CN104725780B - 一种混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，包括玻璃纤维、玄武岩纤维和树脂，所述玻璃纤维和玄武岩纤维均通过树脂固化，所述玄武岩纤维包覆在所述玻璃纤维的外侧。本发明的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，抗拉弹性模量以及剪切强度具有明显提高，充分利用了玄武岩纤维本身的优异耐碱性能和比玻璃纤维较高的抗拉强度以及弹性模量，在成本增加不多的情况下提高了本发明的混杂纤维筋的抗拉强度、弹性模量以及耐久性能，使FRP筋可以有机会在更多的场合得以应用。

Description

一种混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋
技术领域
本发明涉及一种混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋。
背景技术
在混凝土结构中或锚杆支护应用中，钢筋是被最广泛应用的材料。但众所周知，钢筋腐蚀生锈是一个普遍承在的问题，已经严重影响了混凝土结构或锚杆支护的耐久性，导致结构破坏或支护失败。虽然目前有表面处理的钢筋，如环氧涂层钢筋，镀锌钢筋等，但随时间推移，仍然无法彻底解决钢筋的腐蚀生锈问题。
近几十年来，国内外许多国家纷纷采用纤维增强树脂筋(FRP筋)来替代钢筋，应用在各种工程领域。FRP(FIBER REINFORCED POLYMER)材料不仅耐腐蚀性能好，而且抗拉强度高，耐疲劳性能好，而且重量轻，已经在许多工程领域逐渐得到应用。
目前已经得到应用的FRP筋中，碳纤维筋(CFRP筋)和芳纶纤维筋(AFRP筋)具有很高的抗拉强度和模量以及耐腐蚀性能等优点，在性能方面是钢筋最理想的替代品，但成本非常高，从而限制了它们的应用。普通玻璃纤维筋(GFRP筋)的拉伸弹性模量只有40GPa左右，远低于钢筋的模量，而且剪切强度低(约120MPa)，纤维本身的耐碱性能差，特殊耐碱玻璃纤维的成本高，所以其应用范围也有限制。玄武岩纤维筋(BFRP筋)具有很好的耐碱性能以及比玻璃纤维较高的弹性模量，但目前成本比玻璃纤维高很多，也对其应用构成了一定的限制。
因此，需要一种新的纤维增强树脂筋以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中的缺陷，提供一种低成本、耐碱性能优良及高强度的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋采用如下技术方案：
一种混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，包括玻璃纤维、玄武岩纤维和树脂，所述玻璃纤维和玄武岩纤维均通过树脂固化，所述玄武岩纤维包覆在所述玻璃纤维的外侧。
更进一步的，所述玻璃纤维的体积含量为10-45％，所述玄武岩纤维的体积含量为10-40％，所述树脂的体积含量为15-30％，且各组分体积含量之和为100％。
更进一步的，还包括石英砂，所述玄武岩纤维的外侧均匀分布有所述石英砂。增加FRP筋与水泥或其他化学锚固剂的粘接强度。
更进一步的，所述石英砂的厚度为0.2-0.8mm。
更进一步的，所述树脂为环氧树脂或乙烯基酯树脂，其中，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂和海茵环氧树脂中的一种或多种的混合树脂。
更进一步的，所述树脂还包括固化剂，所述固化剂为胺类固化剂、酸酐类固化剂、胺类和酸酐类混合固化剂或过氧化物，所述过氧化物为BPO、TBPO、BPPD、TBPB和过氧化甲乙酮中的一种或多种的组合物。其中，固化剂的含量本领域普通技术人员可根据情况添加。
更进一步的，所述树脂还包括填料，所述填料为碳酸钙、高岭土和滑石粉中的一种或多种的混合物。
更进一步的，所述玻璃纤维为E玻璃纤维、ECR玻璃纤维、S玻璃纤维和TM玻璃纤维中的一种或多种的混合纤维。
本发明还公开了一种混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋的制备方法，包括以下步骤：
1)、将玻璃纤维和玄武岩纤维分别利用树脂进行浸渍；
2)、利用模具成型装置将玻璃纤维和玄武岩纤维分别进行初步成型，其中，玄武岩纤维包覆在所述玻璃纤维的外侧，得到初始增强树脂筋；
3)、利用加热固化装置对步骤2)得到的初始增强树脂筋进行加热固化，得到混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋。
