CN105401696A - 一种速粘结预应力钢绞线、诱导体和诱导体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种速粘结预应力钢绞线、诱导体和诱导体的制备方法，所述速粘结预应力钢绞线包括：钢绞线(1)和套设在钢绞线(1)外的护套(3)，钢绞线(1)和护套(3)之间填充有能够固化的液态的胶凝材料层(2)，钢绞线(1)外设有用于加快胶凝材料层(2)固化的诱导体(4)。该速粘结预应力钢绞线具有通过外界诱导作用快速固化的功能，可以用于工业与民用建筑大跨度预应力混凝土梁、市政公路桥梁、铁路桥梁中，以实现施工时“无粘结态”和使用中“有粘结态”，且不受外界环境因素影响及可人工控制粘结速度的目标。

Description

一种速粘结预应力钢绞线、诱导体和诱导体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种可以在工业与民用建筑大跨度预应力混凝土梁、市政公路桥梁、铁路桥梁中使用的具有通过外界诱导作用快速固化的速粘结预应力钢绞线，还涉及一种诱导体，更涉及一种诱导体的制备方法。

背景技术

缓粘结预应力是上世纪80年代由日本在有粘结预应力和无粘结预应力基础上开发出的一项预应力新技术，本世纪初引入我国，并形成国产化。缓粘结预应力的核心是将预应力钢绞线、缓凝粘合剂和塑料外护套经现代生产工艺制备且表面压肋而成的缓粘结预应力钢绞线。在缓粘结预应力钢绞线张拉施工时缓凝粘合剂具有特定的流动性，预应力钢绞线在粘合剂层内可以滑动，保证了应力的产生与传递效果；随后粘合剂在设定的时间内固化具有较高的强度，并与预应力钢绞线粘结，同时粘合剂和塑料外护套共同形成的肋与混凝土之间产生咬合，达到粘结效果。从而，实现缓粘结预应力施工时“无粘结态”的简便易行和使用中“有粘结态”受力合理的特性。

由此可以看出，缓粘结预应力优异性能的实现主要由缓凝粘合剂的特性所保证，因而缓凝粘合剂的稳定性十分的重要，但在实际的应用中，缓凝粘合剂的固化反应受外界环境的温度、湿度等因素影响大：当环境温度、湿度过高时，易导致张拉施工时出现缓凝粘合剂已开始固化，而引起张拉不到位甚至于无法张拉的情况；当温度、湿度过低时，易导致缓凝粘合剂固化反应放缓甚至停止反应，而引起无法在设定时间形成与混凝土的“咬合作用效果”，即达不到“有粘结态”力学性能指标要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种速粘结预应力钢绞线、诱导体和诱导体的制备方法，该速粘结预应力钢绞线具有通过外界诱导作用快速固化的功能，可以用于工业与民用建筑大跨度预应力混凝土梁、市政公路桥梁、铁路桥梁中，以实现施工时“无粘结态”和使用中“有粘结态”，且不受外界环境因素影响及可人工控制粘结速度的目标。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种速粘结预应力钢绞线，包括：钢绞线和套设在钢绞线外的护套，钢绞线和护套之间填充有能够固化的液态的胶凝材料层，钢绞线外设有用于加快胶凝材料层固化的诱导体。

诱导体设置在胶凝材料层中或护套中，胶凝材料层的材质为环氧树脂胶粘剂。

护套的凹部的内表面与钢绞线的外表面之间的距离为0.1mm～0.5mm，护套的凸部的外径比护套的凹部的外径大1.5mm～2.5mm。

诱导体为设置在胶凝材料层中或护套中的能够发热的发热体。

该发热体为能够导电或导热的线状结构，该发热体沿钢绞线的轴线方向设置，钢绞线的周向均匀分布有多条该发热体。

该发热体为捏铬合金线或碳化硅线。

诱导体为设置在胶凝材料层中的多个微囊，该微囊包括封闭壳体和内容物，该内容物为能够加快胶凝材料层固化的固化促进剂，该微囊能够在该速粘结预应力钢绞线拉伸后破裂并使该内容物流出。

该微囊的直径为10μm～50μm，该微囊的封闭壳体的壁厚为1μm～10μm，该封闭壳体的材质为甲基纤维素、或淀粉降解物、或乙烯基聚合物、或聚乙烯醇、或聚甲基丙烯酸甲酯，该微囊能够在额定拉伸载荷下拉伸该速粘结预应力钢绞线15分钟～20分钟后才破裂。

