CN104327457A - 一种适用于水下基础的地脚螺栓及其制作材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于水下基础的地脚螺栓及其制作材料，该地脚螺栓包括内部基础杆体和环绕于所述内部基础杆体的外部螺纹，内部基础杆体由浸渍有增韧剂的纤维增强复合材料组成，外部螺纹由含有纳米级蒙脱土的纤维增强复合材料组成。本发明的地脚螺栓可以降低地脚螺栓内部杆体在腐蚀环境下的螺纹开裂损伤，同时可以有效的提高螺纹的结构密实度，降低外界腐蚀环境对内部杆体的侵蚀，最终有利于提高腐蚀环境下地脚螺栓与混凝土基础之间的粘结性能，保证地脚螺栓锚固力的传递与实现。

Description

一种适用于水下基础的地脚螺栓及其制作材料

技术领域

本发明属于土建交通、电力等基础设施建设用材料领域，涉及一种适用于水下基础的地脚螺栓及其制作材料。

背景技术

目前地脚螺栓作为基础结构与上部结构、设备连接的重要工具，因为其埋在基础中，腐蚀情况在内部，人们用肉眼难以看到起内部的腐蚀情况，因此地脚螺栓的腐蚀情况往往没有引起人们的重视。然而地脚螺栓通常埋在混凝土构件中，承受着介质以及环境的双重作用，其腐蚀情况不容乐观。如人们熟悉的大亚湾核电站核岛容器的地脚螺栓，其腐蚀情况螺栓外表面受腐蚀情况较为严重，部分螺栓已失去金属光泽，并会发生大块剥落现象。由此可见，长期处于水环境下的地脚螺栓需具有较强的防腐能力才能保证其在结构中保证结构整体的安全性能。

与传统建设材料钢材相比，纤维增强复合材料具有轻质、高强、耐高温、耐久性好、便捷施工等一系列优点，在工程领域纤维增强复合材料材料得到了越来越多的关注。然而当纤维增强复合材料应用于混凝土结构中，是长期处于碱性环境下工作的，因此纤维增强复合材料面临着耐久性能不足的问题。既有研究表明：对于纤维增强复合材料，虽然纤维表面有树脂基体的保护，但树脂具有一定的吸水性，并且在酸、碱、盐等腐蚀溶液作用下树脂内部易产生微裂纹，从而水汽和碱性腐蚀介质仍能够到达纤维表面并对其进行腐蚀，导致结构性能显著降低。为此要提高纤维增强复合材料在混凝土结构中的适用性，尤其是水下环境的混凝土结构中，由于混凝土的碱性作用会在一定程度上影响纤维复合材料的性能发挥，有必要采取一定的措施来改善纤维增强复合材料耐腐蚀性能不足的问题。为此要将纤维增强复合材料应用到腐蚀环境中，需进行树脂的改性使之提高耐腐蚀性能，在保证材料本身的优越力学性能得以发挥的同时满足耐久性的要求，从而实现在结构中的安全可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种适用于水下基础的地脚螺栓。

本发明的另一目的是提供了制备适用于水下基础的地脚螺栓的制作材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于水下基础的地脚螺栓，包括内部基础杆体和环绕于所述内部基础杆体的外部螺纹，所述内部基础杆体由第一纤维增强复合材料组成，所述的外部螺纹由第二纤维增强复合材料组成。

所述第一纤维增强复合材料为浸渍有增韧剂的纤维增强复合材料，是纤维与掺入了一定比例的液态或固态的增韧剂的环氧树脂浸渍固化而成，该比例应与树脂匹配，使其性能较好的发挥，该比例通常介于5%-15%。通过增韧树脂可降低开裂损伤、提高耐腐蚀性能。增韧剂能够吸收应力并延缓、阻止碱性溶液作用下基体内部微裂纹的扩展，从而降低腐蚀介质在树脂基体中的传播速率，对纤维提供更好的保护，提升纤维复合材料耐腐蚀性能，降低开裂损伤提高耐碱性。这种做法使得在复合材料的树脂基体中引入了直径为0.5～1.0微米的防裂弹性球状颗粒体，该颗粒体具有较高的抗裂性能并且与树脂基体具有良好的粘结，能够在树脂基体构成的交联网络中形成分散相。这种既均匀分散又与树脂基体紧密结合的弹性球状颗粒体，能够吸收应力并延缓、阻止碱性溶液作用下基体内部微裂纹的扩展，从而降低腐蚀介质在树脂基体中的传播速率，对纤维提供更好的保护，提升纤维增强复合材料的耐碱性能，降低开裂损伤提高耐碱性。增韧剂可以选用羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜、聚酰亚胺、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛等。

