技术摘要：
本发明的高性能结构胶及其制备方法和施工方法，通过混合搅拌E‑44环氧树脂100组分、硅酸钾和硅酸钠混合液5‑30组分、硅微粉20‑180组分、纳米碳酸钙5‑30组分、微米碳纤维1‑4组分制得A混合物，通过混合搅拌聚酰胺20组分、芳香胺30组分、硅微粉20‑60组分和微米碳纤维1 全部
背景技术：
桥梁是交通运输网的关键节点，对保障交通的高效运行起着至关重要的作用。混 凝土桥梁在我国桥梁中占据重要的地位和相当大的比例。在混凝土桥梁的运营期内，在荷 载和外界环境等因素作用下，桥梁会出现病害，其中比较典型和普遍的就是裂缝，其不仅会 改变结构的应力分布，还会造成外界腐蚀因素进入桥梁结构内，加剧材料的劣化，威胁桥梁 的安全性和耐久性。根据裂缝的产生原因和发展程度，处理方法主要有加固结构和封闭裂 缝两大类，在这两大类应对裂缝的方法中，结构胶主要是做为加固方法中加固材料与被加 固结构之间的连接剂以及做为裂缝的封闭材料。 针对结构胶做为加固材料与被加固结构之间的连接剂，主要存在以下问题：(1)结 构胶的力学性能不高，尤其是粘结性能。根据实际工程调研可知，目前粘贴碳纤维布法、粘 贴碳纤维板法、粘贴预应力碳纤维板法和粘贴钢板法等加固方法中，在加固材料力学性能 得到充分发挥之前，加固体系就因为结构胶失效而破坏，造成了极大的加固材料强度浪费。 (2)结构胶的耐候性和耐久性不高。根据实际工程调研可知，在已经采用结构胶的粘贴法加 固工程中，由于静动力荷载作用、外界环境因素影响，结构胶的使用寿命和性能远未达到设 计的使用寿命，造成加固体系的提前维护和更换，施工麻烦，成本费用较高，对结构的影响 也比较大。(3)结构胶中的气泡比较多，且不易排出。结构胶中的气泡会降低结构胶的力学 性能和耐久性，削弱加固效果，为外界腐蚀环境因素进入结构内部提供了通道，威胁结构的 安全性和耐久性。(4)结构胶的防水和防腐性能较弱，且不能为结构内部的钢筋提供有效的 防护。由于结构胶的工作环境通常是野外，受到紫外线、雨雪等外界因素影响较大，结构胶 防水和防腐性能弱会造成结构胶的性能退化，甚至失效，轻则影响加固结构和加固体系的 耐久性，重则威胁结构的安全性。(5)结构胶的流动性较差，结构胶的现场配置和施工比较 麻烦。目前市场上常用的结构胶制作需要经过多个工艺流程，耗费的时间成本、材料成本、 人力成本和物力成本较高。结构胶流动性差也增大了结构胶的制作与施工难度。 针对做为封闭材料的结构胶，主要存在以下问题：(1)结构胶的力学性能不高，尤 其是粘结性能。根据实际工程调研可知，在已经采用结构胶做为封闭材料的实际结构中，这 些结构胶多与被加固结构之间呈现剥离状态，且结构胶在应力和外界环境作用下，处于开 裂状态。 (2)结构胶的耐候性和耐久性不高。根据实际工程调研可知，在采用结构胶做为封 闭材料的加固工程中，由于静动力荷载作用、外界环境因素影响，结构胶的使用寿命和性能 远未达到设计的使用寿命，造成加固体系的提前维护和更换，施工麻烦，成本费用较高，对 结构的影响也比较大。较多采用结构胶做为封闭材料的结构中，往往会出现加固不久后封 闭部位重新开裂的情况，造成外界腐蚀因素进入结构内部，威胁结构的安全性和耐久性。 (3)结构胶中的气泡比较多，且不易排出。结构胶中的气泡会降低结构胶的力学性能和耐久 3 CN 111607346 A 说 明 书 2/5 页 性，削弱加固效果，为外界腐蚀环境因素进入结构内部提供了通道，威胁结构的安全性和耐 久性。(4)结构胶的防水和防腐性能较弱，且不能为结构内部的钢筋提供有效的防护。由于 结构胶的工作环境通常是野外，受到紫外线、雨雪等外界因素影响较大，结构胶防水和防腐 性能弱会造成结构胶的性能退化，甚至失效，轻则影响加固结构和加固体系的耐久性，重则 威胁结构的安全性。(5)结构胶的流动性较差，结构胶的现场配置和施工比较麻烦。目前市 场上常用的结构胶制作需要经过多个工艺流程，耗费的时间成本、材料成本、人力成本和物 力成本较高。结构胶流动性差会导致细微裂缝封闭不完全，进而影响加固效果，也增大了结 构胶的制作与施工难度。
