和三乙醇胺中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的加固胶，其特征在于，所述硅烷化合物为异丁基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
7.权利要求1～6任一项所述加固胶的制备方法，包括以下步骤：
将轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸和硅烷化合物混合，得到浆体；
将环氧树脂、有机胺、醇类化合物和水混合，得到混合液；
混合所述浆体和混合液，得到用于混凝土结构的加固胶。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述轻质氧化镁、硫酸镁、有机膦酸和硅烷化合物的混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率为200～2000r/min。
9.权利要求1～6任一项所述加固胶或权利要求7～8任一项所述制备方法制备得到的加固胶在混凝土结构加固中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，包括：采用所述加固胶将纤维布粘贴到凝固后的混凝土结构的表面。
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