所述第二纤维增强复合材料为含有纳米级蒙脱土的纤维增强复合材料；纳米级蒙脱土的重量百分比含量为1%～8%。纳米级蒙脱土为树脂改性剂，改性后的树脂可有效的提高螺纹结构密实度，降低了螺纹因为腐蚀导致的强度下降以及粘结不足的问题出现，有利于提高腐蚀环境下地脚螺栓与混凝土基础的粘结性能，保证螺栓锚固力的传递和实现。此螺纹应具有一定的深度，以保证与混凝土之间有较好的机械咬合力。实验表明通过添加蒙脱土可以有效抑制在腐蚀环境下环氧树脂性能的退化，这是由于添有机蒙脱土后可以抑制水的渗透，有效减小对树脂的侵蚀。试验证明添加有机蒙脱土可以有效的减小腐蚀环境对树脂的侵蚀。

第一纤维增强复合材料与第二纤维增强复合材料中的纤维可以选自碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维及芳纶纤维。

在进一步的较优的方案中，所述第二纤维增强复合材料中的纳米级蒙脱土的重量百分比含量为5%。第二纤维增强复合材料中的纳米级蒙脱土的比例并不是越多越好，实验结果得出蒙脱土的添加以5%为最佳。

本发明具有以下突出的有益效果：可以降低地脚螺栓内部杆体在腐蚀环境下的螺纹开裂损伤，同时可以有效的提高螺纹的结构密实度，降低外界腐蚀环境对内部杆体的侵蚀，最终有利于提高腐蚀环境下地脚螺栓与混凝土基础之间的粘结性能，保证地脚螺栓锚固力的传递与实现。

附图说明

图1是本发明的地脚螺栓螺杆的剖面图；

图2为纤维增强复合材料地脚螺栓螺杆纱线位置示意图；

图3为普通环氧树脂微裂缝分布情况；

图4为添加增韧剂的环氧树脂微裂缝分布情况；

图5为添加纳米级蒙脱土改性材料的环氧树脂微裂缝分布情况；

图6 为拉挤纤维杆体设备示意图；

图中，1、外部螺纹  2、内部基础杆体  3、微裂缝  4、增韧剂颗粒体  5、纳米级蒙脱土  6、螺纹缠绕线 7、纱架张力装置  8、浸胶装置  9、合拢压挤装置  10、固化装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:

实施例1：

参见图1和图2，一种适用于水下基础的地脚螺栓，包括内部基础杆体2和环绕于内部基础杆体2的外部螺纹1，内部基础杆体2和外部螺纹1为一体连接，内部基础杆体2由第一纤维增强复合材料组成，外部螺纹1由第二纤维增强复合材料组成。第一纤维增强复合材料为浸渍有重量百分比含量为5%的增韧剂羧基液体丁腈橡胶的芳纶纤维增强复合材料，第二纤维增强复合材料为含有重量百分比含量为5%的纳米级蒙脱土的玄武岩纤维增强复合材料。第一纤维增强复合材料与第二纤维增强复合材料的基体材料为环氧树脂，参见图3及图4，第一纤维增强复合材料中的增韧剂颗粒4能有效地降低环氧树脂中微裂纹3的开裂损伤，阻止环氧树脂基体内部微裂纹3的扩展；参见图5，在第二纤维增强复合材料中添加纳米级蒙脱土改性材料也能在一定程度上降低的环氧树脂微裂缝3的损伤，同时，纳米级蒙脱土有效的提高了螺纹结构密实度，降低了螺纹因为腐蚀导致的强度下降以及粘结不足的问题出现，有利于提高腐蚀环境下地脚螺栓与混凝土基础的粘结性能，保证螺栓锚固力的传递和实现。