技术实现要素：
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种具有粘结强度高、耐候性和耐久性好、 结构胶内气泡少、防水和防腐效果优、流动性强、绿色环保、施工便捷的高性能结构胶及其 制备方法和施工方法，具体方案如下： 一种高性能结构胶，主要由以下重量份原材料制成：E-44环氧树脂100份、硅酸钾 和硅酸钠混合液5-30份、硅微粉20-240份、纳米碳酸钙5-30份、微米碳纤维1-6份、聚酰胺 20份、芳香胺30份。 进一步地，主要由以下重量份原材料制成：E-44环氧树脂100份、硅酸钾和硅酸钠 混合液5-10份、硅微粉20-80份、纳米碳酸钙10-30份、微米碳纤维1-4份、聚酰胺20份、芳香 胺30份。 进一步地，所述硅酸钾和硅酸钠混合液由密度为1.44g/cm3的钠水玻璃和钾水玻 璃以重量份配比1：1进行配制所得。 进一步地，所述硅微粉为5000目硅微粉。 所述一种高性能结构胶的制备方法，包括如下步骤： 步骤1.称量E-44环氧树脂100组分、硅酸钾和硅酸钠混合液0-30组分、硅微粉0- 180 组分、纳米碳酸钙0-30组分和微米碳纤维0-4组份的原材料混合，在恒温条件下，使用 搅拌器以1000转/分钟的转速搅拌均匀，并置于密闭容器中抽真空脱气泡处理5分钟制备得 A混合物； 步骤2.称量硅微粉0-60组分、聚酰胺0-50组分、芳香胺0-30组分和微米碳纤维0-2 组分的原材料混合，在恒温条件下，使用搅拌器以400转/分钟的转速搅拌均匀，置于密闭容 器中抽真空脱气泡处理5分钟制得B混合物； 步骤3.将步骤1制备好的A混合物和步骤2制备好的B混合物混合在一起，在恒温条 件下，使得搅拌器以1000转/分钟的转速搅拌均匀，置于密闭容器中抽真空脱气泡处理5分 钟制备获得。 进一步地，所述步骤1制备好的A混合物和步骤2制备好的B混合物的质量比为2：1。 所述的高性能结构胶用作桥梁的加固的连接剂或桥梁裂缝封闭材料。 本发明的优点 (1)本发明的高性能结构胶具有粘结强度高、耐候性和耐久性好、结构胶内气泡 少、防水和防腐效果优、流动性强、绿色环保、施工便捷等优点，具有良好的市场前景，适合 推广。 4 CN 111607346 A 说 明 书 3/5 页 (2)本发明中的高性能结构胶具有优良的粘结性能。无偶联剂改性环氧树脂，以硅 酸钠、硅酸钾、芳香胺作为增韧剂和固化剂本身粘性高，液态时具有高渗透性和流动性，可 降低合成树脂胶体粘度，进而改善填料分散度和整体性，固化后能提高黏度和韧性。 (3)本发明中的高性能结构胶具有超高耐久性。硅微粉和纳米碳酸钙两种材料结 合环氧树脂具有叠合效应，经配比调整，可更有效提高胶体固化后的抗压抗拉强度。微米级 碳纤维能更好地与树脂相容，吸收基体树脂的变形功，阻碍并钝化银纹在树脂中的扩散，提 高结构胶的韧性。胶体受梁体保护且自重较小，对混凝土粘度高，难脱落，解决大多数加固 材料易剥离而导致加固效果失效，耐久性差的问题。 (4)本发明中的高性能结构胶具有低发泡率。将硅微粉填料和微米碳纤维增韧剂 以质量比2：1分到A、B混合物进行搅拌，防止无机填料过于集中，降低结构胶配制过程中的 发泡率。使用硅酸钠和硅酸钾混合液，具有高流动性，能够有效地提高A混合物胶的流动性， 降低表面张力，在恒温搅拌下放热易将气泡排出，达到消泡效果。使用芳香胺具有高流动 性，有效地提高B混合物的渗透性和流动性，使搅拌B混合物产生的气泡容易排出。 (5)本发明中的高性能结构胶具有良好的防水性和防腐性。硅酸钠和硅酸钾混合 液具有良好的防水性和防腐蚀性，配胶过程中硅酸钠和硅酸钾混合液体的流动性较高，能 改善纳米微米填料与环氧树脂的界面作用，有利于各环氧树脂和其它原材料填料的相容性 和分散性，固化后具有高粘性，提高结构胶的粘结性和稳定性。对裂缝灌胶后，胶体对混凝 土粘黏性强，固化后结构胶完全封闭裂缝，胶体本身具有防水性，可对结构内部钢筋进行有 效防腐保护，提高防水性和防腐性。 (6)本发明中的高性能结构胶具有保护钢筋的作用。芳香胺具有高流动性，高浸润 性，有利于填料均匀分散，增强了产品的流动性，能更好地渗入桥梁裂缝的孔隙结构内部， 提高加固后的稳定性。同时，芳香胺、硅酸钠硅酸偏碱性，为钢筋提供碱性环境，有利于钢筋 表面二次形成钝化膜，起到对钢筋的保护作用。 (7)本发明中的高性能结构胶耐候性好。硅酸钾和硅酸钠凝胶后易形成三维孔隙 结构层，孔壁很薄，敞开的孔洞较多，有利于导热，在密封裂缝中，不会发生热对流，使结构 胶拥有良好的耐候性，能适用于常年温度较高，雨水天气较频繁的地区。 (8)本发明中的高性能结构胶施工便捷高效。本发明中的高性能结构胶固化时间 短，绿色环保，不会产生有毒有害物质，也不需要结合其他加固材料形成一种新式加固方 法，满足加固设计规范要求。
本发明的高性能结构胶及其制备方法和施工方法，通过混合搅拌E‑44环氧树脂100组分、硅酸钾和硅酸钠混合液5‑30组分、硅微粉20‑180组分、纳米碳酸钙5‑30组分、微米碳纤维1‑4组分制得A混合物，通过混合搅拌聚酰胺20组分、芳香胺30组分、硅微粉20‑60组分和微米碳纤维1 全部
背景技术：
桥梁是交通运输网的关键节点，对保障交通的高效运行起着至关重要的作用。混 凝土桥梁在我国桥梁中占据重要的地位和相当大的比例。在混凝土桥梁的运营期内，在荷 载和外界环境等因素作用下，桥梁会出现病害，其中比较典型和普遍的就是裂缝，其不仅会 改变结构的应力分布，还会造成外界腐蚀因素进入桥梁结构内，加剧材料的劣化，威胁桥梁 的安全性和耐久性。根据裂缝的产生原因和发展程度，处理方法主要有加固结构和封闭裂 缝两大类，在这两大类应对裂缝的方法中，结构胶主要是做为加固方法中加固材料与被加 固结构之间的连接剂以及做为裂缝的封闭材料。 针对结构胶做为加固材料与被加固结构之间的连接剂，主要存在以下问题：(1)结 构胶的力学性能不高，尤其是粘结性能。根据实际工程调研可知，目前粘贴碳纤维布法、粘 贴碳纤维板法、粘贴预应力碳纤维板法和粘贴钢板法等加固方法中，在加固材料力学性能 得到充分发挥之前，加固体系就因为结构胶失效而破坏，造成了极大的加固材料强度浪费。 (2)结构胶的耐候性和耐久性不高。根据实际工程调研可知，在已经采用结构胶的粘贴法加 固工程中，由于静动力荷载作用、外界环境因素影响，结构胶的使用寿命和性能远未达到设 计的使用寿命，造成加固体系的提前维护和更换，施工麻烦，成本费用较高，对结构的影响 也比较大。(3)结构胶中的气泡比较多，且不易排出。