一种改性环氧胶粘剂及其在严寒环境下风电混塔拼接中的应用的制作方法

本发明属于建筑胶粘剂材料及其施工应用，具体涉及一种改性环氧胶粘剂及其在严寒环境下风电混塔拼接中的应用。

背景技术：

1、在双碳目标的大背景下，我国推出了许多鼓励新能源发展的政策，促进了风电行业的蓬勃发展。2013年全球风电装机新增35.467gw，2022年全球风电新增吊装容量达到77.6gw，预计到2050年新增市场达到208gw。随着风电市场的持续发展，国内风机向着大功率、大叶轮直径、单位度电成本降低等趋势发展，风机塔架的高度从120m向140m、160m、170m乃至180m快速发展，因此风力发电机组塔架的荷载也越来越大，传统的钢塔架已经无法满足结构受力的要求，混合塔筒逐渐成为了市场的主流选择，混合塔筒的市场规模也越来越大，占比整个风电塔架的市场比重也将越来越大，预估最终市场比重将超过60％。风电混搭下部混塔段是采用工厂预制生产的混凝土环在施工现场拼接成塔的工艺建造，其混凝土环的环缝拼接成为关键部位与关键工序，特别是所用的拼接材料对整个风塔的安全性和耐久性起着决定性作用。

2、改性环氧树脂胶粘剂是符合现行国家标准gb50728《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》的结构胶粘剂，可同时通过湿热老化能力及耐长期应力作用能力检验而可以设计使用50年的结构胶，是当前公认的土木工程领域用结构加固用的粘接材料，其安全性、适用性和耐久性已在国内外得到了广泛验证。所以改性环氧树脂胶粘剂是非常适用风电混塔混凝土环的拼接施工，并已成功用于常温下的风电混塔的拼接。但改性环氧树脂胶粘剂一般要求固化温度≥5℃才能正常固化，在低温及严寒环境下固化缓慢甚至不固化，严重影响了风力混塔的冬季施工进度，甚至无法施工。特别是在我国风力资源丰富的北方地区，全年有一半以上的时间温度低于0℃，均不能进行风电混塔拼接施工。同时，国外严寒环境下风电混塔也由于同样的原因是明令禁止施工的。因此，改性环氧树脂胶粘剂由于在严寒环境下((-50℃至0℃)不能正常固化的问题，严重限制了风电混塔的大规模施工应用。

3、要解决严寒环境下改性环氧胶粘剂的固化问题，常见的技术途径是对环氧胶粘剂进行加热固化，但风电混塔工程由于其特殊性，在世界范围内没有成功的经验和案例可借鉴。风电混塔工程难于对接缝环氧胶粘剂加热固化的特殊性体现在以下方面：(1)风电混塔的直径高达9m且高度高达180m，无法建造一个整体装置将其整体覆盖加热保温。(2)风电混塔的拼接缝一般为外径5-9m、厚度260-350mm的混凝土环基面上，施胶厚度≤10mm，整个改性环氧胶粘剂拼接缝层呈平面大、高度小的“薄片”状态，并且改性环氧胶粘剂拼接缝层的上下面均是混凝土塔筒，只能侧面进行加热保温，加之风电混塔多位于风力资源丰富的野外，散热极快，导致常规的加热带、热风机等措施完全无法适用于该应用场景。(3)风电混塔现场施工时，作业平台是设置在混塔塔筒内部的，工作人员无法进行混塔塔筒外部的任何操作。如果进行外部加热施工操作，需要重新搭建混塔塔筒外部作业平台，将导致施工措施费显著增加。(4)常规内嵌入改性环氧胶粘剂拼接缝层的加热装置，亦存在以下问题：1)加热装置的材质容易出现严寒环境下变脆，易被风电混塔拼接时的自重压断导致整体加热失效；2)加热装置的也容易出现整体厚度大，导致改性环氧胶粘剂拼接缝的整体厚度＞10mm而不符合设计要求；3)加热装置的还存在发热不稳定导致局部过热，改性环氧胶粘剂拼接缝整环固化程度不一致，导致塔筒受力不均，严重时将导致塔筒倾斜的严重工程质量问题；4)加热装置配套使用的改性环氧胶粘剂材料性能不足导致应用失败，如耐热性差，胶体在加热的高温下出现老化性能下降的问题，导致胶体耐久性不足，缩短风电混塔工程的使用寿命，如高温抗流挂性差，加热后胶体流淌导致接缝出现脱空的质量事故，如早期强度低，加热时间长，效率低且施工成本高，如低温挤出性差，在严寒环境下胶体变稠变硬，致使风电混塔拼接时无法通过自重将胶体压平挤出，胶体无法与加热装置充分接触且拼接缝不密实，如导热性差的问题，将导致胶体受热不匀而固化程度不一致，导致塔筒受力不均，存在结构安全隐患。