该固化促进剂为聚酰胺、苯酚类叔胺、咪唑、多硫醇、三氟化硼复合物、聚硫醇和2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的一种或多种的混合物。

每延米该速粘结预应力钢绞线中含有该微囊50个～100个。

一种能够加速缓粘结预应力钢绞线中胶凝材料层固化的诱导体，该诱导体为上述的诱导体，该诱导体为设置在胶凝材料层中的多个微囊。

该内容物为聚硫醇与2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚的混合物，在该混合物中，聚硫醇与2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚的质量比为4：1～6：1。

该封闭壳体和内容物的质量比为2：1～1：2。

一种上述的诱导体的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1、将所述内容物搅拌均匀；

步骤2、将该内容物和用于制备该封闭壳体的材料分散于溶剂中，该内容物和用于制备该封闭壳体的材料的质量比1：1～3：1，搅拌至完全溶解得到油相；

步骤3、把溶解了乳化剂的水溶液倒入该油相中，搅拌得到乳化液；

步骤4、将该乳化液倒入溶有乳化剂的水溶液中，搅拌至所述溶剂完全挥发；

步骤5、将悬浮液离心、清洗、干燥得到产物该诱导体。

本发明的有益效果是：

1、该速粘结预应力钢绞线切实实现了施工时“无粘结态”和使用中“有粘结态”的技术要求，即施工时如无粘结预应力般简便易行，施工完成后快速产生如有粘结预应力般力学作用，将预应力的技术优势得以充分发挥。

2、该速粘结预应力钢绞线的胶凝材料不受外界环境温度、湿度等的影响，在自然环境中稳定保存，由此减少了对工程施工进度的制约，避免了因工期延误产生的各种不可控风险。

3、该速粘结预应力钢绞线通过外界诱导作用令胶凝材料快速固化，实现了外部的人工控制，保证了对材料性能控制的准确性、可靠性。

4、该速粘结预应力钢绞线因在施工完成后能够快速产生力学咬合作用，在公路桥梁、铁路桥梁中的应用更具突出的优势。

5、该速粘结预应力钢绞线较缓粘结预应力钢绞线具有更加稳定和可控的性能指标，更能充分体现出预应力结构性能优异、符合抗震要求、施工工艺简单、质量易于控制的综合优越性能。

6、该速粘结预应力钢绞线提供了2种可快速粘结方式，为不同的工程类型、不同的应用地域、不同的工程要求提供了灵活选择。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是实施例1中该速粘结预应力钢绞线的结构示意图。

图2是图1中沿A-A方向的剖视图。

图3是实施例2中该速粘结预应力钢绞线的结构示意图。

图4是图2中沿B-B方向的剖视图。

图中附图标记：1、钢绞线；2、胶凝材料层；3、护套；4、诱导体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种速粘结预应力钢绞线，包括：钢绞线1和套设在钢绞线1外的护套3，钢绞线1和护套3之间填充有能够固化的液态的胶凝材料层2，钢绞线1外设有用于加快胶凝材料层2固化的诱导体4，如图1和图2所示。

在本实施例中，诱导体4可以设置在胶凝材料层2中或护套3中，胶凝材料层2的材质为环氧树脂胶粘剂。护套3为波纹管形，护套3的壁厚均匀，护套3的侧壁含有连续的凹部和凸部，护套3的凹部的内表面与钢绞线1的外表面之间的距离为0.1mm～0.5mm，护套3的凸部的外径比护套3的凹部的外径大1.5mm～2.5mm。

在本实施例中，钢绞线1的直径为15.2mm～28.6mm，公称抗拉强度1860Mpa。胶凝材料层2在自然环境下可长期储存且不发生固化反应，胶凝材料层2填满钢绞线1和护套3之间的内部空间。所述护套3为高密度聚乙烯塑料。所述外护套的厚度为1.0mm～1.3mm。

在本实施例中，诱导体4为导热线材型，即诱导体4为导热线材型诱导体，诱导体4为设置在胶凝材料层2中或护套3中的能够发热的发热体，优选诱导体4设置在胶凝材料层2中。该发热体为能够导电或导热的线状结构，该发热体沿钢绞线1的轴线方向设置，钢绞线1的周向均匀分布有4条至6条该发热体。该发热体为捏铬合金线或碳化硅线，如图1和图2所示。

