CN105906260A - 一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法 - Google Patents

一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法 Download PDF

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刘娉婷
王坤鹏
张贺强
王晓辉
范建存
阎宪平
王红恩
赵绍飞
师月朋
李宽
孟欣
马艳民
刘彦芳
张海涛
李会宾
高宁波
杨垒
魏鹏
郝宗才
傅豪函
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    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements

Abstract

本发明涉及一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：(1)、制备改性环氧树脂；(2)、制备改性聚芳酰胺纤维；(3)、制备活性稀释剂；(4)、按照重量百分比取改性环氧树脂82％、改性聚芳酰胺纤维5％、活性稀释剂10％和2‑苯基苯并咪唑‑5‑磺酸3％，搅拌均匀后得到环氧树脂混合物；(5)、制备固化混合物；(6)、制备基料混合物；(7)、施工时，按照重量份数取500‑600份的环氧树脂混合物、100‑120份的固化混合物以及1200‑1500份的基料混合后搅拌调和得到环氧树脂聚合物混凝土。本发明制备得到的环氧树脂聚合物混凝土材料强度高、变形能力强、高低温性能好，与现有的环氧沥青混凝土相比，其后期固化速度远远高于现有环氧沥青混凝土。

Description

一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物混凝土技术领域，具体涉及一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法。
背景技术
聚合物混凝土是以聚合物(合成树脂)代替水泥和水，作为胶结材料与集料结合的混凝土。常用一种树脂或者几种树脂及其固化剂与集料混合固化而成。树脂混凝土从开始研究迄今已越来越得到世界各国的重视，发展较快的有日本、前苏联、德国、法国等国家。各国重点使用的树脂材料并不尽相同。日本、德国以不饱和聚酯树脂为主，前苏联以呋喃树脂为主。近年来，我国树脂混凝土的研究和应用发展较快，由于树脂材料性质的变化，可以赋予树脂混凝土性能许多新的特点。中国专利CN200710029453.7中公开了一种环氧树脂砂浆用于交通和建筑物的快速修补材料的制备及方法；中国专利CN1923484A公开了一种机场跑道快速修复用的环氧树脂混凝土。目前，国内的树脂混凝土多用于修补材料中，其固化速度快，不能满足大面积桥面铺装施工操作要求；再者，其固化后的混凝土强度虽高，但变形能力差，不能满足大跨径钢桥变形性能要求。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，制备得到的聚合物混凝土具有常温固化及后期固化快的特点，并且具有良好的变形能力。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)、取环氧树脂加入反应釜中，搅拌升温至85℃，然后滴加丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的混合液，搅拌反应4-5小时，得到预制物A；取聚环氧丙烷二醇加入反应釜中，边搅拌抽真空边加热至130℃并保温1h；然后冷却至80℃，向反应釜中滴加甲苯二异氰酸酯边搅拌边保温，滴加完毕后逐步升温至90℃并保温2小时，冷却出料，得到预制物B；将预制物A与预制物B按2∶1的比例加入反应釜中，再加入1，4-丁二醇和三羟甲基丙烷，混合均匀再放置于85℃真空干燥箱中脱气25min，常温下固化8h，得到改性环氧树脂，备用；
(2)、取六亚甲基二异氰酸酯加入反应釜中，将溶液加热到60℃，将聚芳酰胺纤维放入反应釜中恒温反应1.5小时，取出纤维，依次用去离子水和无水丙酮反复清洗两次，冷风吹干，得到改性聚芳酰胺纤维，备用；
(3)、取环氧氯丙烷、二丁醇、多聚醚酯和三氯丙烷，混合后搅拌均匀，得到活性稀释剂，备用；
(4)、按照重量百分比取改性环氧树脂82％、改性聚芳酰胺纤维5％、活性稀释剂10％和2-苯基苯并咪唑-5-磺酸3％，搅拌均匀后得到环氧树脂混合物，备用；
(5)、按照重量百分比取三乙烯四胺30％和2-甲基咪唑70％，搅拌均匀后，得到固化混合物，备用；
(6)、按照重量百分比取：15％的普通硅酸盐水泥、45％的碎石、30％的河沙、5％的粉煤灰和5％的绢云母粉，混合后搅拌均匀，得到基料混合物，备用；
(7)、施工时，按照重量份数取500-600份的环氧树脂混合物、100-120份的固化混合物以及1200-1500份的基料混合后搅拌调和得到环氧树脂聚合物混凝土。