结构胶中的气泡会降低结构胶的力学 性能和耐久性，削弱加固效果，为外界腐蚀环境因素进入结构内部提供了通道，威胁结构的 安全性和耐久性。(4)结构胶的防水和防腐性能较弱，且不能为结构内部的钢筋提供有效的 防护。由于结构胶的工作环境通常是野外，受到紫外线、雨雪等外界因素影响较大，结构胶 防水和防腐性能弱会造成结构胶的性能退化，甚至失效，轻则影响加固结构和加固体系的 耐久性，重则威胁结构的安全性。(5)结构胶的流动性较差，结构胶的现场配置和施工比较 麻烦。目前市场上常用的结构胶制作需要经过多个工艺流程，耗费的时间成本、材料成本、 人力成本和物力成本较高。结构胶流动性差也增大了结构胶的制作与施工难度。 针对做为封闭材料的结构胶，主要存在以下问题：(1)结构胶的力学性能不高，尤 其是粘结性能。根据实际工程调研可知，在已经采用结构胶做为封闭材料的实际结构中，这 些结构胶多与被加固结构之间呈现剥离状态，且结构胶在应力和外界环境作用下，处于开 裂状态。 (2)结构胶的耐候性和耐久性不高。根据实际工程调研可知，在采用结构胶做为封 闭材料的加固工程中，由于静动力荷载作用、外界环境因素影响，结构胶的使用寿命和性能 远未达到设计的使用寿命，造成加固体系的提前维护和更换，施工麻烦，成本费用较高，对 结构的影响也比较大。较多采用结构胶做为封闭材料的结构中，往往会出现加固不久后封 闭部位重新开裂的情况，造成外界腐蚀因素进入结构内部，威胁结构的安全性和耐久性。 (3)结构胶中的气泡比较多，且不易排出。结构胶中的气泡会降低结构胶的力学性能和耐久 3 CN 111607346 A 说 明 书 2/5 页 性，削弱加固效果，为外界腐蚀环境因素进入结构内部提供了通道，威胁结构的安全性和耐 久性。(4)结构胶的防水和防腐性能较弱，且不能为结构内部的钢筋提供有效的防护。由于 结构胶的工作环境通常是野外，受到紫外线、雨雪等外界因素影响较大，结构胶防水和防腐 性能弱会造成结构胶的性能退化，甚至失效，轻则影响加固结构和加固体系的耐久性，重则 威胁结构的安全性。(5)结构胶的流动性较差，结构胶的现场配置和施工比较麻烦。目前市 场上常用的结构胶制作需要经过多个工艺流程，耗费的时间成本、材料成本、人力成本和物 力成本较高。结构胶流动性差会导致细微裂缝封闭不完全，进而影响加固效果，也增大了结 构胶的制作与施工难度。
技术实现要素：
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种具有粘结强度高、耐候性和耐久性好、 结构胶内气泡少、防水和防腐效果优、流动性强、绿色环保、施工便捷的高性能结构胶及其 制备方法和施工方法，具体方案如下： 一种高性能结构胶，主要由以下重量份原材料制成：E-44环氧树脂100份、硅酸钾 和硅酸钠混合液5-30份、硅微粉20-240份、纳米碳酸钙5-30份、微米碳纤维1-6份、聚酰胺 20份、芳香胺30份。 进一步地，主要由以下重量份原材料制成：E-44环氧树脂100份、硅酸钾和硅酸钠 混合液5-10份、硅微粉20-80份、纳米碳酸钙10-30份、微米碳纤维1-4份、聚酰胺20份、芳香 胺30份。 进一步地，所述硅酸钾和硅酸钠混合液由密度为1.44g/cm3的钠水玻璃和钾水玻 璃以重量份配比1：1进行配制所得。 进一步地，所述硅微粉为5000目硅微粉。 所述一种高性能结构胶的制备方法，包括如下步骤： 步骤1.称量E-44环氧树脂100组分、硅酸钾和硅酸钠混合液0-30组分、硅微粉0- 180 组分、纳米碳酸钙0-30组分和微米碳纤维0-4组份的原材料混合，在恒温条件下，使用 搅拌器以1000转/分钟的转速搅拌均匀，并置于密闭容器中抽真空脱气泡处理5分钟制备得 A混合物； 步骤2.