CN111718680A - 一种提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂及其制备方法和施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂及其制备方法和施工工艺。本发明的界面胶粘剂由纳米橡胶改性环氧树脂、纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂、液态双酚F型环氧树脂、双环氧基活性稀释剂、吸水性树脂、分子筛封闭型固化剂、偶联剂、消泡剂、分散剂、高岭土、活性硫酸钙晶须、有机蒙脱土、触变剂组成。与现有技术相比，本发明制得的界面胶粘剂具有储存稳定性好，施工方便，质量稳定，与新旧混凝土粘结强度高，力学强度高，韧性好，抗冲击能力和抗疲劳能力强等优点，可显著提升新旧混凝土界面粘结强度，特别适合于桥梁工程和对抗震要求较高的新旧混凝土粘结结构工程中。

Description

一种提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂及其制备方法和施 工工艺

技术领域

本发明属于化学建筑材料技术领域，具体涉及一种提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂及其制备方法和施工工艺。

背景技术

在混凝土工程中，经常遇到新老混凝土界面结合问题，如加固修补混凝土坝面、路面、桥面、柱面，混凝土的分期施工等。由于新老混凝土界面粘结强度低，容易形成薄弱面，不能构成连续整体，受力后易发生沿界面的破坏，留下工程隐患，故新老混凝土界面结合问题是关系到工程质量的关键技术问题。

目前，用于新老混凝土界面的粘结材料主要分无机和有机材料两类。无机类材料有水泥净浆或水泥砂浆等。这类材料的主要缺点是粘结性差，虽能一定程度提高界面的粘结强度，但达不到完全消除薄弱界面的目的。有机类材料主要以环氧基结构胶为主，虽粘结强度相对较高，但具有以下缺点:(1)耐水性差。在潮湿环境下粘结强度降低，在水下浸泡耐久性更是大大降低。(2)耐温性差。与混凝土的线膨胀系数相差太大，约为混凝土的4-5倍，易在温度反复变化下变形脱落。(3)需干面施工，湿面施工时界面粘接强度明显降低。因此开发一种粘结强度高，耐水性和耐温性优异且施工方便的高性能新旧混凝土界面胶粘剂具有重要的现实意义，可为保证混凝土工程的施工质量和病害老化混凝土的修补提供了新的手段和方法。

发明内容

本发明旨在解决新旧混凝土界面结合难题，提供一种粘结强度高，耐水性和耐温性优异且施工方便的新旧混凝土界面胶粘剂及其制备方法和施工工艺，以满足新旧混凝土粘结工程需求。可显著提升新旧混凝土界面粘结强度，特别适合于桥梁工程和对抗震要求较高的新旧混凝土粘结结构工程中。

本发明所述的提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂为单组分环氧胶粘剂，按质量份数的配方组成为：纳米橡胶改性环氧树脂20-30份，纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂15-30份，液态双酚F型环氧树脂40-65份，双环氧基活性稀释剂1-5份，吸水性树脂1-2份，分子筛封闭型固化剂30-50份，偶联剂0.5-1份，消泡剂0.1-0.2份，分散剂0.1-0.2份，高岭土50-100份，活性硫酸钙晶须5-15份，有机蒙脱土3-8份，触变剂0.5-1份；

上述配方中纳米橡胶改性环氧树脂、纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂和液体双酚F型环氧树脂三者共计100份。

所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-080N系列产品。

所述纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化硅颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到，其中纳米二氧化硅颗粒粒径为20-40nm，环氧树脂为液态双酚F型环氧树脂，纳米二氧化硅质量分数为2-4％。

所述液态双酚F型环氧树脂为NPEF-170环氧树脂。

所述双环氧基活性稀释剂为环己二醇二缩水甘油醚。

所述吸水性树脂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物。

所述分子筛封闭型固化剂为CW-X144E。CW-X144E是一种吸收二亚乙基三胺的分子筛。

所述偶联剂为KH560。

所述消泡剂为BYK-066N。

所述分散剂为BYK-163。

所述高岭土为1250目煅烧高岭土。

所述活性硫酸钙晶须为经硅烷偶联剂表面改性过的平均直径1-8μm，平均长度50-200μm的活性硫酸钙晶须。

所述有机蒙脱土为采用阳离子表面活性剂十八烷基三甲基季铵盐处理的蒙脱土。

所述触变剂为疏水型气相二氧化硅。

所述高岭土﹑硫酸钙晶须和有机蒙脱土在使用前均需进行干燥处理，确保含水量低于0.08％。所述的干燥处理的工艺为：干燥温度为100℃-120℃，干燥时间为1-2小时，干燥期间，每间隔20min翻动一遍物料。

