本發(fā)明涉及一種導電膠粘劑，尤其涉及一種混凝土結(jié)構(gòu)加固用的導電結(jié)構(gòu)膠及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
：在海洋環(huán)境或被鹽污染等環(huán)境中服役的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由鋼筋銹蝕引起的結(jié)構(gòu)受力性能退化，已經(jīng)嚴重影響其安全性和使用性。由于混凝土中鋼筋的銹蝕屬于電化學腐蝕，而陰極保護法能直接抑制鋼筋自身的電化學腐蝕過程，能有效保護鋼筋，因此得到了廣泛的應(yīng)用。陰極保護法是采用外加電流或引入電位更負的陽極材料，使鋼筋發(fā)生陰極極化而受到保護。其中，由于碳纖維聚合材料具有良好的導電性和耐腐蝕性，將碳纖維布粘貼在被腐蝕構(gòu)件上，在用于加固的同時兼作陰極保護的陽極材料，實現(xiàn)加固補強和阻止鋼筋銹蝕的雙重目的，是目前新興的一種陰極保護方法。然而，一般結(jié)構(gòu)加固用膠粘劑沒有導電性能，導致碳纖維布與鋼筋之間無法實現(xiàn)電連通，也就不能達到陰極保護的目的。因此，導電結(jié)構(gòu)膠的制備是碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)陰極保護的核心問題。為了同時達到結(jié)構(gòu)加固和陰極保護的目的，不僅要求結(jié)構(gòu)導電膠具有滿足混凝土結(jié)構(gòu)加固規(guī)范所要求的粘結(jié)強度，同時還要具有良好的導電性能。目前，導電膠的制備多采用在聚合物基體中加入導電材料得到多相復(fù)合材料的方法。其中最為普遍的導電材料為炭黑、鈦顆粒、金屬絲或碳纖維，通常能夠獲得導電性能良好的導電膠，但其主要應(yīng)用于波導、印制電路、電子儀表、電子封裝等領(lǐng)域，不具備結(jié)構(gòu)加固所必須的高強度。為了解決以上問題，迫切需要一種新型的導電結(jié)構(gòu)膠來代替。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明為解決
背景技術(shù)：
中存在的問題提供一種兼具高強度與優(yōu)良導電性能的導電結(jié)構(gòu)膠。一種混凝土結(jié)構(gòu)加固用的導電結(jié)構(gòu)膠，其具體技術(shù)方案如下：一種混凝土結(jié)構(gòu)加固用的導電結(jié)構(gòu)膠，包括A組份和B組份；所述A組份包括下述重量份的原料：環(huán)氧樹脂80-100份，活化磷片石墨25-35份，無水乙醇5-15份，分散劑聚乙烯吡咯烷酮1-2份；所述B組份包括12-15重量份的固化劑三乙醇胺。所述環(huán)氧樹脂采用雙酚A型環(huán)氧樹脂。所述活化磷片石墨中鱗片石墨粒徑在10微米-44微米之間。本發(fā)明還提供一種混凝土結(jié)構(gòu)加固用的導電結(jié)構(gòu)膠的制備方法，步驟如下：將乙醇和環(huán)氧樹脂基體充分混合均勻后，加入分散劑聚乙烯吡咯烷酮和經(jīng)過清洗、活化的鱗片石墨，采用超聲震蕩儀進行分散，最后加入固化劑三乙醇胺，配制出同時具有高強度以及優(yōu)良導電性能的導電結(jié)構(gòu)膠，具體步驟如下（1）將鱗片石墨在10%NaOH溶液中煮沸10min，冷卻至室溫，過濾，用蒸餾水洗滌至中性；然后將洗滌后的鱗片石墨再用10%HNO3煮沸10min，冷卻至室溫，過濾，用蒸餾水洗