CN102260414B - 一种类礁石结构材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种类礁石结构材料及其制备方法。本发明的类礁石结构材料包括以下组分:乙烯基树脂、TiO2、R和CaF2,其中,R为CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·nH2O,n为1、2、3、4、5或6。本发明的类礁石结构材料的表面光洁度高,硬度和耐磨程度均超过普通碳素钢,且不生长海藻类生物,对贝类无繁殖生长能力,同时兼有自动催化杀菌作用,无毒、无其他副作用。

Description

一种类礁石结构材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种类礁石结构材料,特别涉及一种能够防止海水和淡水腐蚀的类礁石结构材料及其制备方法。
背景技术
国外对水质的重视程度已提高到与人们的生命相关,并对输水管道的腐蚀进行了细致的研究。例如:Sarin等在2001年研究了旧的输水管道内腐蚀产物对水质的影响以及腐蚀产物的成分;Drissi等在1994年研究了管道中Fe(OH)2在水中含有碳酸根离子的条件下氧化的机理;LeChevallier等在1993年研究了消毒残留物对管道腐蚀的影响。但是,国外的研究大多集中在传统的输水管道的研究,而对现阶段已经广泛采用的新型管材的管道的腐蚀行为以及管内水质的影响因素研究则较少。
而我国对输水管的腐蚀研究比较早,但没有引起研究者的足够重视,所以,在这方面的研究进展比较缓慢。多数研究也是集中在传统的金属管道,对采用新型管材的管道腐蚀变化情况也研究不够,且研究的方法比较落后,一直在利用传统的失重法来测定腐蚀速率,而国外早已利用相应的电化学方法来测量,这种测试方法能够实现瞬时测量,比传统的失重法节省时间。
短距离而少量输海水在我国已有成功经验。长距离大量输送海水无论是国内外,在现阶段均无成功经验。油漆是浮游生物、贝类及藻类附着管壁而无法清理,已成为长距离输送海水技术中国的瓶颈问题。利用不同输水管道每年输海水量已达10亿m3/a,而用一条管道大量输送海水在我国还没有成功的经验,尤其是在长距离大功率疏运海水在全国也没有先例。此外,国内对输水管道防护措施的研究大都集中在提高出厂水质稳定性方面,而对其他的防护方法研究较少。由于输水管道腐蚀的研究具有地域性特点,管网水质和周围环境的不同,以及管道材质的不同对管道腐蚀的具体情况也不一样。因此,借鉴外国在这一领域的研究成果,利用新的研究和测试方法来开展我国输水管道腐蚀和防护的研究,对于提高和发展我国水资源,综合利用海水和输水事业的发展是具有重大意义的。
金属输水管道在长期使用下,内壁会受到不同程度的腐蚀。管道腐蚀不仅降低输水能力,而且会增加电耗。由于长期受到水的腐蚀作用,管内壁上会生成一种含有多种成分和细菌的“生长环”,“生长环”的逐年加厚,不仅影响供水水质,还严重影响原有管道的过水断面,降低输水能力,也使管道阻力增大,而造成供水压力下降。为了保证供水服务的水压,必须采用高扬程水泵来加大水压,这不仅浪费电能,也会增大漏失水量。因此,清除管道锈蚀垢,并防止其再生锈,不仅能提高输水能力,更可提高供水水质。而现在广泛应用的夹砂玻璃钢管是一种柔性非金属复合材料管,它不会生锈,但同样存在着藻类物质和浮游生物的附着问题,这一直是输水管道的难题。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷,本发明提供了一种类礁石结构材料,从而防止海水和淡水在输水过程中浮游生物的生长,贝类、藻类的繁殖附着对输水管道的腐蚀。
本发明是通过以下技术方案来解决这些问题的:
一种类礁石结构材料,其特征在于,包括以下组分:乙烯基树脂、TiO2、R;其中,R为CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·nH2O,n为结晶水,可为1、2、3、4、5或6,优选为2。结晶水控制在2时,可使制得的类礁石结构材料高耐磨程度更低,烧结难度更小。
其中,所述各组分的量为65-75重量份乙烯基树脂,12-15重量份TiO2,13-18重量份R;优选所述各组分的量为:65-70重量份乙烯基树脂,13-14重量份TiO2,13-16重量份R。
在本发明的实施例中,所述类礁石结构材料还可以包括CaF2
其中CaF2为1-3重量份,优选CaF2为2重量份。
本发明所述类礁石结构材料,所述R是将重晶石与铝/镁矿充分混合后,再与石膏混合并真空烧结,然后将混合物研磨成具有一定粒径的颗粒而得到。
其中,所述烧结的温度为750-940℃,优选890℃;真空度为20-40mmHg,优选30mmHg,所述粒径为1-6mm。
本发明的另一目的在于提供一种所述类礁石结构材料的制备方法,具体包括如下步骤:
1)将乙烯基树脂与TiO2在超声振荡条件下混合均匀,得到备用料1;
2)将CaF2与R在球磨机上混合,球磨到一定粒径后作为备料2;
3)将所述备料1与所述备料2混合均匀,得到类礁石结构材料。
其中,所述步骤1)中超声振荡的频率为120-300Hz。
所述步骤2)中的粒径为10-80μm。
本发明还提供了所述类礁石结构材料作为防腐蚀材料的应用以及所述类礁石结构材料作为防护内衬的应用。
本发明的类礁石结构材料对海藻类生物、贝类等无繁殖能力,同时具有自动杀菌及耐水冲刷的特点,由此,本发明的类礁石材料能够防止海水和淡水输送过程中管壁生长或附着浮游生物、贝类及海藻类繁殖腐蚀,并具有耐水冲刷磨损的特点,其与玻璃钢类或混凝土表面复合,具有较高的结合强度。
附图说明
图1为本发明类礁石材料与玻璃钢结合的效果图;
图2为本发明类礁石材料与水泥基结合的效果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,应该理解的是,这些实施例仅用于例证的目的,决不限制本发明的保护范围。
作为玻璃钢管内壁的防护层,类礁石结构材料必需使大型输海水管道内壁具有耐腐蚀、耐磨、耐酸、耐碱、水利性能好、水利粗糙系数小等性能,使管壁具有承受轴向、环向内、外压强度、变形强度和环向抗拉强度等特点,而且类礁石结构材料需要与玻璃钢有很高的结合强度。
基于以上要求,本发明的类礁石结构材料包括以下组分:乙烯基树脂、TiO2、R和CaF2,其中,R含有CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·nH2O。n为结晶水,可以是1、2、3、4、5或6。
其中,TiO2和CaF2在组分中起到自动杀菌作用,以阻止藻类和贝类等浮游生物的繁殖与生成。
现有技术中已知的乙烯基树脂均可实现本发明。
所述R是将重晶石与铝/镁矿充分混合后,再与石膏混合并真空烧结,然后将混合物研磨成具有一定粒径的颗粒而得到。
实施例1R的制备
将重晶石与铝/镁矿充分混合后,再与石膏混合并真空烧结,设定真空度为20、30或40mmHg,通过控制烧结温度来控制结晶水的个数,然后将所得混合物研磨成粒径为1-6mm的颗粒,采用X射线衍射(XRD)和荧光光谱仪分析对所得产物进行检测,在烧结温度为940℃、890℃、860℃、830℃、790℃、750℃下得到产品的结晶水依次为1、2、3、4、5、6。结构为CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·nH2O。
R的组成与检测结果如表1所示。
表1
Figure BDA0000062052420000041
注:本数据由北京分析测试中心提供,检测所用仪器为原子光谱衍射仪。
实施例2类礁石结构材料的制备
称取65g乙烯基树脂、12gTiO2,R选用CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·H2O,重量为13g,将乙烯基树脂与TiO2在频率为120Hz的超声振荡条件下混合均匀,得到备料1;将R球磨成粒径为10μm的颗粒,然后与备料1混合均匀即可。
实施例3类礁石结构材料的制备
称取75g乙烯基树脂、15gTiO2,R选用CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·2H2O,重量为18g,1g CaF2,将乙烯基树脂与TiO2在频率为300Hz的超声振荡条件下混合均匀,得到备料1;将TiO2与R用球磨机混合并球磨成粒径为80μm的颗粒得到备料2,然后将备料1与备料2混合均匀即可。
实施例4类礁石结构材料的制备
称取65g乙烯基树脂、13gTiO2,R选用CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·3H2O,重量为13g,2g CaF2,将乙烯基树脂与TiO2在频率为200Hz的超声振荡条件下混合均匀,得到备料1;将TiO2与R用球磨机混合并球磨成粒径为60μm的颗粒得到备料2,然后将备料1与备料2混合均匀即可。
实施例5类礁石结构材料的制备
称取70g乙烯基树脂、14gTiO2,R选用CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·4H2O,重量为16g,3g CaF2,将乙烯基树脂与TiO2在频率为250Hz的超声振荡条件下混合均匀,得到备料1;将TiO2与R用球磨机混合并球磨成粒径为50μm的颗粒得到备料2,然后将备料1与备料2混合均匀即可。
实施例6类礁石结构材料的制备
称取65g乙烯基树脂、12gTiO2,R选用CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·5H2O,重量为15g,2g CaF2,将乙烯基树脂与TiO2在频率为150Hz的超声振荡条件下混合均匀,得到备料1;将TiO2与R用球磨机混合并球磨成粒径为30μm的颗粒得到备料2,然后将备料1与备料2混合均匀即可。