所述导热线材型的诱导体4在该速粘结预应力钢绞线张拉工艺施工完成后，使用外部通电设备对诱导体4通电令其发热，通过诱导体4产生的热量使胶凝材料层2中的胶凝材料在短时间内固化，由此使速粘结预应力在张拉施工完成后短时间内产生“有粘结态”的力学咬合作用。

所述诱导体4通电后发热温度控制在120℃～150℃之间，且不得超过150℃。诱导体4沿该速粘结预应力钢绞线的周向均匀分布，不少于4根，且诱导体4相互之间以及诱导体4与钢绞线1之间应避免接触，即诱导体4相互之间以及诱导体4与钢绞线1之间存在间隙。

下面介绍该速粘结预应力钢绞线的使用：如图1和图2所示，该该速粘结预应力钢绞线含有钢绞线1、胶凝材料层2和护套3。护套3具有均匀凹凸状压痕。胶凝材料层2中的胶凝材料充分包裹钢绞线1及填充护套3的凹凸肋痕中。

诱导体4为导热线材型，材质为捏铬合金线，延预应力钢绞线周向均匀排布，一周为6根。在该速粘结预应力钢绞线张拉完成后，使用外部通电设备对诱导体4通电令其发热，诱导体4通电后发热温度控制在130℃，正负偏差5℃，时间为5小时。

实施例2

本实施例是实施例1的一种替代方案，实施例1和实施例2为并列关系。

在本实施例中，仅诱导体4与实施例1不同，其余技术特征均可以相同，即本实施例中该速粘结预应力钢绞线和实施例1中该速粘结预应力钢绞线的区别仅为诱导体4不同。

一种诱导体4，该诱导体4为微囊型的诱导体4，该诱导体4为设置在胶凝材料层2中的多个微囊，该微囊包括封闭壳体和内容物，该内容物为能够加快胶凝材料层2固化的固化促进剂，该微囊能够在该速粘结预应力钢绞线拉伸后破裂并使该内容物流出，如图3和图4所示。

在本实施例中，该微囊的直径为10μm～50μm，该微囊的封闭壳体的壁厚为1μm～10μm，由此保证微囊在与胶凝材料充分混合时不致破裂。该封闭壳体的材质为甲基纤维素、或淀粉降解物、或乙烯基聚合物、或聚乙烯醇、或聚甲基丙烯酸甲酯，该微囊能够在额定拉伸载荷下拉伸该速粘结预应力钢绞线15分钟～20分钟后才破裂。该固化促进剂为聚酰胺、苯酚类叔胺、咪唑、多硫醇、三氟化硼复合物、聚硫醇和2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的一种或多种的混合物。

所述微囊型的诱导体4在预应力钢绞线进行张拉工艺施工时，通过张拉应力的传导作用，将压力施加于微囊，致微囊破裂，微囊中包裹的具有可快速固化胶凝材料层的内容物从微囊中流出，促使胶凝材料层2中的胶凝材料迅速的进行固化反应，由此使该速粘结预应力钢绞线在张拉施工完成的同时即产生“有粘结态”的力学咬合作用。

该诱导体4需在该速粘结预应力钢绞线张拉工艺时保证张拉力不少于15分钟～20分钟的持荷作用，由此保证微囊在预应力张拉力的作用下破裂，同时微囊中的物质充分流出。该诱导体4在每延米该速粘结预应力钢绞线中的数量不少于50个(如50个～100个)，由此保证微囊中的内容物能将胶凝材料充分、快速固化。

下面介绍该速粘结预应力钢绞线的使用：如图3和图4所示，该该速粘结预应力钢绞线含有钢绞线1、胶凝材料层2和护套3。护套3具有均匀凹凸状压痕。胶凝材料层2中的胶凝材料充分包裹钢绞线1及填充护套3的凹凸肋痕中。

诱导体4为微囊型，诱导体4的直径30μm，封闭壳体的壁厚为8μm，每延米该速粘结预应力钢绞线中诱导体4的数量为60个。

对预应力钢绞线1进行张拉操作，张拉力为1395MPa，且持荷20分钟。

下面在具体的一下上述能够加速缓粘结预应力钢绞线中胶凝材料层固化的诱导体，该诱导体包括封闭壳体和内容物，该内容物为能够加快胶凝材料层2固化的固化促进剂，该诱导体能够在该速粘结预应力钢绞线拉伸后破裂并使该内容物流出。