实施例2

一种适用于水下基础的地脚螺栓，包括内部基础杆体2和环绕于内部基础杆体2的外部螺纹1，内部基础杆体2和外部螺纹1为一体连接，内部基础杆体2由第一纤维增强复合材料组成，外部螺纹1由第二纤维增强复合材料组成，第一纤维增强复合材料为浸渍有重量百分比含量为15%的增韧剂液体硅橡胶的碳纤维增强复合材料，第二纤维增强复合材料为含有重量百分比含量为1%的纳米级蒙脱土的玻璃纤维增强复合材料。

实施例3

一种适用于水下基础的地脚螺栓，包括内部基础杆体2和环绕于内部基础杆体2的外部螺纹1，内部基础杆体2和外部螺纹1为一体连接，内部基础杆体2由第一纤维增强复合材料组成，外部螺纹1由第二纤维增强复合材料组成，第一纤维增强复合材料为浸渍有重量百分比含量为8%的增韧剂聚酰亚胺的玻璃纤维增强复合材料，第二纤维增强复合材料为含有重量百分比含量为8%的纳米级蒙脱土的玄武岩纤维增强复合材料。

制备实施例

实施例1-3中的地脚螺栓是通过如下设备和流程制备的：

参见图6，将选定的纤维纱布设于纱架上，组成第一纤维增强复合材料的纤维纱布设于纱架的中心，组成第二纤维增强复合材料的纤维纱布置于第一纤维外圈，纤维纱通过纱架张力装置7进行拉紧处理后，分别通过浸胶槽8充分浸胶处理，其中，组成内部基础杆体2的纤维纱经过含增韧剂的树脂基体胶液，组成外部螺纹的纤维纱经过含纳米级蒙脱土的树脂基体胶液，分别形成第一纤维增强复合材料和第二纤维增强复合材料，然后进入合拢浸胶纱及压挤螺纹的合拢压挤装置9中合拢挤压成型，由于合拢压挤装置9四周的挤压作用以及树脂的粘结作用，将第一纤维增强复合材料和第二纤维增强复合材料紧紧结合一体，并在进行拉挤杆体的同时，根据螺纹深度的设计采取不同的螺纹缠绕线6环向缠绕在杆体环向，通过拉紧形成螺纹；最后经固化装置10将合拢后的浸胶纱进行固化成型，待成型后将形成螺纹缠绕线6缠绕拆除，该工艺可实现一次固化成型，最终形成纤维增强复合材料地脚螺栓螺杆。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于水下基础的地脚螺栓，包括内部基础杆体和环绕于所述内部基础杆体的外部螺纹，其特征在于，所述内部基础杆体由第一纤维增强复合材料组成，所述外部螺纹由第二纤维增强复合材料组成；

所述第一纤维增强复合材料为浸渍有增韧剂的纤维增强复合材料，增韧剂的重量百分比含量为5%～15%；

所述第二纤维增强复合材料为含有纳米级蒙脱土的纤维增强复合材料；纳米级蒙脱土的重量百分比含量为1%～8%。

2.根据权利要求1所述的地脚螺栓，其特征在于，所述纤维增强复合材料中的纤维选自碳纤维或玄武岩纤维或玻璃纤维或芳纶纤维。

3.根据权利要求1所述的地脚螺栓，其特征在于，所述纳米级蒙脱土的重量百分比优选含量为5%。

4.一种适用于水下基础的地脚螺栓的内部基础杆体材料，其特征在于，该内部基础杆体材料为浸渍有增韧剂的纤维增强复合材料，增韧剂的重量百分比含量为5%～15%。

5.根据权利要求4所述的内部基础杆体材料，其特征在于，所述纤维增强复合材料中的纤维选自碳纤维或玄武岩纤维或玻璃纤维或芳纶纤维。

6.一种适用于水下基础的地脚螺栓的外部螺纹材料，其特征在于，该外部螺纹材料为含有纳米级蒙脱土的纤维增强复合材料，纳米级蒙脱土的重量百分比含量为1%～8%。

7.根据权利要求6所述的外部螺纹材料，其特征在于，所述纤维增强复合材料中的纤维选自碳纤维或玄武岩纤维或玻璃纤维或芳纶纤维。

8.根据权利要求6所述的外部螺纹材料，其特征在于，所述纳米级蒙脱土的重量百分比优选含量为5%。