所述提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂的制备方法，其具体步骤为：

1)原料称量：按所述配比准确称取各原材料；2)胶粘剂制备：首先将纳米橡胶改性环氧树脂、纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂、液态双酚F型环氧树脂、双环氧基活性稀释剂、吸水性树脂、分子筛封闭型固化剂、偶联剂、消泡剂和分散剂按质量份数加入真空反应釜中混合搅拌3-5分钟；然后将高岭土﹑硫酸钙晶须、有机蒙脱土和触变剂按质量份数加入上述真空反应釜中混合搅拌10-20分钟；最后对真空反应釜抽真空排气泡排水汽10-30分钟，真空度保持在-0.08MPa至-0.09MPa之间；3)包装储存：将上述真空反应釜中的混合物料在真空环境下密封包装储存，避免产品包装中含有水分或水蒸气。

所述提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂的施工工艺，其具体步骤为：

1)旧混凝土界面处理：对旧混凝土界面进行清理，凿去松动石子，凿成凸凹面；将旧混凝土的风化、变质、蜂窝、麻面和酥松部分清除；经过表面的机械处理后，用压力水将碎屑、粉末冲洗干净；

2)旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂：将界面胶粘剂均匀涂抹在经过步骤1)界面处理的旧混凝土界面上，胶层厚度控制在1-3mm；在涂抹界面胶粘剂前，旧混凝土界面进行洒水处理，确保界面湿润，有水膜覆盖；

3)浇筑新混凝土：在旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂后，立即进行新混凝土浇筑作业；

4)新混凝土养生：浇筑的新混凝土养生完成后即得新旧混凝土粘结结构。

所述提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂的施工工艺中，在旧混凝土界面处理中可增加植筋处理，以提高新旧混凝土界面强度。

采用以上技术方案，本发明具有以下优点：

1)无机纳米材料和有机纳米材料复合改性，胶体呈现高强高韧特性。本发明中采用无机纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂和有机纳米橡胶改性环氧树脂作为部分基体树脂，纳米材料可均匀分散在基体树脂中，借助高刚性无机纳米颗粒和高韧性有机纳米颗粒复合改性技术优势，同时利用纳米颗粒的高比表面积，高模量和纳米尺寸效应等特性协同作用，实现增强增韧效果，显著提升胶体力学性能，呈现高强高韧特性。

2)有机-无机纳米复合增韧，胶体韧性好。本发明采用无机纳米二氧化硅和有机纳米橡胶复合增韧体系，在承受外部应力时胶体内同时存在无机纳米颗粒增韧机理和橡胶弹性体增韧机理且两者协同作用，故增韧效果明显且弹性模量不降低。

3)单组分界面胶粘剂，施工方便，质量稳定。本发明为单组分界面胶粘剂，与通常使用的双组份界面胶粘剂相比，无需按精确比例称量双组份材料，无需均匀混合双组份材料，故质量稳定性好，施工方面。

4)与新混凝土相容性好，粘接强度高。本发明为水致活型单组分胶粘剂，固化剂为分子筛封闭型固化剂，在新混凝土浇筑与养生的有水环境下，分子筛吸收水分从而将分子筛孔洞中的环氧固化剂驱逐出来，实现环氧树脂固化过程，故其与水泥水化体系相容性好，与新混凝土粘结强度高。

5)吸水性树脂和分子筛封闭型固化剂协同作用，储存稳定性好。本发明的界面胶粘剂为水致活型单组分胶粘剂，在生产和储存过程中难免有少量水分进入胶粘剂内部，会严重影响产品的储存稳定性。本发明中含有吸水性树脂，可吸收胶粘剂内部水分，避免水分进入分子筛中导致激活环氧树脂固化过程，故储存稳定性好。

6)硫酸钙晶须和有机蒙脱土做功能填料，胶体抗冲击能力和抗疲劳能力强。硫酸钙晶须是形状类似于短纤维而尺寸远小于短纤维的须状单晶体，其直径极小,长径比极大,具有高度有序的原子排列结构，几乎没有通常大晶体中存在的缺陷，具有极优良的物理化学性质和优异的机械性能。与通常应用的有机短纤维相比，硫酸钙晶须与各种无机填料的相容性更好，分散性更好，基本不存在分散性的问题，且经偶联剂改性后的硫酸钙晶须与环氧基体相容性更好，可以更好地发挥其纤维增强功能。

