一种钢结构加固专用胶及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑结构加固领域。更具体地说，本发明涉及一种钢结构加固专用胶及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国经济的不断发展、钢产量跃居世界首位，当前钢结构的应用与发展已进入上升时期。钢结构的连接方案和节点构造是钢结构设计中的重要环节。目前桥梁钢结构的连接方式可分为焊缝连接、铆钉和螺栓连接等。(1)焊缝连接，是现代桥梁钢结构主要的连接方法，具有施工方便、截面无削弱、生产效率高的优点，但焊接高温容易使焊接部位材料性能变差、产生焊接残余应力、脆性破坏，容易产生疲劳裂纹。(2)铆钉连接塑性、韧性、整体性和抗疲劳性能较好，但施工繁杂、生产效率低、密封性能不佳，其应用已经逐渐减少。(3)螺栓连接的优点在于安装方便、便于拆卸，缺点是开孔使截面受到削弱、多费附加钢材。随着上世纪中叶高强度螺栓连接的出现，使螺栓连接的使用更加普遍。目前钢结构连接节点往组合连接方式的研究方向发展。如《钢结构高强度螺栓连接技术规程》提到栓焊混用、栓焊并用的连接形式，其中栓焊并用因不明确栓焊强度比的影响及二者承载力的分配，在国内设计中应用尚少。胶栓组合连接是将胶接和螺栓连接结合使用，能够起到优势互补的作用。对于胶栓组合连接在土木工程方面的研究及应用均较少，但是从少量的试验研究结果及其与单一螺栓连接或胶接的对比来看，胶栓混接具有非常好的力学性能。目前所使用的结构胶有如下问题尚待解决：1)热变形温度较低(一般最高为60～70℃)，而室外钢结构在太阳光照射时，最高温度能达到80～90℃，高温时结构胶会变软，影响整体受力；2)弹性模量较小(一般为1～10gpa)，而钢结构的弹性模量一般为200gpa，当受力时，结构胶与钢结构变形大小不一致，容易产生剥离现象；3)结构胶固化时间较长，达到所需力学性能一般需要2～3天，在钢结构维修与加固中会影响工期。


技术实现要素：

3.针对以上技术问题，本发明提供一种钢结构加固专用胶及其制备方法，使其热变形温度≥100℃，弹性模量为40～100gpa，固化时间≤4小时，12小时强度≥30mpa，24小时强度≥60mpa。
4.本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂；其中，所述环氧树脂包括式(1)表示的环氧树脂，或者包括式(1)和式(2)所表示的环氧树脂组成的混合物，当为混合物时，式(1)表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的50％～85％，式(2)表示的环氧树脂至少占环氧树脂总重量的15％；
[0005][0006]
优选的是，环氧树脂的重量占专用胶总重量的5％～30％，优选8％～25％；固化剂的重量占专用胶总重量的1％～20％，优选3％～17％；增韧剂的重量占专用胶总重量的5％～25％，优选7％～22％；填料的重量占专用胶总重量的10％～85％，优选15％～80％；稀释剂的重量占专用胶总重量的1％～20％，优选2％～18％；阻聚剂的重量占专用胶总重量的0.01％～1％，优选0.02％～0.8％。
[0007]
优选的是，只要式(1)和式(2)所示的环氧树脂的固有性能没有受到损害即可，所述环氧树脂还可以包括其他类型的环氧树脂中的一种或几种混合物，例如：双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、双酚s型环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、联苯型环氧树脂、脂肪族环氧树脂、三苯甲烷类环氧树脂、烷基改性的三苯酚甲烷类环氧树脂、含有三嗪环的环氧树脂、双环戊二烯苯酚环氧树脂、酚醛类环氧树脂、多芳香环形环氧树脂等。
[0008]
优选的是，所述固化剂为咪唑加成类固化剂，其结构形式为式(3)表示，
[0009][0010]
优选的是，除了选用式(3)所示的咪唑加成类固化剂外，还可以含有如下所述的一种或几种的固化剂，只要式(3)所示的咪唑加成类固化剂的固有性能没有受到损害即可，例如：磷化合物(如三苯基膦、三丁基膦、三苯基膦三苯基硼烷、四苯基硼酸和四苯基磷鎓、三苯基膦和苯醌加合物)、有机金属盐、叔胺类化合物、季铵盐、二氮二杂环烯烃(如dbu等)这些化合物及其衍生物等。
[0011]
优选的是，增韧剂优选多元醇结构，所述增韧剂为f100、f300、capa3050、h2004、hef750、hef751、ep-4000l、ep-4000s中的一种或几种的混合物。
[0012]
优选的是，增韧剂为hef750和hef751的混合物，其重量比为1：(2～3.5)。
[0013]
优选的是，所述填料为金属粉末(含铁粉、铜粉、不锈钢粉、钨合金粉、镍合金粉末)的一种或几种。
[0014]
优选的是，所述填料选用粒径为100～400微米的铁粉。
[0015]
优选的是，所述稀释剂为正丁基缩水甘油醚，叔碳酸缩水甘油醚，对叔丁基苯基缩水甘油醚，甲基丙烯酸缩水甘油醚，苄基缩水甘油醚，聚丙二醇缩水甘油醚，1、4-丁二醇二缩水甘油醚，1、6-己二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。
[0016]
