CN110453929A - 一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，属于防护门加固技术领域。本发明的技术方案为：一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，包含以下步骤：第一步，混合液的制备，第二步，改性树脂的制备，第三步，对混凝土防护门表面进行凿毛，除去浮层，直至露出坚硬的混凝土层，然后涂刷环氧树脂底涂；第四步，水平放置纤维增强复合材料网格；第五步，在防护门表面喷涂聚脲。本发明的有益效果是，采用本发明的混凝土防护门加固技术，工艺简单，可用于加固新建防护门和旧有防护门，能有效提高防护门的力学性能。

Description

一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，用于既有及新建混凝土防护门的加固，属于防护门加固技术领域。
背景技术
防护门广泛应用于海军、空军、二炮、人防工程等各个领域，起着阻挡核武器和常规武器所产生的爆炸冲击波的作用，承担着战时保护生命安全及重要物资安全的重要职责，历来是防护工程领域研究的重点内容。钢筋混凝土防护门依然是目前使用最多的防护门。但是，钢筋混凝土防护门存在着门体笨重、维护不便、抢修抢建困难等问题，不能很好地满足国防、人防工程快速建设与使用、结构轻量化防护的要求。近年来钢结构防护门和复合材料防护门成为国内外研究的热点。复合材料网格是由纤维和树脂通过拉挤、或模压、或真空导入成型等工艺制备成型的复合材料，复合材料网格相较于纤维布及土工格栅，具有强度高、模量大等优点，外贴在混凝土材料表面，可起到限制裂缝发展、提高混凝土结构力学性能的作用。但是，复合材料网格与混凝土的粘结性能是制约网格加固发展的主要问题。本发明采用改性树脂为粘结层材料，本体强度高，粘结效果好。
喷涂聚脲弹性体技术（Spray Polyurea Elastomer, 简称SPUA技术）是在物体表面快速成型的无溶剂厚涂施工技术。【刘旭东. 京沪高速铁路桥梁混凝土聚脲防护技术的应用研究[D]. 青岛理工大学, 2010.】聚脲弹性体强度高，对温度、湿度不敏感，耐侯性好。聚脲包覆在结构表面，一方面，其良好的致密性及化学稳定性，可以保护环氧树脂及复合材料网格免受环境侵蚀，提高加固结构的耐久性；另一方面，聚脲强度高，在受到冲击载荷的作用时，可以进一步保护环氧树脂不被破坏，从而保护加固结构。但聚脲与混凝土的粘结性能较差，在混凝土表面易剥离，是制约聚脲在防护门上使用的重要原因。本发明在加固网格表面涂刷环氧树脂后再喷涂聚脲涂层。聚脲含有大量的端氨基聚醚和异氰酸酯基，可以与环氧树脂中的羟基反应，形成稳固的交联结构。
发明内容
本发明针对既有及新建混凝土防护门的加固，提出了一种复合材料加固混凝土防护门的方法。该方法是在混凝土防护门的表面采用纳米改性环氧树脂张贴复合材料网格，并全门喷涂聚脲弹性体。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，包含以下步骤：
第一步，混合液的制备，取适量纳米二氧化硅（SiO2），空气环境下260-300℃干燥4-6小时；置于有机溶剂中，超声震荡1-2小时即得混合液；
第二步，改性树脂的制备，将第一步制得的混合液倒入树脂中，真空环境下加热到40-50℃，机械搅拌至溶剂完全挥发即得改性树脂；
第三步，对混凝土防护门表面进行凿毛，除去浮层，直至露出坚硬的混凝土层，然后涂刷环氧树脂底涂；
第四步，在环氧树脂底涂涂刷6-12小时内，在防护门迎爆面和背爆面四周分别支木模板，在防护门表面涂刷改性树脂，并控制改性树脂的厚度为1-2mm，向木模板围护起来的改性树脂内水平放置纤维增强复合材料网格，在纤维增强复合材料网格四个角放厚度1-1.5mm垫片以控制纤维增强复合材料网格与混凝土表面的距离，并确保纤维增强复合材料网格保持水平，继续涂刷改性树脂，确保改性树脂将纤维增强复合材料网格全部覆盖，且改性树脂高出纤维增强复合材料网格水平面0.5-1mm；
第五步，在改性树脂涂刷12-24小时内，在防护门表面喷涂聚脲，喷涂压力1-5kPa，喷涂厚度1-2mm，室温下至少养护15d。
进一步的，所述第一步中的有机溶剂为二甲苯或丙酮。
进一步的，所述第二步中的纳米二氧化硅（SiO2）、有机溶剂和树脂的质量比为（1-3）：（5-10）：100。
进一步的，所述第四步中的纤维增强复合材料网格采用的纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维中的任意一种。