技术实现思路

1、针对现有改性环氧树脂胶粘剂在风电混塔拼接过程中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种改性环氧胶粘剂及其在严寒环境下风电混塔拼接中的应用，具有高强度、早期强度高、高耐热性、高温不流挂、高导热性、易挤出、长期耐久性好等特点，完全适用于严寒环境下风电混塔拼接。

2、为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种改性环氧胶粘剂，由a组分和b组分组成，a组分和b组分独立包装，使用时按重量比a:b＝100:25-40混合均匀后使用；

4、所述a组分包括以下质量百分比组分：

5、

6、所述b组分包括以下质量百分比组分：

7、

8、本发明的改性环氧胶粘剂采用液体双酚a环氧树脂、酚醛环氧树脂、多官能度环氧树脂、活性稀释剂、多种改性胺固化剂、玻璃微珠、石墨粉、触变剂、粘度调节剂及其它辅助组分，进行改性复配，各组分达到一个科学的平衡，发挥出了最佳的协同效应，使改性环氧胶粘剂具有高强度、早期强度高、高耐热性、高温不流挂、高导热性、易挤出、长期耐久性好等特点，完全适用于严寒环境下风电混塔拼接。

9、进一步优选的，所述液体双酚a型环氧树脂为e51液体双酚a型环氧树脂，可购自于巴陵石化；

10、所述酚醛环氧树脂为emte625、emte636、emte701酚醛环氧树脂中的一种或几种的混合物，均可购自于山东艾蒙特；

11、所述多官能度环氧树脂为emte390、emte350多官能度环氧树脂中的一种或几种的混合物，均可购自于山东艾蒙特。

12、所述活性稀释剂为苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、邻甲苯基缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚中的一种或几种的混合物。

13、a组分和b组分中，所述石英砂为50～300目的级配石英砂；

14、所述玻璃微珠为100-200目的玻璃微珠；

15、所述触变剂独立地为白炭黑、聚酰胺钠、膨润土中的一种或几种的混合物。

16、所述粘度调节剂为gl705粘度调节剂，可购自于天津国隆材料科技有限公司。

17、所述钛白色浆为yl6608钛白色浆，可购自于昆山熠力地坪材料有限公司。

18、所述改性脂环胺固化剂为b-312改性脂环胺固化剂，可购自于广州荣川科技有限公司；

19、所述改性酚醛胺固化剂为hensamine-1041改性酚醛胺固化剂，可购自于苏州亨思特实业有限公司；

20、所述改性芳香胺固化剂为ps-b217改性芳香胺固化剂，可购自于山东尚品新材料有限公司；

21、所述石墨粉为250-400目石墨粉；

22、所述偶联剂为kh550；

23、所述止流剂为byka607、byk2720、byk2710中的一种或几种；

24、所述消泡剂为byka530。

25、本发明还提供了上述改性环氧胶粘剂的应用，将其用于严寒环境下风电混塔拼接。

26、优选的，所述严寒环境下风电混塔拼接的具体过程为：首先在拼接面铺设电加热片，然后在电加热片上涂抹改性环氧胶粘剂，再通过风电混塔混凝土环拼接时的重力将改性环氧胶粘剂挤压至与电加热片充分接触，最后通过电加热片对改性环氧胶粘剂加热固化，完成严寒环境下风电混塔混凝土环的拼接。

27、优选的，所述电加热片为设有碳纤维加热线的钢丝网片，碳纤维加热线外包硅橡胶绝缘层。

28、进一步优选的，所述碳纤维加热线为6k、12k、24k、36k中的一种；所述硅橡胶绝缘层的厚度为0.5-1.0mm；所述钢丝网片的网格为10*10mm，钢丝外径为0.8mm。