该封闭壳体的材质为甲基纤维素、或淀粉降解物、或乙烯基聚合物、或聚乙烯醇、或聚甲基丙烯酸甲酯。本专利优选聚甲基丙烯酸甲酯作为封闭壳体的材质。优选该材料做壳体材料，是因为其本身就可作为环氧树脂的助剂，具有环氧树脂增韧作用，可保证预应力钢绞线与混凝土的“咬合作用效果”不受固化后的环氧树脂脆性的影响。

该内容物为聚酰胺、苯酚类叔胺、咪唑、多硫醇、三氟化硼复合物、聚硫醇和2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的一种或多种的混合物。本专利优选聚硫醇与2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚的混合物作为该内容物，聚硫醇与2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚的质量比为4：1～5：1。

选择该内容物的优点为：1、与环氧树脂固化的温度范围广，尤其在低温(-20～0℃)下仍可进行固化反应，解除了该类材料在冬季施工的限制。2、与环氧树脂固化的固化环境不受限制，在潮湿环境亦可正常开展固化反应，保障了在海洋工程等特殊工程中的应用。3、与环氧树脂的固化反应快速、充分，可快速建立有效粘结，实现了预应力作用产生的可操控性。

该内容物和封闭壳体的质量比可为2：1～1：2，本专利优选该内容物和封闭壳体的质量比为2：1。该比例即保障了微囊在速粘结预应力钢绞线的生产、运输、布筋施工等环节不至破裂，又保障了芯材的量对环氧树脂的充分固化。

下面介绍上述微囊型的诱导体的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1、将所述内容物搅拌均匀；

步骤2、将该内容物和用于制备该封闭壳体的材料分散于溶剂中，该内容物和用于制备该封闭壳体的材料的质量比1：1～3：1，搅拌至完全溶解得到油相；

步骤3、把溶解了乳化剂的水溶液倒入该油相中，搅拌得到乳化液；

步骤4、将该乳化液倒入溶有乳化剂的水溶液中，搅拌至所述溶剂完全挥发；

步骤5、将悬浮液离心、清洗、干燥得到产物该诱导体。

所述内容物为聚硫醇与2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚按质量比为4：1～6：1的比例混合的混合物；用于制备该封闭壳体的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。乳化剂为明胶，溶剂为二氯甲烷。

下面详细介绍该诱导体的制备方法，该制备方法采用溶剂蒸发法制备。

步骤1、将聚硫醇和2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚(作为该内容物)按5:1的比例混合均匀。

步骤2、取混合好的该内容物4克、用于制备该封闭壳体的材料2克分散于20ml溶剂中，并搅拌至完全溶解得到油相。

步骤3、把溶解了0.5wt％乳化剂的水溶液缓缓倒入油相中,并不断搅拌30分钟得到均匀稳定的乳化液。

步骤4、将乳化液倒入溶有0.5wt％乳化剂的100ml水溶液中，并在40℃的温度下搅拌至溶剂完全挥发。

步骤5、将悬浮液离心、清洗、干燥得到产物微囊。

经测试，由此方法制得的微囊中内容物的含量约为8wt％。

其中：乳化剂为明胶，溶剂为二氯甲烷，分散介质为去离子水。

下面介绍该微囊型的诱导体的技术优势

1、采用含有微囊型的诱导体的速粘结预应力钢绞线与当前各类型的预应力钢绞线相比，施工工艺简便易行，并且不受使用环境及温度的限制，保障了速粘结预应力钢绞线在各应用领域中一年四季的使用期。

2、含有微囊型的诱导体的速粘结预应力钢绞线在张拉施工完成后胶凝层即开始固化反应，并且固化反应迅速、充分，确保了建筑物在投入使用前即建立起有效粘结的预应力效应。

3、含有微囊型的诱导体的速粘结预应力钢绞线的验证试验

为验证微含有囊型的诱导体的速粘结预应力钢绞线的固化效果，特进行本试验测试。

取8m长的含有该微囊型的速粘结预应力钢绞线制成混凝土构件，在混凝土达强度后对微囊型速粘结预应力钢绞线进行张拉操作(张拉力为1395MPa，且持荷20分钟)。卸载即刻取出微囊型速粘结预应力钢绞线，剥去外护套，对胶凝材料层进行观察及测试：