蒙脱土是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，具有独特的一维层状纳米结构。蒙脱土由于层间的大量无机离子而表现出来的疏油性，不利于其在环氧基体中的分散，经有机改性后，可使蒙脱土层间由亲水性转变为亲油性，降低其表面能，同时使蒙脱土的层间距增大，使聚合物的链或单体能进入层间，从而制造出纳米复合材料，显著提高胶体的抗冲击性能和抗疲劳性能。

本发明利用纤维增强材料和纳米复合材料协同作用，使胶体在承受外界应力时，通过微观结构的变形或界面剥离等形式大幅吸收外界能量，故可显著提升胶体抗冲击性能和抗疲劳性能。

7)以疏水型气相二氧化硅为触变剂，界面胶粘剂的触变性能和施工性能好；以液态双酚F型环氧树脂NPEF-170为主树脂，以双环氧基活性稀释剂环己二醇二缩水甘油醚为稀释剂，界面胶粘剂的稀释效果好，渗透性强，强度损失小，粘接强度高。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)施工方便，质量稳定。本发明为单组分界面胶粘剂，无现场物料称量和物料拌合等工序，界面胶粘剂质量稳定且施工方便。

2)力学强度高，韧性好。本发明借助高刚性无机纳米颗粒和高韧性有机纳米颗粒复合改性技术优势，同时利用纳米颗粒的高比表面积，高模量和纳米尺寸效应等特性协同作用，实现增强增韧效果，显著提升胶体力学性能，呈现高强高韧特性；采用无机纳米二氧化硅和有机纳米橡胶复合增韧体系，使胶体内同时存在无机纳米颗粒增韧机理和橡胶弹性体增韧机理，增韧效果明显，且弹性模量不降低。

3)抗冲击能力和抗疲劳能力强。本发明利用纤维增强材料和纳米复合材料协同作用，使胶体在承受外界应力时，通过微观结构的变形或界面剥离等形式大幅吸收外界能量，故胶体抗冲击性能和抗疲劳性能高。

4)与新混凝土粘结强度高。本发明为水致活型单组分胶粘剂，在新混凝土浇筑与养生的有水环境下，环氧树脂固化过程与水泥水化过程同步且相容性好，故与新混凝土粘结强度高。

5)储存稳定性好。本发明含有吸水性树脂，可吸收胶粘剂内部水分，避免水分进入分子筛中导致激活环氧树脂固化过程，故储存稳定性好。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。

实施例1：

所述的提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂为单组分环氧胶粘剂，按质量份数的配方组成如下：

上述纳米橡胶改性环氧树脂为株洲同心实业发展有限公司生产的HH-0802产品。

上述界面胶粘剂的制备方法，其具体步骤为：

1)原料称量：按上述配比准确称取各原材料；2)胶粘剂制备：首先将液态原料(纳米橡胶改性环氧树脂、纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂、液态双酚F型环氧树脂、双环氧基活性稀释剂、吸水性树脂、分子筛封闭型固化剂、偶联剂、消泡剂和分散剂)按质量份数加入真空反应釜中混合搅拌5分钟；然后将固态原料(高岭土﹑硫酸钙晶须和有机蒙脱土和触变剂)按质量份数加入上述真空反应釜中混合搅拌20分钟；最后对真空反应釜抽真空排气泡排水汽30分钟，真空度保持在-0.08MPa；3)包装储存：将上述真空反应釜中物料在真空环境下密封包装储存，避免产品包装中含有水分或水蒸气，以免影响产品储存稳定性。

所述界面胶粘剂的施工工艺，其具体步骤为：

1)旧混凝土界面处理：对旧混凝土界面进行严格清理，凿去松动石子，凿成凸凹面；旧混凝土的风化、变质、蜂窝、麻面和酥松部分必须除去；经过表面的机械处理后，必须用压力水将碎屑、粉末彻底冲洗干净。

2)旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂：将界面胶粘剂均匀涂抹在经过上述界面处理的旧混凝土界面上，胶层厚度控制在3mm。在涂抹界面胶粘剂前，旧混凝土界面应进行洒水处理，确保界面湿润，有水膜覆盖。

3)浇筑新混凝土：在旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂后，立即进行新混凝土浇筑作业。

4)新混凝土养生：新混凝土养生完成后即得新旧混凝土粘结结构。

所述界面胶粘剂的施工工艺中，在旧混凝土界面处理中增加植筋处理，以提高新旧混凝土界面强度。

实施例2：

所述的提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂为单组分环氧胶粘剂，按质量份数的配方组成如下：