进一步的，所述第二步中的树脂基体为环氧树脂、乙烯基树脂或聚氨酯树脂。
进一步的，所述第四步中选用的纤维增强复合材料网格的厚度为1-5mm。
更进一步的，所述防护门的尺寸与纤维增强复合材料网格的尺寸的对应关系如下，记防护门的尺寸为amm*bmm，纤维增强复合材料网格的尺寸为a1mm*b1mm，则纤维增强复合材料网格的尺寸a1和b1满足：a≥a1≥0.8*a，b≥b1≥0.8*b，且纤维增强复合材料网格的网眼尺寸大小应满足：纤维增强复合材料网格在该方向上不少于10个网眼。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用纳米SiO2改性的环氧树脂作为网格与混凝土防护门的粘结材料。环氧树脂具有大量的羟基和醚键，对混凝土具有很强的粘结作用，粘结效果比常用的水泥砂浆更好，纳米SiO2具有较高的强度和刚度，且表面积大，表面含有大量的羟基，可以与环氧树脂形成良好的界面结合。SiO2均匀分布在环氧树脂中，环氧树脂在载荷作用下产生裂纹。裂纹前进的过程中，遇到纳米SiO2粒子，当裂纹能量较小时，裂纹被迫中止；当裂纹能量较大却不足以破坏SiO2粒子时，裂纹被迫发生偏转，远离裂纹源；当裂纹能量足够大，可以贯穿SiO2粒子时，SiO2粒子的破坏吸收大量的能量，阻止裂纹的进一步前进。因此，纳米SiO2改性可以显著提高环氧树脂的力学性能 。
2、本发明以环氧树脂底涂作为混凝土结构表面的基层处理材料。环氧树脂底涂是以环氧树脂为主要成分的基层处理剂，渗透性好，用作底涂时，可有效封闭混凝土内部毛细孔。
改性环氧树脂粘结层的厚度是影响网格与混凝土防护门粘结性能的一个重要参数。粘结层厚度太小，粘结强度不够；粘结层厚度太大，剥离强度低，网格易剥落。本发明通过合理控制环氧树脂的粘结层厚度，增大了网格与混凝土防护门的有效粘结。
在环氧树脂表面喷涂聚脲，可以充分利用环氧树脂与聚脲良好的结合性能，使得聚脲紧紧地包裹在防护门表面，起到隔绝环境腐蚀，提高抗冲击性能的效果。
3、采用本发明的混凝土防护门加固技术，工艺简单，可用于加固新建防护门和旧有防护门，能有效提高防护门的力学性能。用于加固新建防护门结构，抗弯强度比原来提升30%以上，在核5级爆炸载荷作用下（换算成静力约0.2MPa），抗弯强度保留率达到80%以上；用于加固旧有防护门结构，抗弯强度可比原来提升40%以上。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，加固新建混凝土防护门结构；
一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，包含以下步骤：
第一步，混合液的制备，取适量纳米二氧化硅（SiO2），空气环境下260℃干燥4小时；置于二甲苯中，超声震荡1小时即得混合液；
第二步，改性树脂的制备，将第一步制得的混合液倒入环氧树脂中，真空环境下加热到40℃，机械搅拌至溶剂完全挥发即得改性树脂；其中，纳米二氧化硅（SiO2）、二甲苯和树脂的质量比为1：8：100。
第三步，对混凝土防护门表面进行凿毛，除去浮层，直至露出坚硬的混凝土层，然后涂刷环氧树脂底涂；
第四步，在环氧树脂底涂涂刷6小时内，在防护门迎爆面和背爆面四周分别支木模板，在防护门表面涂刷改性树脂，并控制改性树脂的厚度为1mm，向木模板围护起来的改性树脂内水平放置2mm厚纤维增强复合材料网格，在网格四个角放厚度1mm垫片以控制网格与混凝土表面的距离，并确保网格保持水平，记防护门的尺寸为amm*bmm，纤维增强复合材料网格的尺寸为a1mm*b1mm，则纤维增强复合材料网格的尺寸a1和b1满足：a1=0.9*a，b1=0.8*b，网眼尺寸大小应满足：网格在该方向上不少于10个网眼；继续涂刷改性树脂，确保改性树脂将纤维增强复合材料网格全部覆盖，且改性树脂高出纤维增强复合材料网格水平面0.5mm；
第五步，在改性树脂涂刷12小时后，在防护门表面喷涂聚脲，喷涂压力1kPa，喷涂厚度1mm，室温下养护15d。
经试验测算，采用本发明的混凝土防护门加固技术加固新建混凝土防护门结构，抗弯强度比未加固前提升44%，在核5级爆炸载荷作用下（换算成静力约0.2MPa），抗弯强度保留率达83%。
实施例2，加固旧有混凝土防护门结构；
一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，包含以下步骤：
第一步，混合液的制备，取适量纳米二氧化硅（SiO2），空气环境下300℃干燥6小时；置于丙酮中，超声震荡2小时即得混合液；