更进一步的，步骤3)中，先利用喷砂装置在初始增强树脂筋的外侧喷上一层石英砂，然后利用加热固化装置对步骤2)得到的初始增强树脂筋进行加热固化，得到混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋。
有益效果：本发明的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，抗拉弹性模量以及剪切强度具有明显提高，充分利用了玄武岩纤维本身的优异耐碱性能和比玻璃纤维较高的抗拉强度以及弹性模量，在成本增加不多的情况下提高了本发明的混杂纤维筋的抗拉强度、弹性模量以及耐久性能，使FRP筋可以有机会在更多的场合得以应用。
附图说明
图1为本发明的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋的横截面示意图；
图2为本发明的混杂玄武岩纤维玻璃纤维增强树脂筋的制备流程示意图。
图中，1为玻璃纤维；2为玄武岩纤维；3为树脂浸渍装置；4为模具成型装置；5为喷砂装置；6为加热固化装置；7为拉挤设备装置；8为切断装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
请参阅图1所示，本发明的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，包括玻璃纤维、玄武岩纤维和树脂，玻璃纤维和玄武岩纤维均通过树脂固化，玄武岩纤维包覆在玻璃纤维的外侧。其中，玻璃纤维的体积含量为10-45％，玄武岩纤维的体积含量为10-40％，树脂的体积含量为15-30％，且各组分体积含量之和为100％。树脂为环氧树脂或乙烯基酯树脂其中，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂和海茵环氧树脂中的一种或多种的混合树脂。树脂还包括固化剂，固化剂为胺类固化剂、酸酐类固化剂、胺类和酸酐类混合固化剂或过氧化物，过氧化物为BPO、TBPO、BPPD、TBPB和过氧化甲乙酮中的一种或多种的组合物。树脂还包括填料，填料为碳酸钙、高岭土和滑石粉中的一种或多种的混合物。其中，填料和固化剂的含量本领域普通技术人员可根据情况添加。玻璃纤维为E玻璃纤维、ECR玻璃纤维、S玻璃纤维和TM玻璃纤维中的一种或多种的混合纤维。还包括石英砂，玄武岩纤维的外侧均匀分布有石英砂。增加FRP筋与水泥或其他化学锚固剂的粘接强度优选的，石英砂的厚度为0.2-0.8mm。其中，树脂中还可以包括促进剂、低收缩剂、阻燃剂、防静电剂或UV剂等辅助成分。
本发明还公开了一种混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋的制备方法，包括以下步骤：
1)、将玻璃纤维和玄武岩纤维分别利用树脂进行浸渍；
2)、利用模具成型装置将玻璃纤维和玄武岩纤维分别进行初步成型，其中，玄武岩纤维包覆在玻璃纤维的外侧，得到初始增强树脂筋；
3)、利用加热固化装置对步骤2)得到的初始增强树脂筋进行加热固化，得到混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋。
其中，优选的，步骤3)中，先利用喷砂装置在初始增强树脂筋的外侧喷上一层石英砂，然后利用加热固化装置对步骤2)得到的初始增强树脂筋进行加热固化，得到混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋。具体的，石英砂的厚度为0.2-0.8mm。
实施例1
按下列原材料及百分比制备直径为25MM的混杂玄武岩纤维玻璃纤维增强树脂筋：
原料 体积含量
玻璃纤维 45％
玄武岩纤维 25％
双酚A环氧树脂混合料 30％
双酚A环氧树脂混合料配方如下：
原料 份数
双酚A环氧树脂 100
固化剂(甲基四氢苯酐) 85
填料(碳酸钙) 8
促进剂 1
表面石英砂规格：50--60目。用量以均匀覆盖产品表面为原则。
制备流程
如图2所示，玻璃纤维1与玄武岩纤维2经过树脂浸渍装置3浸透树脂混合料，进入模具成型装置4初步成型，再经过喷砂装置5和加热固化装置6最终定型，由拉挤设备装置7连续牵引将产品拉拔出来，最后由切断装置切割成需要的产品长度。
产品结构
图1为本发明所述产品的横截面结构。中心部分A为玻璃纤维+已固化树脂混合料；外围B为玄武岩纤维+已固化树脂混合料；表面C为石英砂形成粗糙表面，以增加FRP筋与水泥或其他化学锚固剂的粘接强度。
性能测试
将通过上述材料组成和置备方法制得的混杂玄武岩纤维玻璃纤维增强树脂筋进行测试，获得的产品性能如下表：
测试项目 测试标准 测试结果
抗拉强度 ACI 440.3R-04 B2 1050MPa
拉伸弹性模量 ACI 440.3R-04 B2 58.5GPa
断裂延伸率 ACI 440.3R-04 B2 1.82％