29、优选的，所述电加热片尺寸为(600-1200)*(100-250)*(2-4)mm，其在220v电源下的单片功率为200-500w。

30、进一步优选的，所述严寒环境下风电混塔拼接的具体步骤为：

31、s1，拼接面调平：先将待拼接面清洁和整平，然后在待拼接面上环向均匀放置若干块200*100*(2-4)mm的pvc垫块；

32、s2，电加热片安放：将电加热片平整、均匀铺设在待拼接面上的pvc垫块间，并通过主线电缆与电源相接；

33、s3，改性环氧胶粘剂施胶：按配胶比例称量a组分和b组分，再搅拌至充分混匀，再将配制好的改性环氧胶粘剂均匀的涂刮在pvc垫块和电加热片上，涂刮厚为6-10mm，最后埋设若干测温探头；

34、s4，混凝土环吊装：将待拼装混凝土环吊运并完成拼接，刮除拼接缝挤出的改性环氧胶粘剂，对于拼接缝不饱满的局部，用改性环氧胶粘剂补满压实，确保整个拼接缝饱满密实；

35、s5，加热固化：接通电源，实时记录各测温探头数据，对改性环氧胶粘剂进行加热固化；

36、s6，回收：施工完成后将拼接缝外主线电缆剪除并回收。

37、与现有技术相比，本发明带来的有益技术效果：

38、(1)本发明的改性环氧胶粘剂，选用液体双酚a环氧树脂、酚醛环氧树脂、多官能度环氧树脂、活性稀释剂、多种改性胺固化剂、玻璃微珠、石墨粉、触变剂、粘度调节剂及其它辅助组分，进行改性复配，各组分达到一个科学的平衡，发挥出了最佳的协同效应，使改性环氧胶粘剂性能最优，达到了高强度、早期强度高、高耐热性、高温不流挂、高导热性、易挤出、长期耐久性好等特点，完全适用于严寒环境下风电混塔拼接。其中，选用酚醛环氧树脂、多官能度环氧树脂、高强度活性稀释剂、改性脂环胺固化剂、改性芳香胺固化剂，共同实现了改性环氧胶粘剂高强度、早期强度高、高耐热性、长期耐久性好的特点；选用多种强极性环氧树脂及改性胺固化剂，与触变剂触变效果好，再结合止流剂、粘度调节剂，共同实现了改性环氧胶粘剂具有高温不流挂，避免了电加热片加热升温后、胶体未固化前，改性环氧胶粘剂的流淌脱空，导致风电混塔拼接缝失效的问题；引入了石墨粉，利用了石墨粉的高导热性，使胶体加热更均匀，避免局部过热，同时石墨粉作为黑色颜料引入，可作为a组分、b组分以及两者混合均匀的颜色指示剂；引入了玻璃微珠，利用了球形玻璃微珠的“滚动”作用，提高了改性环氧胶粘剂在拼接时的可挤出性，确保了改性环氧胶粘剂与电加热片的充分接触，以及拼接缝的密实饱满，同时发现由于玻璃微珠颗粒表面的低吸油性，其可以增加胶粘剂填料的整体掺量，达到降本增效的有益效果。

39、(2)本发明的电加热片优选耐低温不脆断、发热快且稳定的碳纤维作为加热介质，外包耐低温不脆断、耐高温不软化、绝缘性好的硅橡胶绝缘层，结合轻质补强的钢丝网片，实现发热持续稳定且高效的加热效果，并且有效避免了在严寒环境下风电混凝土环拼接的混凝土环自重下，加热装置低温脆化易压断而导致的加热装置失效问题。另外所用电加热片整体厚度优选为2-4mm，对拼接缝的整体厚度无影响，完全符合设计规范要求。同时，电加热片的钢丝网结构具有双重作用，在前期可以为加热线的布置提供布置骨架，在后期又作为补强材料对胶体性能进行提升。

40、(3)本发明的电加热片优选发热高效且稳定的碳纤维作为加热线，加热线均匀布置设置在钢丝网片上，电加热片均再匀布置于风电混塔拼接面上，加之所用改性环氧胶粘剂的导热性好，确保了加热过程中，整体发热稳定，整环同步加热，实现了改性环氧胶粘剂拼接缝整环同步均匀固化，避免了固化不均匀导致的塔筒受力不均，严重时将导致塔筒倾斜的严重工程问题。

41、(4)本发明的严寒环境下风电混塔拼接施工过程中，无需增加塔筒外的作业平台，完全依靠现有作业平台即可完成，具有施工成本较低的优势。

42、(5)本发明的改性环氧胶粘剂在拼接施工当日即可固化到完全满足整塔承载力要求，确保了整塔结构安全，同时不影响施工工期，实现风电混塔在严寒环境下(-50℃至0℃)的正常施工应用。