CN103043948B - 一种纳米改性玻璃纤维筋海砂混凝土栅栏板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米改性FRP筋海砂混凝土栅栏板，所述栅栏板主要由海砂混凝土和纳米改性FRP筋制成，其中，纳米改性FRP筋主要由下述原材料按质量百分比制作而成：玻璃纤维65%—75%，树脂21.5%—29.5%,纳米材料0.045%—0.6%，促进剂0.15%—0.45%，阻聚剂0.04%-0.05%，固化剂0.3%—0.6%，乙二醇1.5%—4.5%。本发明还公开了一种纳米改性FRP筋海砂混凝土栅栏板的制备方法。本发明公开的一种纳米改性FRP筋海砂混凝土栅栏板中FRP筋具有强度、质量比高、弹性模量小、疲劳性能好、应力松弛小、耐腐蚀性能好等优点，且直接利用了海砂，不仅具有巨大的经济社会效应，还有利于促进生态环境保护。

Description

一种纳米改性玻璃纤维筋海砂混凝土栅栏板及其制备方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及一种纳米改性玻璃纤维（简称FRP）筋增强海砂混凝土栅栏板及其制备方法，适用于海堤加固工程、围垦防护工程，亦可以用于海边公路路堤边坡防护等。   

背景技术

随着我国沿海地区经济的不断发展，沿海码头、海滨电厂、围海造地等海岸工程在为社会发展提供交通、能源和空间等基本保障的同时，海浪对沿海结构物的冲击、越浪导致河口海岸地区农田、房屋、建筑被淹没等情况为高强度开发利用海岸带的防灾减灾提出了一系列新课题。

为了解决这一问题，人类采取了很多措施，其中，带栅栏板海堤是一种典型的海岸防护工程，栅栏板作为一种独特的大型人工混凝土薄板结构，利用本身的稳定重量和块体间的相互嵌固作用，形成整体性坡面，其块体内空格起消浪散浪作用，能有效地挡潮、防浪、保护海岸或河口海滨的水工建筑物等，在海岸防护中扮演着重要的作用。然而由于潮湿、温度变化、氯离子等恶劣环境，使栅栏板中钢筋易锈蚀，较大程度上降低了整体结构的使用寿命,同时较高的维修费用，对其大范围的推广应用带来不便。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种纳米改性FRP筋海砂混凝土栅栏板及其制备方法，该结构耐腐蚀性好，同时可以直接取材，使用当地海砂，属于生态建设范畴，具有巨大的经济社会效益。另外，开发了一种新型的轻质、高强、耐腐蚀性好的新型筋材代替栅栏板中钢筋，不仅具有广阔的应用前景，亦具有重要的社会经济效益。

技术方案：为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种纳米改性FRP筋海砂混凝土栅栏板，包括海砂混凝土和纳米改性FRP筋。纳米改性FRP筋包括以下以质量百分比计的组件：玻璃纤维65%—75%，树脂21.5%—29.5%,纳米材料0.045%—0.6%，促进剂0.15%—0.45%，阻聚剂0.04%-0.05%，固化剂0.3%—0.6%，乙二醇1.5%—4.5%。

所述的纳米材料为纳米粘土或者碳纳米管。其中碳纳米管为多壁碳纳米管，长径比为500-3000，弹性模量1.5-5TPa。纳米粘土为纳米蒙脱土，DK级。

所述的树脂为乙烯基不饱和聚酯或者环氧树脂。

乙烯基酯不饱和聚酯树脂也称为乙烯基酯树脂、丙烯酸类聚酯树脂或环氧丙烯酸聚酯树脂。从分子结构而言，乙烯基酯聚酯的大分子中既含有环氧树脂分子的主链结构，又含有带不饱和双键的聚酯结构。因此，这类树脂既具有环氧树脂的良好的粘结性和机械强度，又具有不饱和聚酯树脂的良好固化性能。尤为突出的是在耐蚀性能方面，它不但比普通的不饱和聚酯树脂和环氧树脂好得多，在某些介质中，比又酚A型不饱和聚酯树脂还好。这是因为乙烯基酯聚酯与主键含有循环酯基的普通不饱和聚酯不同，前者分子中只含端点酯基，酯基浓度（指平均每100g不饱和聚酯树脂中所含酯基的摩尔数）较低。酯基是耐蚀方面的薄弱结构，酯基越少耐蚀性能随之提高。此外，它的酯基的相邻碳原子上有甲基，此甲基可起到保护酯基的作用。