实施例7类礁石结构材料的制备
称取65g乙烯基树脂、12gTiO2,R选用CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·6H2O,重量为15g,2g CaF2,将乙烯基树脂与TiO2在频率为150Hz的超声振荡条件下混合均匀,得到备料1;将TiO2与R用球磨机混合并球磨成粒径为30μm的颗粒得到备料2,然后将备料1与备料2混合均匀即可。
试验例1
对用实施例3的类礁石结构材料作为底衬加工的玻璃钢管、普通玻璃钢管、水泥基复合2.2mm厚的实施例3的类礁石结构材料进行耐海水腐蚀及防藻类、贝类生物生长实验。经大连市海水质量监测站进行120天实验测试观察,得到如下结论:
1、用实施例3的类礁石结构材料作为底衬加工的玻璃钢管无藻类、贝类生长迹象;
2、水泥基复合2.2mm厚的实施例3的类礁石结构材料无藻类、贝类生长迹象,结构紧密在海水中无脱落、无溶解等异常现象。
3、普通玻璃钢管在海水中浸泡25天时,开始有藻类迹象;第52天开始繁殖藻菌;第39天开始有贝类菌生长;第73天后附着强度开始增大。
本发明类礁石结构材料的技术指标如表2所示。
表2
Figure BDA0000062052420000071
a:由中国建筑材料科学研究总院作出的检测结果。
本发明的类礁石结构材料具有以下优点:
1、本发明类礁石结构材料能与聚酯、环氧树脂进行良好的相容,最终制品具有礁石般硬度和性能,粗糙率小于0.009,输水磨耗0.02mm/a(水流速在15m/s以内)。
2、本发明类礁石结构材料具有抗海水污染、抗海藻、抗贝类、浮游生物附着能力,同时在淡水中也同样具有上述功能。
3、本发明类礁石材料与玻璃钢类进行复合,能与混凝土表面进行复合,同时具有较好的结合强度。
4、将本发明类礁石结构材料可用作超大型夹砂玻璃钢管的内衬材料和混凝土基层的表面防护结构层材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,对本发明而言仅仅是说明性的,而非限制性的。本专业技术人员理解,在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变,修改,甚至等效,但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种类礁石结构材料,其特征在于,包括以下组分:乙烯基树脂、TiO2、R;其中,R为CaCO3·MgCO3·Al2O3·CaSO4·nH2O,n为1、2、3、4、5或6;所述各组分的量为65-75重量份乙烯基树脂,12-15重量份TiO2,13-18重量份R。
2.根据权利要求1所述的类礁石结构材料,其特征在于,所述各组分的量为:65-70重量份乙烯基树脂,13-14重量份TiO2,13-16重量份R。
3.根据权利要求1或2所述的类礁石结构材料,其特征在于,还包括CaF2
4.根据权利要求3所述的类礁石结构材料,其特征在于,CaF2为1-3重量份。
5.根据权利要求3所述的类礁石结构材料,其特征在于,CaF2为2重量份。
6.根据权利要求1-5任一项所述的类礁石结构材料,其特征在于,所述R是将重晶石与铝/镁矿充分混合后,再与石膏混合并真空烧结,然后将混合物研磨成具有一定粒径的颗粒而得到。
7.根据权利要求6所述的类礁石结构材料,其特征在于,所述烧结的温度为750-940℃;真空度为20-40mmHg,所述粒径为1-6mm。
8.根据权利要求6所述的类礁石结构材料,其特征在于,所述烧结的温度为890℃;真空度为30mmHg。
9.一种以上权利要求所述类礁石结构材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将乙烯基树脂与TiO2在超声振荡条件下混合均匀,得到备用料1;
2)将CaF2与R在球磨机上混合,球磨到一定粒径后作为备料2;
3)将所述备料1与所述备料2混合均匀,得到类礁石结构材料。
10.根据权利要求9所述的类礁石结构材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中超声振荡的频率为120-300Hz。
11.根据权利要求10所述的类礁石结构材料的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中的粒径为10-80μm。
12.权利要求1-8任一项所述的类礁石结构材料作为防腐蚀材料的应用。
13.权利要求1-8任一项所述的类礁石结构材料作为防护内衬的应用。 
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