1、通过观察可发现：微囊均已破裂，芯材已流出并与胶凝材料的基材混合在一起。

2、取一定量的胶凝材料做成拉伸剪切强度测试试件，并跟踪测试其强度。

3、24小时强度为1.2MPa；(时间指距离卸载完成的时间间隔)

48小时强度为3.5MPa；

72小时强度为6.2MPa；

第5天强度为9.6MPa；

第7天强度为12.7MPa；

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (13)

1.一种速粘结预应力钢绞线，其特征在于，所述速粘结预应力钢绞线包括：钢绞线(1)和套设在钢绞线(1)外的护套(3)，钢绞线(1)和护套(3)之间填充有能够固化的液态的胶凝材料层(2)，钢绞线(1)外设有用于加快胶凝材料层(2)固化的诱导体(4)。

2.根据权利要求1所述的速粘结预应力钢绞线，其特征在于，诱导体(4)设置在胶凝材料层(2)中或护套(3)中，胶凝材料层(2)的材质为环氧树脂胶粘剂。

3.根据权利要求1所述的速粘结预应力钢绞线，其特征在于，护套(3)为波纹管形，护套(3)的凹部的内表面与钢绞线(1)的外表面之间的距离为0.1mm～0.5mm，护套(3)的凸部的外径比护套(3)的凹部的外径大1.5mm～2.5mm。

4.根据权利要求1所述的速粘结预应力钢绞线，其特征在于，诱导体(4)为设置在胶凝材料层(2)中或护套(3)中的能够发热的发热体。

5.根据权利要求4所述的速粘结预应力钢绞线，其特征在于，该发热体为能够导电或导热的线状结构，该发热体沿钢绞线(1)的轴线方向设置，钢绞线(1)的周向均匀分布有多条该发热体。

6.根据权利要求4所述的速粘结预应力钢绞线，其特征在于，该发热体为捏铬合金线或碳化硅线。

7.根据权利要求1所述的速粘结预应力钢绞线，其特征在于，诱导体(4)为设置在胶凝材料层(2)中的多个微囊，该微囊包括封闭壳体和内容物，该内容物为能够加快胶凝材料层(2)固化的固化促进剂，该微囊能够在该速粘结预应力钢绞线拉伸后破裂并使该内容物流出。

8.根据权利要求7所述的速粘结预应力钢绞线，其特征在于，该微囊的直径为10μm～50μm，该微囊的封闭壳体的壁厚为1μm～10μm，该封闭壳体的材质为甲基纤维素、或淀粉降解物、或乙烯基聚合物、或聚乙烯醇、或聚甲基丙烯酸甲酯，该微囊能够在额定拉伸载荷下拉伸该速粘结预应力钢绞线15分钟～20分钟后才破裂。

9.根据权利要求7所述的速粘结预应力钢绞线，其特征在于，该固化促进剂为聚酰胺、苯酚类叔胺、咪唑、多硫醇、三氟化硼复合物、聚硫醇和2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的一种或多种的混合物。

10.根据权利要求7所述的速粘结预应力钢绞线，其特征在于，每延米该速粘结预应力钢绞线中含有该微囊50个～100个。

11.一种能够加速缓粘结预应力钢绞线中胶凝材料层固化的诱导体，其特征在于，该诱导体为权利要求7～10中任意一项所述的诱导体(4)。

12.根据权利要求11所述的能够加速缓粘结预应力钢绞线中胶凝材料层固化的诱导体，其特征在于，该内容物为聚硫醇与2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚的混合物，在该混合物中，聚硫醇与2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚的质量比为4：1～6：1。

13.一种权利要求11中所述的诱导体的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤1、将所述内容物搅拌均匀；

步骤2、将该内容物和用于制备该封闭壳体的材料分散于溶剂中，该内容物和用于制备该封闭壳体的材料的质量比1：1～3：1，搅拌至完全溶解得到油相；

步骤3、把溶解了乳化剂的水溶液倒入该油相中，搅拌得到乳化液；

步骤4、将该乳化液倒入溶有乳化剂的水溶液中，搅拌至所述溶剂完全挥发；

步骤5、将悬浮液离心、清洗、干燥得到产物该诱导体。