所述纳米橡胶改性环氧树脂为株洲同心实业发展有限公司生产的HH-0801产品。

所述界面胶粘剂的制备方法，其具体步骤为：

1)原料称量：按所述配比准确称取各原材料；2)胶粘剂制备：首先将液态原料(纳米橡胶改性环氧树脂、纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂、液态双酚F型环氧树脂、双环氧基活性稀释剂、吸水性树脂、分子筛封闭型固化剂、偶联剂、消泡剂和分散剂)按质量份数加入真空反应釜中混合搅拌3分钟；然后将固态原料(高岭土﹑硫酸钙晶须和有机蒙脱土和触变剂)按质量份数加入上述真空反应釜中混合搅拌10分钟；最后对真空反应釜抽真空排气泡排水汽10分钟，真空度保持在-0.09MPa；3)包装储存：将上述真空反应釜中物料在真空环境下密封包装储存，避免产品包装中含有水分或水蒸气，以免影响产品储存稳定性。

所述界面胶粘剂的施工工艺，其具体步骤为：

1)旧混凝土界面处理：对旧混凝土界面进行严格清理，凿去松动石子，凿成凸凹面；旧混凝土的风化、变质、蜂窝、麻面和酥松部分必须除去；经过表面的机械处理后，必须用压力水将碎屑、粉末彻底冲洗干净。

2)旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂：将界面胶粘剂均匀涂抹在经过上述界面处理的旧混凝土界面上，胶层厚度控制在1mm。在涂抹高性能界面胶粘剂前，旧混凝土界面应进行洒水处理，确保界面湿润，有水膜覆盖。

3)浇筑新混凝土：在旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂后，立即进行新混凝土浇筑作业。

4)新混凝土养生：新混凝土养生完成后即得新旧混凝土粘结结构。

实施例3：

所述的提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂为单组分环氧胶粘剂，按质量份数的配方组成如下：

所述纳米橡胶改性环氧树脂为株洲同心实业发展有限公司生产的HH-0803产品。

所述界面胶粘剂的制备方法，其具体步骤为：

1)原料称量：按所述配比准确称取各原材料；2)胶粘剂制备：首先将液态原料(纳米橡胶改性环氧树脂、纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂、液态双酚F型环氧树脂、双环氧基活性稀释剂、吸水性树脂、分子筛封闭型固化剂、偶联剂、消泡剂和分散剂)按质量份数加入真空反应釜中混合搅拌4分钟；然后将固态原料(高岭土﹑硫酸钙晶须和有机蒙脱土和触变剂)按质量份数加入上述真空反应釜中混合搅拌15分钟；最后对真空反应釜抽真空排气泡排水汽20分钟，真空度保持在-0.085MPa；3)包装储存：将上述真空反应釜中物料在真空环境下密封包装储存，避免产品包装中含有水分或水蒸气，以免影响产品储存稳定性。

所述界面胶粘剂的施工工艺，其具体步骤为：

1)旧混凝土界面处理：对旧混凝土界面进行严格清理，凿去松动石子，凿成凸凹面；旧混凝土的风化、变质、蜂窝、麻面和酥松部分必须除去；经过表面的机械处理后，必须用压力水将碎屑、粉末彻底冲洗干净。

2)旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂：将界面胶粘剂均匀涂抹在经过上述界面处理的旧混凝土界面上，胶层厚度控制在2mm。在涂抹界面胶粘剂前，旧混凝土界面应进行洒水处理，确保界面湿润，有水膜覆盖。

3)浇筑新混凝土：在旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂后，立即进行新混凝土浇筑作业。

4)新混凝土养生：新混凝土养生完成后即得新旧混凝土粘结结构。

所述界面胶粘剂的施工工艺中，在旧混凝土界面处理中增加植筋处理，以提高新旧混凝土界面强度。

上述实施例1-3中，所述纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化硅颗粒表面富集的羟基与液态双酚F型环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到，其中纳米二氧化硅颗粒粒径为20-40nm，纳米二氧化硅质量分数为2-4％；