滌至中性后在120℃條件下真空干燥，使鱗片石墨活化，得到活化磷片石墨，備用；（2）按配方分別準確稱量A組份各原料，首先將環(huán)氧樹脂加入到乙醇溶液中，采用超聲震蕩儀持續(xù)震蕩，使環(huán)氧樹脂充分稀釋；然后繼續(xù)加入活化鱗片石墨和分散劑聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)超聲震蕩，使活化鱗片石墨和分聚乙烯吡咯烷酮在環(huán)氧樹脂中分散均勻，得到A組分；（3）按配方準確稱量B組份原料：固化劑三乙醇胺，將其加入上步所制得的A組份中快速攪拌后超聲震蕩5min，即得到導電結(jié)構(gòu)膠。所述環(huán)氧樹脂采用雙酚A型環(huán)氧樹脂。所述活化磷片石墨中鱗片石墨粒徑在10微米-44微米之間。本發(fā)明配制好的導電結(jié)構(gòu)膠最好在10min內(nèi)用完，以免膠體固化影響粘接效果。本發(fā)明制備的導電結(jié)構(gòu)膠可作為工程結(jié)構(gòu)粘貼加固黏結(jié)膠和陰極保護次陽極的用途，主要用于解決海洋環(huán)境或鹽污染環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕導致的結(jié)構(gòu)受力性能退化的問題；要求用于粘貼碳纖維布的黏結(jié)膠既具有滿足工程結(jié)構(gòu)加固規(guī)范所要求的高粘結(jié)強度，同時還要具有陰極保護次陽極所需要的良好導電性能，本發(fā)明采用在環(huán)氧樹脂基體中加入活化鱗片石墨導電材料及其它自配添加助劑，用超聲震蕩儀進行分散的方法，得到同時具有高強度和優(yōu)異導電性能的導電結(jié)構(gòu)膠，可滿足上述要求，可廣泛用作工程結(jié)構(gòu)粘貼加固黏結(jié)膠和陰極保護次陽極。本發(fā)明研制的混凝土結(jié)構(gòu)加固用導電結(jié)構(gòu)膠，分為A、B兩組份：采用內(nèi)聚強度高、粘結(jié)性能好的環(huán)氧樹脂作基體，以及導電性能好、電阻值穩(wěn)定、價格低廉的鱗片石墨作導電材料，輔以其它自配添加助劑，作為A組份；B組份為固化劑三乙醇胺。經(jīng)多個對比實驗驗證了該導電結(jié)構(gòu)膠兼有優(yōu)異的導電性能和良好的力學性能，能夠?qū)崿F(xiàn)碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)同時兼作陽極材料的雙重目的。本發(fā)明的技術(shù)效果：1.本發(fā)明的導電結(jié)構(gòu)膠具有滿足工程結(jié)構(gòu)加固的粘接強度：根據(jù)GB50728-2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料應(yīng)用安全性鑒定規(guī)范》對以混凝土為基材、粘貼纖維復(fù)合材用結(jié)構(gòu)膠，抗拉強度應(yīng)≥38MPa，抗彎強度應(yīng)≥50MPa，抗壓強度應(yīng)≥70MPa；2.本發(fā)明的導電結(jié)構(gòu)膠的體積電阻率均小于1Ω?cm，滿足陰極保護用導電涂層次陽極的要求；3.本發(fā)明的導電結(jié)構(gòu)膠的掃描電鏡照片如圖1所示，可以看出，鱗片石墨在基體內(nèi)分散性良好，鱗片石墨晶體之間搭接不間斷，能夠?qū)崿F(xiàn)電流導通；4.