优选的是，所述阻聚剂为对苯甲酸，草酸，苯二酚，对苯醌，甲基氢醌，对羟基苯甲醚，巴比妥酸，2-叔丁基对苯二酚，2、6-二叔丁基对甲酚中的一种或几种。
[0017]
本发明还提供了一种钢结构加固专用胶的制备方法，包括以下步骤：
[0018]
1)将环氧树脂、增韧剂、填料加入到搅拌反应釜，加热，真空搅拌，脱水，降温；
[0019]
2)向搅拌反应釜中加入阻聚剂，真空状态下继续搅拌；
[0020]
3)向搅拌反应釜中加入稀释剂，混合均匀后在真空状态下控温搅拌；
[0021]
4)继续真空搅拌脱泡，得到中间体备用；
[0022]
5)使用时，将步骤4)制得的中间体与固化剂一起加入到容器中进行搅拌，搅拌6～15分钟后，得到专用胶。
[0023]
优选的是，步骤1)加热温度为75～85℃，搅拌时间为0.5～2h，搅拌速率为10～30r/min；步骤2)搅拌时间为0.5～1.5h，搅拌速率为10～30r/min；步骤3)搅拌时间为0.5～1h，搅拌速率为15～30r/min；步骤4)搅拌时间为0.2～0.5h，搅拌速率为2～8r/min；步骤5)搅拌时间为6～15分钟后，搅拌速率为15～60r/min。
[0024]
本发明至少包括以下有益效果：
[0025]
(1)本发明钢结构加固专用胶具有以下特点：粘度低、工艺性好；热稳定性、耐热性高；极性很强、黏度低，因而对多种填料都是有很好的润湿能力和粘结性，可在不降低工艺性的前提下添加大量填料，从而使膨胀系数及成本降低；毒性小；
[0026]
(2)所使用的固化剂具有以下特点：颗粒小，容易在环氧树脂中分散；优异的耐热性和耐水性；高安全性；储存稳定性高，使用寿命长；高反应性，使树脂能够在80℃下固化；固化速度快；
[0027]
(3)所使用的的增韧剂具有以下特点：能非常均匀地分散在环氧树脂中，固化后有效的提高了剪切强度和撕裂强度，同时保持原有的热变形温度，不影响耐热性；
[0028]
(4)本发明的钢结构加固专用胶，使用环氧树脂、增韧剂作为提高胶体弹性及耐高温性的助剂，使得该胶在高达130℃高温后仍具有良好的柔韧性，固化剂的选用，使得该胶能在低温(≤80℃)下快速固化，防止因胶体的流动而出现溢胶、漏胶情况。本发明的专用胶通过各原料组成的添加和合理配比，使得到的专用胶不仅具有市面上常规钢结构胶的力学性能、柔韧性及低粘度等特点，还具有高热变形温度、高弹性模量，固化时间短等优点。本发明的钢结构加固专用胶可广泛应用于钢结构维修、加固、替换等项目。
[0029]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
[0030]
下面结合实施例对本发明进行详细、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合实施例对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
[0031]
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0032][0033]
实施例1
[0034]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。所述环氧树脂是式(1)表示的环氧树脂，所述的固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef750，所述的填料选用粒径为100微米的铁粉；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0035]
环氧树脂的重量占专用胶总重量的14％，固化剂的重量占专用胶总重量的10％，增韧剂的重量占专用胶总重量的9％，稀释剂的重量占专用胶总重量的7％，阻聚剂的重量占专用胶总重量的0.15％，其余为填料。
[0036]
本实施例中专用胶的制备方法，包括以下步骤：
[0037]
1)将环氧树脂、增韧剂、填料加入到搅拌反应釜，在80℃下加热，真空搅拌2h，搅拌速率为25r/min，脱水，降温；
[0038]
2)向搅拌反应釜中加入阻聚剂，真空状态下以20r/min继续搅拌1h；
[0039]
3)向搅拌反应釜中加入稀释剂，混合均匀后在真空状态下控温搅拌，搅拌时间为45min，搅拌速率为25r/min；
[0040]
4)继续真空搅拌脱泡，搅拌时间20min，搅拌速率为5r/min；
[0041]
5)将步骤4)制得的中间体与固化剂一起加入到容器中进行搅拌，搅拌速率为40r/min，搅拌8分钟后，得到专用胶。
[0042]
实施例2
[0043]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。所述环氧树脂是式(1)与式(2)所表示的环氧树脂组成的混合物，混合物中，式(1)表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的85％，式(2)所表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的15％；所述的固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef750，所述填料选用粒径为400微米的铁粉；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0044]