所述液态双酚F型环氧树脂为NPEF-170环氧树脂；

所述双环氧基活性稀释剂为环己二醇二缩水甘油醚；

所述吸水性树脂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物；

所述分子筛封闭型固化剂为CW-X144E；

所述偶联剂为KH560；

所述消泡剂为BYK-066N；

所述分散剂为BYK-163；

所述高岭土为1250目煅烧高岭土；

所述活性硫酸钙晶须为经硅烷偶联剂表面改性过的平均直径1-8μm，平均长度50-200μm的活性硫酸钙晶须；

所述有机蒙脱土为采用阳离子表面活性剂十八烷基三甲基季铵盐处理的蒙脱土；

所述触变剂为疏水型气相二氧化硅。

所述高岭土﹑硫酸钙晶须和有机蒙脱土在使用前均需进行干燥处理，确保含水量低于0.08％。干燥处理工艺为：干燥温度为100℃-120℃，干燥时间为1-2小时，干燥期间，每间隔20min翻动一遍物料。

实施例1-3制得的界面胶粘剂性能测试结果如下：

Claims (7)

1.一种提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂，其特征在于，所述的界面胶粘剂为单组分环氧胶粘剂，按质量份数的配方组成为：纳米橡胶改性环氧树脂20-30份，纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂15-30份，液态双酚F型环氧树脂40-65份，双环氧基活性稀释剂1-5份，吸水性树脂1-2份，分子筛封闭型固化剂30-50份，偶联剂0.5-1份，消泡剂0.1-0.2份，分散剂0.1-0.2份，高岭土50-100份，活性硫酸钙晶须5-15份，有机蒙脱土3-8份，触变剂0.5-1份；

上述配方中纳米橡胶改性环氧树脂、纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂和液体双酚F型环氧树脂三者共计100份。

2.根据权利要求1所述的提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂，其特征在于，所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-080N系列产品；所述液态双酚F型环氧树脂为NPEF-170环氧树脂；所述双环氧基活性稀释剂为环己二醇二缩水甘油醚；所述吸水性树脂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物；所述分子筛封闭型固化剂为CW-X144E；所述偶联剂为KH560；所述消泡剂为BYK-066N；所述分散剂为BYK-163；所述高岭土为1250目煅烧高岭土；所述活性硫酸钙晶须为经硅烷偶联剂表面改性过的平均直径1-8μm，平均长度50-200μm的活性硫酸钙晶须；所述有机蒙脱土为采用阳离子表面活性剂十八烷基三甲基季铵盐处理的蒙脱土；所述触变剂为疏水型气相二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂，其特征在于，所述纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化硅颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到，其中纳米二氧化硅颗粒粒径为20-40nm，环氧树脂为液态双酚F型环氧树脂，纳米二氧化硅质量分数为2-4％。

4.根据权利要求2所述的提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂，其特征在于，所述高岭土﹑硫酸钙晶须和有机蒙脱土在使用前均需进行干燥处理，确保含水量低于0.08％；所述的干燥处理的工艺为：干燥温度为100℃-120℃，干燥时间为1-2小时，干燥期间，每间隔20min翻动一遍物料。

5.根据权利要求1所述的提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：

1)原料称量：按所述配比准确称取各原材料；2)胶粘剂制备：首先将纳米橡胶改性环氧树脂、纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂、液态双酚F型环氧树脂、双环氧基活性稀释剂、吸水性树脂、分子筛封闭型固化剂、偶联剂、消泡剂和分散剂按质量份数加入真空反应釜中混合搅拌3-5分钟；然后将高岭土﹑硫酸钙晶须、有机蒙脱土和触变剂按质量份数加入上述真空反应釜中混合搅拌10-20分钟；最后对真空反应釜抽真空排气泡排水汽10-30分钟，真空度保持在-0.08MPa至-0.09MPa之间；3)包装储存：将上述真空反应釜中的混合物料在真空环境下密封包装储存，避免产品包装中含有水分或水蒸气。

6.根据权利要求1所述的提升新旧混凝土粘接力的界面胶粘剂的施工工艺，其特征在于，所述的施工工艺的具体步骤为：

1)旧混凝土界面处理：对旧混凝土界面进行清理，凿去松动石子，凿成凸凹面；将旧混凝土的风化、变质、蜂窝、麻面和酥松部分清除；经过表面的机械处理后，用压力水将碎屑、粉末冲洗干净；

2)旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂：将界面胶粘剂均匀涂抹在经过步骤1)界面处理的旧混凝土界面上，胶层厚度控制在1-3mm；在涂抹界面胶粘剂前，旧混凝土界面进行洒水处理，确保界面湿润，有水膜覆盖；

3)浇筑新混凝土：在旧混凝土界面涂抹界面胶粘剂后，立即进行新混凝土浇筑作业；

4)新混凝土养生：浇筑的新混凝土养生完成后即得新旧混凝土粘结结构。

7.根据权利要求6所述的施工工艺，其特征在于，所述步骤1)中增加植筋处理。