經(jīng)多個對比實驗，有力證明了本發(fā)明的導電結(jié)構(gòu)膠同時作為工程結(jié)構(gòu)粘貼加固黏結(jié)膠和陰極保護次陽極的有效性。附圖說明圖1導電結(jié)構(gòu)膠的掃描電鏡照片；圖2采用導電結(jié)構(gòu)膠粘貼CFRP加固銹蝕鋼筋混凝土柱試件照片；圖3銹蝕率為1%的試件陰極保護前后的電化學阻抗譜；圖4銹蝕率為3%的試件陰極保護前后的電化學阻抗譜；圖5銹蝕率為6%的試件陰極保護前后的電化學阻抗譜。具體實施方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。實施例11.鱗片石墨活化處理：先將鱗片石墨在10%NaOH溶液中煮沸10min，冷卻至室溫，過濾，用蒸餾水洗滌至中性；再用10%HNO3煮沸10min，冷卻至室溫，過濾，用蒸餾水洗滌至中性；最后在120℃條件下真空干燥，使鱗片石墨活化，備用；2.使用多功能電子天平按配方準確稱量A組份原料：100份環(huán)氧樹脂和7份無水乙醇，采用超聲震蕩儀持續(xù)震蕩10min，加入經(jīng)過活化處理的鱗片石墨30份和分散劑聚乙烯吡咯烷酮2份，繼續(xù)超聲震蕩15min；3、使用多功能電子天平按配方準確稱量B組份原料：固化劑三乙醇胺14份，將其加入A組份中快速攪拌后超聲震蕩5min，即完成導電結(jié)構(gòu)膠的制備。4、配制好的導電結(jié)構(gòu)膠最好在10min內(nèi)用完，以免膠體固化影響粘接效果。實施例21、鱗片石墨活化處理：先將鱗片石墨在10%NaOH溶液中煮沸10min，冷卻至室溫，過濾，用蒸餾水洗滌至中性；再用10%HNO3煮沸10min，冷卻至室溫，過濾，用蒸餾水洗滌至中性；最后在120℃條件下真空干燥，使鱗片石墨活化，備用；2、使用多功能電子天平按配方準確稱量A組份原料：80份環(huán)氧樹脂和5份無水乙醇，采用超聲震蕩儀持續(xù)震蕩10min，加入經(jīng)過活化處理的鱗片石墨25份和分散劑聚乙烯吡咯烷酮1份，繼續(xù)超聲震蕩15min；3、使用多功能電子天平按配方準確稱量B組份原料：固化劑三乙醇胺12份，將其加入A組份中快速攪拌后超聲震蕩5min，即完成導電結(jié)構(gòu)膠的制備。配制好的導電結(jié)構(gòu)膠最好在10min內(nèi)用完，以免膠體固化影響粘接效果。實施例31、鱗片石墨活化處理：先將鱗片石墨在10%NaOH溶液中煮沸10min，冷卻至室溫，過濾，用蒸餾水洗滌至中性；再用10%HNO3煮沸10min，冷卻至室溫，過濾，用蒸餾水洗滌至中性；最后在120℃條件下真空干燥，使鱗片石墨活化，備用；2、使用多功能電子天平按配方準確稱量A組份原料：90份環(huán)氧樹脂和15份無水乙醇，采用超聲震蕩儀持續(xù)震蕩10min，加入經(jīng)過活化處理的鱗片石墨35份和分散劑聚乙烯吡咯烷酮1.5份，繼續(xù)超聲震蕩15min；3、使用多功能電子天平按配方準確稱量B組份原料：固化劑三乙醇胺15份，將其加入A組份中快速攪拌后超聲震蕩5min，即完成導電結(jié)構(gòu)膠的制備。配制好的導電結(jié)構(gòu)膠最好在10min內(nèi)用完，以免膠體固化影響粘接效果。對比試驗對比實施例1-9：制作9個直徑為150mm、高度為310mm的自密實混凝土圓柱。試件養(yǎng)護達到28天后，采用恒電流通電法加速鋼筋銹蝕獲得銹蝕鋼筋混凝土柱。