所述步骤(1)中环氧树脂的环氧当量为220-240g/mol，混合液中丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的质量比为75∶2∶1，环氧树脂与混合液的加入质量比为8∶5。
所述步骤(1)中1，4-丁二醇的加入量为预制物A重量的0.1％，三羟甲基丙烷的加入量为预制物A重量的0.2％。
所述步骤(3)中活性稀释剂的组成按重量百分比为：10％的环氧氯丙烷，55％的二丁醇，5％的多聚醚酯和30％的三氯丙烷。
所述步骤(6)中的碎石料为玄武岩碎石，碎石料的粒径为0～10mm。
所述步骤(6)中的河沙需要满足以下条件：堆密度为1600-1700kg/m3，细度模数为2.8-3.1，含泥量小于1.5％。
所述步骤(6)中的粉煤灰需要满足以下条件：比表面积大于350cm2/g，密度为2.5-2.6g/cm3。
有益效果
(1)本发明制备得到的环氧树脂聚合物混凝土材料强度高、变形能力强、高低温性能好，与现有的环氧沥青混凝土相比，它无需加 热拌和，由于选用常温固化剂，其后期固化速度远远高于现有环氧沥青混凝土，开放交通的时间可以大大缩短；
(2)本发明在制备环氧树脂聚合物混凝土过程中以普通硅酸盐水泥、碎石、河沙、粉煤灰和绢云母粉作为基料，其中碎石和硅酸盐水泥在混凝土中起到了填实、抗压的作用，基料通过环氧树脂的固化将其固定在三维网络结构中，再加上固化剂来提高环氧砂浆的韧性，从而使得环氧树脂砂浆具有良好的抗冲耐磨性能和耐久性；并且本发明对基料中各个成分的物理参数进行了优化，优化后基料可有效调节环氧砂浆固化物的流动性，增强施工的可操作性；
(3)本发明在制备环氧树脂聚合物混凝土过程中使用了改性环氧树脂，经过改性后的环氧树脂的结构中含有芳环和侧位羟基，可以提高分子的附着力，而且分子结构中引入的乙氧基可以增加分子结构的旋转性及柔顺性；与端异氰酸酯基的预聚体可发生互穿网络聚合反应，使聚合物具有优异的柔韧性，同时聚合物中含有的酯键可以提高聚合物的柔韧性，氨酯键、羟基和保留的环氧基可以提高聚合物的附着力；
(4)本发明在制备环氧树脂聚合物混凝土过程中加入了改性聚芳酰胺纤维，纤维中含有大量的羟基活性基团，具有很强的亲水性，可以与混凝土成型过程中的水化产物，如氢氧化钙、硅酸钙凝胶、钙矾石等相互通过氢键等分子间作用力进行连接，有利于增强混凝土的微观应力应变性能；经过改性的聚芳酰胺纤维，由于纤维外表接枝上 了刚性的苯环基团，因此强度明显提高，并且还能大大得提高纤维和树脂之间的结合强度。
具体实施方式
实施例1
一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)、取环氧树脂(环氧当量为220-240g/mol)加入反应釜中，搅拌升温至85℃，然后滴加丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的混合液(混合液中丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的质量比为75∶2∶1)，搅拌反应4小时(环氧树脂与混合液的加入质量比为8∶5)，得到预制物A；取聚环氧丙烷二醇加入反应釜中，边搅拌抽真空边加热至130℃并保温1h；然后冷却至80℃，向反应釜中滴加甲苯二异氰酸酯边搅拌边保温，滴加完毕后逐步升温至90℃并保温2小时，冷却出料，得到预制物B；将预制物A与预制物B按2∶1的比例加入反应釜中，再加入1，4-丁二醇和三羟甲基丙烷(1，4-丁二醇的加入量为预制物A重量的0.1％，三羟甲基丙烷的加入量为预制物A重量的0.2％)，混合均匀再放置于85℃真空干燥箱中脱气25min，常温下固化8h，得到改性环氧树脂，备用；
(2)、取六亚甲基二异氰酸酯加入反应釜中，将溶液加热到60℃，将聚芳酰胺纤维放入反应釜中恒温反应1.5小时，取出纤维，依次用去离子水和无水丙酮反复清洗两次，冷风吹干，得到改性聚芳酰胺纤维，备用；
(3)、按重量百分比取10％的环氧氯丙烷，55％的二丁醇，5％的 多聚醚酯和30％的三氯丙烷，混合后搅拌均匀，得到活性稀释剂，备用；
(4)、按照重量百分比取改性环氧树脂82％、改性聚芳酰胺纤维5％、活性稀释剂10％和2-苯基苯并咪唑-5-磺酸3％，搅拌均匀后得到环氧树脂混合物，备用；
(5)、按照重量百分比取三乙烯四胺30％和2-甲基咪唑70％，搅拌均匀后，得到固化混合物，备用；
(6)、按照重量百分比取：15％的普通硅酸盐水泥、45％的碎石(碎石料为玄武岩碎石，碎石料的粒径为0～10mm)、30％的河沙(河沙需要满足以下条件：堆密度为1600-1700kg/m3，细度模数为2.8-3.1，含泥量小于1.5％)、5％的粉煤灰(粉煤灰需要满足以下条件：比表面积大于350cm2/g，密度为2.5-2.6g/cm3)和5％的绢云母粉，混合后搅拌均匀，得到基料混合物，备用；
(7)、施工时，按照重量份数取500份的环氧树脂混合物、100份的固化混合物以及1200份的基料混合后搅拌调和得到环氧树脂聚合物混凝土。