双酚A型环氧树脂是环氧树脂中产量最大、使用最广的一种品种，因为它有很高的透明度，也是由双酚A和环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下反应生成的，n一般在0～25之间。根据相对分子质量大小，环氧树脂可以分成各种型号。一般低相对分子质量环氧树脂的n平均值小于2，软化点低于50℃，也成为软环氧树脂；中等相对分子质量环氧树脂的n值在2～5之间，软化点在50～95℃之间；而n大于5的树脂（软化点在100℃以上）称为高相对分子质量树脂。

其中海砂混凝土由水泥、海砂、石子等原料组成，其配制强度为C20-C60；纳米改性FRP筋主要由纳米材料、树脂、玻璃纤维组成，具体而言：

 1）促进剂主要用于降低反应的活化能，使反应在较低的温度下进行，其成分可以为2-苄基-4-甲基咪唑；

2）固化剂主要作用是使环氧树脂固化，所述固化剂为脂肪胺，如乙二胺、二乙烯三胺、二丙烯三胺、三甲基六亚甲基二胺等，也可为改性胺，如烷基醇胺、羟甲基二乙基三胺、马来酰亚胺等；

3）上述的固化剂、促进剂、阻聚剂均为市售获得的本领域常规材料。

上述一种纳米改性FRP筋增强海砂混凝土栅栏板制备方法，它包括如下步骤：

1）选取纳米改性FRP筋的原材料，按各原材料的质量百分比进行称量，备用；

2）将纳米材料分散于乙二醇溶剂中，一边机械搅拌一边超声使纳米材料充分分散；然后将分散好的纳米材料与树脂搅拌均匀，得到改性后的树脂，再将玻璃纤维浸渍到添加了固化剂、促进剂等的树脂中，加热固化；最后拉挤成型，即可得到纳米改性FRP筋；

3）根据设计的混凝土配合比，称好水泥、砂、石子和水的量，往搅拌机内顺序加入石子、海砂、水泥，开动搅拌机，在拌和过程中将水徐徐加入，水全部加入后，继续拌合，使其拌合均匀，即得到所述海砂混凝土；

4）将步骤1）及2）得到的纳米改性FRP筋固定在模具上，将海砂混凝土浇在模具内，振捣密实；在适宜温度（20±1℃）和湿度（≧90%）养护成型即可得到纳米改性FRP筋增强海砂混凝土栅栏板，制备方法可分为现浇、预制及部分预制。

本发明与传统的栅栏板相比，具有：

1）耐久性好。用纳米改性FRP筋代替了栅栏板中的钢筋，纳米改性FRP筋是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。所以，在海水作用下，具有较强的抵抗氯离子侵蚀的能力。

2）经济性好。由于纳米改性FRP筋的耐腐蚀性好，所以可以直接使用海砂做细骨料，无需进行淡水淡化、添加缓蚀剂等预处理，解决了陆砂、河砂远程开采运输造成的高成本问题，具有巨大的社会经济效益。

3）生态环保。直接使用海砂做细骨料，有利于海砂的广泛使用，有助于海砂资源丰富地区的建筑建设，整体来看，大大缓解了陆砂、河砂资源的开采压力，有利于促进生态环境保护。

附图说明

图1是本发明的平面结构示意图。

图2是本发明的平面结构的A-A剖面图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。本发明所用到的固化剂、促进剂、阻聚剂均为市售获得的本领域常规材料。

实施例1：一种纳米改性FRP筋增强海砂混凝土栅栏板，包括按质量百分比计的以下组份：玻璃纤维70%，环氧树脂（双酚A型）25.5%，纳米粘土0.6%，促进剂（2-苄基-4-甲基咪唑）0.45%，阻聚剂0.05%，固化剂（乙二胺）0.4%，乙二醇3%。海砂混凝土强度等级设计为C40。