环氧树脂的重量占组合物总重量的18％，固化剂的重量占组合物总重量的12％，增韧剂的重量占组合物总重量的11％，稀释剂的重量占组合物总重量的9％，阻聚剂的重量占组合物总重量的0.2％，其余为填料；
[0045]
本实施例中专用胶的制备方法与实施例1一致。
[0046]
实施例3
[0047]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。所述环氧树脂是式(1)与式(2)所表示的环氧树脂组成的混合物，混合物中，式(1)表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的75％，式(2)所表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的25％；所述固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef751，所述的填料选用粒径为300微米的铁粉；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0048]
环氧树脂的重量占组合物总重量的12％，固化剂的重量占组合物总重量的8％，增韧剂的重量占组合物总重量的8％，稀释剂的重量占组合物总重量的5％，阻聚剂的重量占组合物总重量的0.1％，其余为填料；
[0049]
本实施例中专用胶的制备方法与实施例1一致。
[0050]
实施例4
[0051]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。所述的环氧树脂是式(1)与式(2)所表示的环氧树脂组成的混合物，混合物中，式(1)表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的65％，式(2)所表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的35％；所述的固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef750和hef751的混合物，其重量比为1：2.2，所述的填料是铁粉，粒径为200微米；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0052]
环氧树脂的重量占组合物总重量的10％，固化剂的重量占组合物总重量的6％，增韧剂的重量占组合物总重量的7％，稀释剂的重量占组合物总重量的3％，阻聚剂的重量占组合物总重量的0.05％，其余为填料；
[0053]
本实施例中专用胶的制备方法与实施例1一致。
[0054]
实施例5
[0055]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。所述的环氧树脂是式(1)与式(2)所表示的环氧树脂组成的混合物，混合物中，式(1)表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的55％，式(2)所表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的45％；所述的固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef750和hef751的混合物，其重量比为1：2.5，所述的填料是铁粉，粒径为200微米；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚
e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0056]
环氧树脂的重量占组合物总重量的16％，固化剂的重量占组合物总重量的11％，增韧剂的重量占组合物总重量的10％，稀释剂的重量占组合物总重量的8％，阻聚剂的重量占组合物总重量的0.18％，其余为填料；
[0057]
本实施例中专用胶的制备方法与实施例1一致。
[0058]
实施例6
[0059]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。所述的环氧树脂是式(1)与式(2)所表示的环氧树脂组成的混合物，混合物中，式(1)表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的50％，式(2)所表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的50％；所述的固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef750和hef751的混合物，其重量比为1：2.8，所述的填料是铁粉，粒径为200微米；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0060]
环氧树脂的重量占组合物总重量的20％，固化剂的重量占组合物总重量的13％，增韧剂的重量占组合物总重量的12％，稀释剂的重量占组合物总重量的10％，阻聚剂的重量占组合物总重量的0.24％，其余为填料。
[0061]
本实施例中专用胶的制备方法与实施例1一致。
[0062]
对比例1