表1實施例基本信息實施例是否CFRP加固是否陰極保護理論銹蝕率腐蝕電流密度1否否1%0.183μA?cm2否否3%0.450μA?cm3否否6%10.406μA?cm4是否1%0.115μA?cm5是否3%0.289μA?cm6是否6%5.327μA?cm7是是1%0.165μA?cm8是是3%0.204μA?cm9是是6%2.933μA?cm采用導電結(jié)構(gòu)膠粘貼碳纖維布前，首先將粘結(jié)面用清洗劑Dynatex49665清洗，以除去油漬、污漬和灰塵，用砂輪打磨機粗化處理后進行二次清洗，然后使用滾筒刷將導電結(jié)構(gòu)膠均勻刷涂于柱身，分別沿試件4-9柱身粘貼一層碳纖維布，并均勻涂刷薄薄一層導電結(jié)構(gòu)膠，最后滾動滾筒刷使得碳纖維布緊貼試件表面，確保導電結(jié)構(gòu)膠完全浸潤纖維布，消除氣泡、凸起等缺陷；制作完成的試件如附圖2所示。采用強制電流陰極極化方法為試件7-9提供保護；鋼筋混凝土外加電流陰極保護系統(tǒng)由CS310型單通道電化學工作站、輔助陽極和電極電纜線組成。其中，輔助陽極由主陽極和次陽極組成，主陽極為碳纖維布，其作用是將供電電源的直流電纜與次陽極連接，并將陰極保護電流分散到次陽極上；次陽極為導電結(jié)構(gòu)膠，其作用是將陰極保護電流直接從主陽極傳遞到漆膜，進而均勻分散到混凝土柱表面。經(jīng)過一年的干濕循環(huán)后，進行電化學測試。通過附圖3-5對比陰極保護前后的電化學阻抗譜圖可知，銹蝕鋼筋混凝土柱在陰極極化電流的作用下電荷轉(zhuǎn)移阻力增大，腐蝕電流密度減小，鋼筋/混凝土界面銹蝕狀況得到有效改善。說明導電結(jié)構(gòu)膠能夠很好地傳遞和分散陰極保護電流，滿足陰極保護的導電要求。電化學測試后進行鋼筋拔出試驗，發(fā)現(xiàn)試件4-6相比未加固柱1-3，鋼筋與混凝土之間的極限粘結(jié)應(yīng)力得到顯著提高，試件破壞由脆性的劈裂破壞變?yōu)檠有缘匿摻畎纬銎茐?。這主要是由于纖維增強聚合物對混凝土橫向變形的約束作用保證了混凝土保護層不會發(fā)生劈裂破壞，進而顯著改善鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)性能。說明導電結(jié)構(gòu)膠作為粘貼碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)膠，滿足工程結(jié)構(gòu)加固的強度要求。本發(fā)明的常規(guī)使用方法：1.待加固部位的粘結(jié)面用清洗劑Dynatex49665清洗，以除去油漬、污漬和灰塵，不能使用酒精、汽油或油漆稀釋液，清洗寬度應(yīng)大于粘結(jié)施工寬度；2.通過機械打磨（可使用銼刀、砂紙等）已清洗的表面，粗化處理后可以獲得強度最高、耐久性最好的粘結(jié)件，注意打磨后應(yīng)進行第二次清洗處理；3.粘結(jié)部分涂抹導電結(jié)構(gòu)膠后在其外周粘貼一層碳纖維布后應(yīng)立即拼合夾住，滾動滾筒刷以均勻接觸壓力保證粘結(jié)部位的最佳固化，確保導電結(jié)構(gòu)膠完全浸潤碳纖維布，消除氣泡、凸起等缺陷；注意避免在溫度低于10℃以下環(huán)境下施工，一般可在10℃以上自然固化，若加溫固化膠接強度可大幅度提高（120℃下固化150min可以得到最大粘接強度）；溢出的膠在固化前用刮板除去，避免固化后難以清除影響結(jié)構(gòu)外觀。應(yīng)當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。應(yīng)當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。當前第1頁1 2 3