与水泥粘接强度 ACI 440.3R-04 B3 21.6MPa
剪切强度 ACI 440.3R-04 B4 186.3MPa
耐久性能 ACI 440.3R-04 B6 6个月强度保留率89.5％
有益效果：
根据实际测试结果，与普通FRP筋相比，本混杂玄武岩纤维玻璃纤维增强树脂筋具有以下明显优点：
1、抗拉弹性模量以及剪切强度具有明显提高；
2、表面石英砂形成的粗糙表面大大提高了本混杂玄武岩纤维玻璃纤维增强树脂筋与水泥混凝土的毡接强度。
3、充分利用了玄武岩纤维本身的优异耐碱性能和比玻璃纤维较高的抗拉强度以及弹性模量等性能，在成本增加不多的情况下提高了本混杂纤维筋抗拉强度，弹性模量以及耐久性能，使FRP筋可以有机会在更多的场合得以应用。

Claims (10)

1.一种混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，其特征在于，包括玻璃纤维、玄武岩纤维和树脂，所述玻璃纤维和玄武岩纤维均通过树脂固化，所述玄武岩纤维包覆在所述玻璃纤维的外侧；所述混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋通过以下步骤制得：
1)、将玻璃纤维和玄武岩纤维分别利用树脂进行浸渍；
2)、利用模具成型装置将玻璃纤维和玄武岩纤维分别进行初步成型，其中，玄武岩纤维包覆在所述玻璃纤维的外侧，得到初始增强树脂筋；
3)、利用加热固化装置对步骤2)得到的初始增强树脂筋进行加热固化，得到混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋。
2.如权利要求1所述的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，其特征在于，所述玻璃纤维的体积含量为10-45％，所述玄武岩纤维的体积含量为10-40％，所述树脂的体积含量为15-30％，且各组分体积含量之和为100％。
3.如权利要求1所述的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，其特征在于，还包括石英砂，所述玄武岩纤维的外侧均匀分布有所述石英砂。
4.如权利要求3所述的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，其特征在于，所述石英砂的厚度为0.2-0.8mm。
5.如权利要求1所述的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，其特征在于，所述树脂为环氧树脂或乙烯基酯树脂，其中，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂和海茵环氧树脂中的一种或多种的混合树脂。
6.如权利要求5所述的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，其特征在于，所述树脂还包括固化剂，所述固化剂为胺类固化剂、酸酐类固化剂、胺类和酸酐类混合固化剂或过氧化物，所述过氧化物为BPO、TBPO、BPPD、TBPB和过氧化甲乙酮中的一种或多种的组合物。
7.如权利要求5所述的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，其特征在于，所述树脂还包括填料，所述填料为碳酸钙、高岭土和滑石粉中的一种或多种的混合物。
8.如权利要求1所述的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋，其特征在于，所述玻璃纤维为E玻璃纤维、ECR玻璃纤维、S玻璃纤维和TM玻璃纤维中的一种或多种的混合纤维。
9.一种混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将玻璃纤维和玄武岩纤维分别利用树脂进行浸渍；
2)、利用模具成型装置将玻璃纤维和玄武岩纤维分别进行初步成型，其中，玄武岩纤维包覆在所述玻璃纤维的外侧，得到初始增强树脂筋；
3)、利用加热固化装置对步骤2)得到的初始增强树脂筋进行加热固化，得到混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋。
10.如权利要求9所述的混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋的制备方法，其特征在于，步骤3)中，先利用喷砂装置在初始增强树脂筋的外侧喷上一层石英砂，然后利用加热固化装置对步骤2)得到的初始增强树脂筋进行加热固化，得到混杂玄武岩纤维和玻璃纤维增强树脂筋。
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