称量硅微粉0-60组分、聚酰胺0-50组分、芳香胺0-30组分和微米碳纤维0-2 组分的原材料混合，在恒温条件下，使用搅拌器以400转/分钟的转速搅拌均匀，置于密闭容 器中抽真空脱气泡处理5分钟制得B混合物； 步骤3.将步骤1制备好的A混合物和步骤2制备好的B混合物混合在一起，在恒温条 件下，使得搅拌器以1000转/分钟的转速搅拌均匀，置于密闭容器中抽真空脱气泡处理5分 钟制备获得。 进一步地，所述步骤1制备好的A混合物和步骤2制备好的B混合物的质量比为2：1。 所述的高性能结构胶用作桥梁的加固的连接剂或桥梁裂缝封闭材料。 本发明的优点 (1)本发明的高性能结构胶具有粘结强度高、耐候性和耐久性好、结构胶内气泡 少、防水和防腐效果优、流动性强、绿色环保、施工便捷等优点，具有良好的市场前景，适合 推广。 4 CN 111607346 A 说 明 书 3/5 页 (2)本发明中的高性能结构胶具有优良的粘结性能。无偶联剂改性环氧树脂，以硅 酸钠、硅酸钾、芳香胺作为增韧剂和固化剂本身粘性高，液态时具有高渗透性和流动性，可 降低合成树脂胶体粘度，进而改善填料分散度和整体性，固化后能提高黏度和韧性。 (3)本发明中的高性能结构胶具有超高耐久性。硅微粉和纳米碳酸钙两种材料结 合环氧树脂具有叠合效应，经配比调整，可更有效提高胶体固化后的抗压抗拉强度。微米级 碳纤维能更好地与树脂相容，吸收基体树脂的变形功，阻碍并钝化银纹在树脂中的扩散，提 高结构胶的韧性。胶体受梁体保护且自重较小，对混凝土粘度高，难脱落，解决大多数加固 材料易剥离而导致加固效果失效，耐久性差的问题。 (4)本发明中的高性能结构胶具有低发泡率。将硅微粉填料和微米碳纤维增韧剂 以质量比2：1分到A、B混合物进行搅拌，防止无机填料过于集中，降低结构胶配制过程中的 发泡率。使用硅酸钠和硅酸钾混合液，具有高流动性，能够有效地提高A混合物胶的流动性， 降低表面张力，在恒温搅拌下放热易将气泡排出，达到消泡效果。使用芳香胺具有高流动 性，有效地提高B混合物的渗透性和流动性，使搅拌B混合物产生的气泡容易排出。 (5)本发明中的高性能结构胶具有良好的防水性和防腐性。硅酸钠和硅酸钾混合 液具有良好的防水性和防腐蚀性，配胶过程中硅酸钠和硅酸钾混合液体的流动性较高，能 改善纳米微米填料与环氧树脂的界面作用，有利于各环氧树脂和其它原材料填料的相容性 和分散性，固化后具有高粘性，提高结构胶的粘结性和稳定性。对裂缝灌胶后，胶体对混凝 土粘黏性强，固化后结构胶完全封闭裂缝，胶体本身具有防水性，可对结构内部钢筋进行有 效防腐保护，提高防水性和防腐性。 (6)本发明中的高性能结构胶具有保护钢筋的作用。芳香胺具有高流动性，高浸润 性，有利于填料均匀分散，增强了产品的流动性，能更好地渗入桥梁裂缝的孔隙结构内部， 提高加固后的稳定性。同时，芳香胺、硅酸钠硅酸偏碱性，为钢筋提供碱性环境，有利于钢筋 表面二次形成钝化膜，起到对钢筋的保护作用。 (7)本发明中的高性能结构胶耐候性好。硅酸钾和硅酸钠凝胶后易形成三维孔隙 结构层，孔壁很薄，敞开的孔洞较多，有利于导热，在密封裂缝中，不会发生热对流，使结构 胶拥有良好的耐候性，能适用于常年温度较高，雨水天气较频繁的地区。 (8)本发明中的高性能结构胶施工便捷高效。本发明中的高性能结构胶固化时间 短，绿色环保，不会产生有毒有害物质，也不需要结合其他加固材料形成一种新式加固方 法，满足加固设计规范要求。