制备过程具体包括如下步骤：

1) 选取纳米改性FRP筋的原材料，按各原材料的质量百分比进行称量，备用；

2）将纳米粘土分散于乙二醇溶剂中，一边机械搅拌一边超声使纳米粘土充分分散；然后将分散好的纳米粘土与树脂搅拌均匀，得到改性后的树脂，再将玻璃纤维浸渍到添加了固化剂、促进剂等的树脂中，加热固化；最后拉挤成型，即可得到纳米改性FRP筋；

3）根据设计的混凝土配合比，称好水泥、砂、石子和水的量，往搅拌机内顺序加入石子、海砂、水泥，全部加料时间不宜超过2min。开动搅拌机，在拌和过程中将水徐徐加入，水全部加入后，继续拌合约2min，，使其拌合均匀；

4）将按步骤1）、2）得到的纳米改性FRP筋固定在模具上，将海砂混凝土浇在模具内，振捣密实；在适宜温度（20±℃和湿度（﹥90%）下养护成型即可得到纳米改性FRP筋增强海砂混凝土栅栏板。

如图1和图2所示为本发明的结构示意图和剖面图，本纳米改性FRP筋海砂混凝土栅栏板预制件包括边梁2、顶梁3及栅条4，为了安装方便，在边梁上端装有吊钩1，梁及栅条内配置不同型号的纳米改性FRP筋。

实施例2：一种纳米改性FRP筋增强海砂混凝土栅栏板，包括按质量百分比计的以下组份：玻璃纤维65%，乙烯基不饱和聚酯29.5%，碳纳米管0.06%，促进剂（2-苄基-4-甲基咪唑）0.3%，阻聚剂0.04%，固化剂（乙二胺）0.6%，乙二醇4.5%。海砂混凝土强度等级设计为C60。

制备方法同实施例1。

实施例3：一种纳米改性FRP筋增强海砂混凝土栅栏板，包括按质量百分比计的以下组份：玻璃纤维75%，环氧树脂（双酚A型）21.5%，碳纳米管0.045%，促进剂（2-苄基-4-甲基咪唑）0.15%，阻聚剂0.045%，固化剂（乙二胺）0.3%，乙二醇2.96%。海砂混凝土强度等级设计为C30。

制备方法同实施例1。            

Claims (2)

1.一种纳米改性FRP筋海砂混凝土栅栏板，其特征在于：所述栅栏板主要由海砂混凝土和纳米改性FRP筋制成，其中，纳米改性FRP筋主要由下述原材料按质量百分比制作而成：玻璃纤维65%—75%，树脂21.5%—29.5%，纳米材料0.045%—0.6%，促进剂0.15%—0.45%，阻聚剂0.04%-0.05%，固化剂0.3%—0.6%，乙二醇1.5%—4.5%；所述的纳米材料为纳米粘土或者碳纳米管，所述的纳米粘土为DK级纳米蒙脱土，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管长径比为500-3000，弹性模量1.5-5TPa，所述的树脂为乙烯基不饱和聚酯或者环氧树脂。

2.权利要求1所述的纳米改性FRP筋海砂混凝土栅栏板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）选取纳米改性FRP筋的原材料，按各原材料的质量百分比进行称量，备用；

2）将纳米材料分散于乙二醇溶剂中，一边机械搅拌一边超声使纳米材料充分分散；然后将分散好的纳米材料与树脂搅拌均匀，得到改性后的树脂，再将玻璃纤维浸渍到添加了固化剂、促进剂、阻聚剂的树脂中，加热固化；最后拉挤成型，即得到纳米改性FRP筋；

3）根据设计的混凝土配合比，称好水泥、砂、石子和水的量，往搅拌机内按顺序加入石子、海砂、水泥，开动搅拌机，在拌和过程中将水徐徐加入，水全部加入后，继续拌合，使其拌合均匀，即得到所述海砂混凝土；

4）将步骤1）及2）得到的纳米改性FRP筋固定在模具上，将海砂混凝土浇在模具内，振捣密实；在适宜温度20±1℃和湿度≧90%下养护成型即得到纳米改性FRP筋增强海砂混凝土栅栏板，制备方法分为现浇、预制及部分预制。