实施例2
一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)、取环氧树脂(环氧当量为220-240g/mol)加入反应釜中，搅拌升温至85℃，然后滴加丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的混合液(混合液中丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的质量比为75∶2∶1)，搅拌反应5小时(环氧树脂与混合液的加入质量比为 8∶5)，得到预制物A；取聚环氧丙烷二醇加入反应釜中，边搅拌抽真空边加热至130℃并保温1h；然后冷却至80℃，向反应釜中滴加甲苯二异氰酸酯边搅拌边保温，滴加完毕后逐步升温至90℃并保温2小时，冷却出料，得到预制物B；将预制物A与预制物B按2∶1的比例加入反应釜中，再加入1，4-丁二醇和三羟甲基丙烷(1，4-丁二醇的加入量为预制物A重量的0.1％，三羟甲基丙烷的加入量为预制物A重量的0.2％)，混合均匀再放置于85℃真空干燥箱中脱气25min，常温下固化8h，得到改性环氧树脂，备用；
(2)、取六亚甲基二异氰酸酯加入反应釜中，将溶液加热到60℃，将聚芳酰胺纤维放入反应釜中恒温反应1.5小时，取出纤维，依次用去离子水和无水丙酮反复清洗两次，冷风吹干，得到改性聚芳酰胺纤维，备用；
(3)、按重量百分比取10％的环氧氯丙烷，55％的二丁醇，5％的多聚醚酯和30％的三氯丙烷，混合后搅拌均匀，得到活性稀释剂，备用；
(4)、按照重量百分比取改性环氧树脂82％、改性聚芳酰胺纤维5％、活性稀释剂10％和2-苯基苯并咪唑-5-磺酸3％，搅拌均匀后得到环氧树脂混合物，备用；
(5)、按照重量百分比取三乙烯四胺30％和2-甲基咪唑70％，搅拌均匀后，得到固化混合物，备用；
(6)、按照重量百分比取：15％的普通硅酸盐水泥、45％的碎石(碎石料为玄武岩碎石，碎石料的粒径为0～10mm)、30％的河沙(河沙需 要满足以下条件：堆密度为1600-1700kg/m3，细度模数为2.8-3.1，含泥量小于1.5％)、5％的粉煤灰(粉煤灰需要满足以下条件：比表面积大于350cm2/g，密度为2.5-2.6g/cm3)和5％的绢云母粉，混合后搅拌均匀，得到基料混合物，备用；
(7)、施工时，按照重量份数取550份的环氧树脂混合物、110份的固化混合物以及1300份的基料混合后搅拌调和得到环氧树脂聚合物混凝土。
实施例3
一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)、取环氧树脂(环氧当量为220-240g/mol)加入反应釜中，搅拌升温至85℃，然后滴加丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的混合液(混合液中丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的质量比为75∶2∶1)，搅拌反应4小时(环氧树脂与混合液的加入质量比为8∶5)，得到预制物A；取聚环氧丙烷二醇加入反应釜中，边搅拌抽真空边加热至130℃并保温1h；然后冷却至80℃，向反应釜中滴加甲苯二异氰酸酯边搅拌边保温，滴加完毕后逐步升温至90℃并保温2小时，冷却出料，得到预制物B；将预制物A与预制物B按2∶1的比例加入反应釜中，再加入1，4-丁二醇和三羟甲基丙烷(1，4-丁二醇的加入量为预制物A重量的0.1％，三羟甲基丙烷的加入量为预制物A重量的0.2％)，混合均匀再放置于85℃真空干燥箱中脱气25min，常温下固化8h，得到改性环氧树脂，备用；
(2)、取六亚甲基二异氰酸酯加入反应釜中，将溶液加热到60℃， 将聚芳酰胺纤维放入反应釜中恒温反应1.5小时，取出纤维，依次用去离子水和无水丙酮反复清洗两次，冷风吹干，得到改性聚芳酰胺纤维，备用；
(3)、按重量百分比取10％的环氧氯丙烷，55％的二丁醇，5％的多聚醚酯和30％的三氯丙烷，混合后搅拌均匀，得到活性稀释剂，备用；
(4)、按照重量百分比取改性环氧树脂82％、改性聚芳酰胺纤维5％、活性稀释剂10％和2-苯基苯并咪唑-5-磺酸3％，搅拌均匀后得到环氧树脂混合物，备用；
(5)、按照重量百分比取三乙烯四胺30％和2-甲基咪唑70％，搅拌均匀后，得到固化混合物，备用；
(6)、按照重量百分比取：15％的普通硅酸盐水泥、45％的碎石(碎石料为玄武岩碎石，碎石料的粒径为0～10mm)、30％的河沙(河沙需要满足以下条件：堆密度为1600-1700kg/m3，细度模数为2.8-3.1，含泥量小于1.5％)、5％的粉煤灰(粉煤灰需要满足以下条件：比表面积大于350cm2/g，密度为2.5-2.6g/cm3)和5％的绢云母粉，混合后搅拌均匀，得到基料混合物，备用；
(7)、施工时，按照重量份数取600份的环氧树脂混合物、120份的固化混合物以及1500份的基料混合后搅拌调和得到环氧树脂聚合物混凝土。