[0063]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。所述的环氧树脂是式(2)所表示的环氧树脂；所述的固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef750和hef751的混合物，其重量比为1：2.8，所述的填料是铁粉，粒径为200微米；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0064]
环氧树脂的重量占组合物总重量的20％，固化剂的重量占组合物总重量的13％，增韧剂的重量占组合物总重量的12％，稀释剂的重量占组合物总重量的10％，阻聚剂的重量占组合物总重量的0.24％，其余为填料。
[0065]
本对比例中专用胶的制备方法与实施例1一致。
[0066]
对比例2
[0067]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。所述的环氧树脂是式(1)与式(2)所表示的环氧树脂组成的混合物，混合物中，式(1)表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的30％，式(2)所表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的70％；所述的固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef750和hef751的混合物，其重量比为1：2.8，所述的填料是铁粉，粒径为200微米；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0068]
环氧树脂的重量占组合物总重量的20％，固化剂的重量占组合物总重量的13％，增韧剂的重量占组合物总重量的12％，稀释剂的重量占组合物总重量的10％，阻聚剂的重量占组合物总重量的0.24％，其余为填料。
[0069]
本对比例中专用胶的制备方法与实施例1一致。
[0070]
对比例3
[0071]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。
所述的环氧树脂是式(1)与式(2)所表示的环氧树脂组成的混合物，混合物中，式(1)表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的50％，式(2)所表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的50％；所述的固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef750和hef751的混合物，其重量比为1：2.8，所述填料是微硅粉，粒径为0.3微米；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0072]
环氧树脂的重量占组合物总重量的20％，固化剂的重量占组合物总重量的13％，增韧剂的重量占组合物总重量的12％，稀释剂的重量占组合物总重量的10％，阻聚剂的重量占组合物总重量的0.24％，其余为填料。
[0073]
本对比例中专用胶的制备方法与实施例1一致。
[0074]
对比例4
[0075]
一种钢结构加固专用胶，包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、填料、稀释剂和阻聚剂。所述的环氧树脂是式(1)与式(2)所表示的环氧树脂组成的混合物，混合物中，式(1)表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的50％，式(2)所表示的环氧树脂占环氧树脂总重量的50％；所述的固化剂是式(3)表示的咪唑加成类固化剂，所述的增韧剂是hef750和hef751的混合物，其重量比为1：2.8，所述的填料是铁粉，粒径为600微米；所述的稀释剂是叔碳酸缩水甘油醚e10p，所述的阻聚剂为2、6-二叔丁基对甲酚bht。
[0076]
环氧树脂的重量占组合物总重量的20％，固化剂的重量占组合物总重量的13％，增韧剂的重量占组合物总重量的12％，稀释剂的重量占组合物总重量的10％，阻聚剂的重量占组合物总重量的0.24％，其余为填料。
[0077]
本对比例中专用胶的制备方法与实施例1一致。
[0078]
取实施例6、对比例1～4进行试验，具体试验依据以下方法进行：
[0079]
(1)热变形温度：按gb/t 1633-2000《热塑性塑料维卡软化温度(vst)的测定》进行热变形温度的测定；
[0080]
(2)弹性模量：按gb/t 2567-2008《树脂浇铸体性能试验方法》中第5.1条拉伸试验进行弹性模量的测定；
[0081]
(3)固化时间：从步骤4)制得的中间体与固化剂一起加入开始计时，人工搅拌，直至无法搅拌计时结束(中间可间断搅拌)，该时间为固化时间；
[0082]
(4)强度：按gb/t 2567-2008《树脂浇铸体性能试验方法》中第5.1条～5.3条进行抗拉强度、抗压强度、抗弯强度的测定。
[0083]
结果如下表1所示。
[0084]
表1
[0085][0086]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。