第二步，改性树脂的制备，将第一步制得的混合液倒入环氧树脂中，真空环境下加热到50℃，机械搅拌至溶剂完全挥发即得改性树脂；其中，纳米二氧化硅（SiO2）、丙酮和树脂的质量比为3：10：100；
第三步，对混凝土防护门表面进行凿毛，除去浮层，直至露出坚硬的混凝土层，然后涂刷环氧树脂底涂；
第四步，在环氧树脂底涂涂刷12小时内，在防护门迎爆面和背爆面四周分别支木模板，在防护门表面涂刷改性树脂，并控制改性树脂的厚度为1.5mm，向木模板围护起来的改性树脂内水平放置4mm厚纤维增强复合材料网格，在网格四个角放厚度1mm垫片以控制网格与混凝土表面的距离，并确保网格保持水平，记防护门的尺寸为amm*bmm，纤维增强复合材料网格的尺寸为a1mm*b1mm，则纤维增强复合材料网格的尺寸a1和b1满足：a1=a， b1=b，网眼尺寸大小应满足：网格在该方向上不少于10个网眼；继续涂刷改性树脂，确保改性树脂将纤维增强复合材料网格全部覆盖，且改性树脂高出纤维增强复合材料网格水平面1mm；
第五步，在改性树脂涂刷24小时内，在防护门表面喷涂聚脲，喷涂压力3kPa，喷涂厚度2mm，室温下养护15d。
经试验测算，采用本发明的混凝土防护门加固技术加固旧有混凝土防护门结构，抗弯强度比加固前提升42%。
本发明所述第四步中的纤维增强复合材料网格采用的纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维中的任意一种。
本发明所述第二步中的树脂基体为环氧树脂、乙烯基树脂或聚氨酯树脂。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，其特征在于：包含以下步骤：
第一步，混合液的制备，取适量纳米二氧化硅，空气环境下260-300℃干燥4-6小时；置于有机溶剂中，超声震荡1-2小时即得混合液；
第二步，改性树脂的制备，将第一步制得的混合液倒入树脂中，真空环境下加热到40-50℃，机械搅拌至溶剂完全挥发即得改性树脂；
第三步，对混凝土防护门表面进行凿毛，除去浮层，直至露出坚硬的混凝土层，然后涂刷环氧树脂底涂；
第四步，在环氧树脂底涂涂刷6-12小时内，在防护门迎爆面和背爆面四周分别支木模板，在防护门表面涂刷改性树脂，并控制改性树脂的厚度为1-2mm，向木模板围护起来的改性树脂内水平放置纤维增强复合材料网格，在纤维增强复合材料网格四个角放厚度1-1.5mm垫片以控制纤维增强复合材料网格与混凝土表面的距离，并确保纤维增强复合材料网格保持水平，继续涂刷改性树脂，确保改性树脂将纤维增强复合材料网格全部覆盖，且改性树脂高出纤维增强复合材料网格水平面0.5-1mm；
第五步，在改性树脂涂刷12-24小时内，在防护门表面喷涂聚脲，喷涂压力1-5kPa，喷涂厚度1-2mm，室温下至少养护15d。
2.根据权利要求1述的一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，其特征在于：所述第一步中的有机溶剂为二甲苯或丙酮。
3.根据权利要求1述的一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，其特征在于：所述第二步中的纳米二氧化硅、有机溶剂和树脂的质量比为（1-3）：（5-10）：100。
4.根据权利要求1述的一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，其特征在于：所述第四步中的纤维增强复合材料网格采用的纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维中的任意一种。
5.根据权利要求1述的一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，其特征在于：所述第二步中的树脂基体为环氧树脂、乙烯基树脂或聚氨酯树脂。
6.根据权利要求1述的一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，其特征在于：所述第四步中选用的纤维增强复合材料网格的厚度为1-5mm。
7.根据权利要求1述的一种复合材料网格加固混凝土防护门的方法，其特征在于：防护门的尺寸与纤维增强复合材料网格的尺寸的对应关系如下，记防护门的尺寸为amm*bmm，纤维增强复合材料网格的尺寸为a1mm*b1mm，则纤维增强复合材料网格的尺寸a1和b1满足：a≥a1≥0.8*a，b≥b1≥0.8*b，且纤维增强复合材料网格的网眼尺寸大小应满足：纤维增强复合材料网格在该方向上不少于10个网眼。
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