Claims (7)

1.一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、取环氧树脂加入反应釜中，搅拌升温至85℃，然后滴加丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的混合液，搅拌反应4-5小时，得到预制物A；取聚环氧丙烷二醇加入反应釜中，边搅拌抽真空边加热至130℃并保温1h；然后冷却至80℃，向反应釜中滴加甲苯二异氰酸酯边搅拌边保温，滴加完毕后逐步升温至90℃并保温2小时，冷却出料，得到预制物B；将预制物A与预制物B按2∶1的比例加入反应釜中，再加入1，4-丁二醇和三羟甲基丙烷，混合均匀再放置于85℃真空干燥箱中脱气25min，常温下固化8h，得到改性环氧树脂，备用；
(2)、取六亚甲基二异氰酸酯加入反应釜中，将溶液加热到60℃，将聚芳酰胺纤维放入反应釜中恒温反应1.5小时，取出纤维，依次用去离子水和无水丙酮反复清洗两次，冷风吹干，得到改性聚芳酰胺纤维，备用；
(3)、取环氧氯丙烷、二丁醇、多聚醚酯和三氯丙烷，混合后搅拌均匀，得到活性稀释剂，备用；
(4)、按照重量百分比取改性环氧树脂82％、改性聚芳酰胺纤维5％、活性稀释剂10％和2-苯基苯并咪唑-5-磺酸3％，搅拌均匀后得到环氧树脂混合物，备用；
(5)、按照重量百分比取三乙烯四胺30％和2-甲基咪唑70％，搅拌均匀后，得到固化混合物，备用；
(6)、按照重量百分比取：15％的普通硅酸盐水泥、45％的碎石、30％的河沙、5％的粉煤灰和5％的绢云母粉，混合后搅拌均匀，得到基料混合物，备用；
(7)、施工时，按照重量份数取500-600份的环氧树脂混合物、100-120份的固化混合物以及1200-1500份的基料混合后搅拌调和得到环氧树脂聚合物混凝土。
2.如权利要求1所述的一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中环氧树脂的环氧当量为220-240g/mol，混合液中丙烯酸、三乙基苄基氯化铵和对苯二酚的质量比为75∶2∶1，环氧树脂与混合液的加入质量比为8∶5。
3.如权利要求1所述的一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中1，4-丁二醇的加入量为预制物A重量的0.1％，三羟甲基丙烷的加入量为预制物A重量的0.2％。
4.如权利要求1所述的一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中活性稀释剂的组成按重量百分比为：10％的环氧氯丙烷，55％的二丁醇，5％的多聚醚酯和30％的三氯丙烷。
5.如权利要求1所述的一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中的碎石料为玄武岩碎石，碎石料的粒径为0～10mm。
6.如权利要求1所述的一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中的河沙需要满足以下条件：堆密度为1600-1700kg/m3，细度模数为2.8-3.1，含泥量小于1.5％。
7.如权利要求1所述的一种环氧树脂聚合物混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中的粉煤灰需要满足以下条件：比表面积大于350cm2/g，密度为2.5-2.6g/cm3。
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