CN112094089A - 一种rpc超高性能井盖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种RPC超高性能井盖，由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：水泥100份、石英砂150‑300份、矿物掺合料50‑60份、钢纤维20‑30份、芳纶纤维5‑15份、改性功能弹性体粉料6‑12份、复合减水剂1‑5份以及水25‑36份。与现有技术相比，本发明在材料体系中引入矿物掺合料，其与水泥、石英砂可共同发挥高效的粘结性能，降低经济成本，而钢纤维与芳纶纤维的使用，可有效提高最终RPC井盖的强度以及耐磨性，而改性功能弹性体粉料的使用，能改善RPC井盖的韧性，提高其抗折强度和断裂韧性，并可有效抵抗RPC井盖由于长时间使用而产生的内部非平衡应力对盖板本体的损害，可有效抑制盖板本体内部因受力不均匀而引起裂纹的发生，可有效延长使用寿命。

Description

一种RPC超高性能井盖及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土材料技术领域，涉及一种RPC超高性能井盖及其制备方法。

背景技术

众所周知，RPC即活性粉末混凝土，是继高强、高性能混凝土之后，在90年代中期通过采用常规的水泥等材料开发出的超高强度、高耐久性、高韧性和体积稳定性良好的水泥基材料，是DSP材料与纤维增强材料复合而成的高性能混凝土。采用RPC材料可以延长结构寿命，大幅减少维护费用，降低工程建设和使用的综合造价。因此RPC材料目前开始广泛应用于房建和桥梁工程以及军事设施等，其应用前景广泛。

然而，目前应用于道路、桥梁、隧道等建筑工程的PRC井盖虽然拥有高强度和高稳定性，但其脆性比较大，对抵抗冲击荷载和承受震动作用相当不利，即当RPC盖板遭受撞击时，很容易损坏，这也是目前RPC盖板普遍存在破裂的主要原因。另外，现有RPC盖板的耐腐蚀性和耐磨性也有待进一步提高。

发明内容

本发明的一个目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种韧性好，耐温体积稳定性好，兼具优异抗磨性和抗腐蚀性的RPC超高性能井盖。

本发明的另一个目的是提供所述RPC超高性能井盖的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供一种RPC超高性能井盖，由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：水泥100份、石英砂200-400份、矿物掺合料80-100份、钢纤维50-60份、芳纶纤维20-30份、改性功能弹性体粉料10-30份、复合减水剂1-5份以及水70-100份。

作为优选的技术方案，所述水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，所述石英砂的粒径≤2mm，且SiO₂含量≥98%，含泥量≤0.5%，所述矿物掺合料包含硅灰、高炉矿渣粉、超细偏高岭土中的至少一种，并且所述矿物掺合料的比表面积≥2000m²/kg。

作为优选的技术方案，所述改性功能弹性体粉料由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：热塑性弹性体100份、氟树脂改性有机硅树脂20-50份、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶10-20份、膨润土5-15份、可膨胀石墨1-5份、相容剂2-4份、硬脂酸钙1-3份、有机过氧化物0.1-1份以及石蜡油70-80份。

作为优选的技术方案，所述氟树脂改性有机硅树脂的制备方法如下：

步骤i：将有机硅树脂与有机氟树脂加入至反应釜中，边加热边搅拌混合，使反应釜温度升至110-120℃，完成预热；

步骤ii：加入有机锡化合物、交联剂，边搅拌边将反应釜温度升至140-150℃，反应2小时，待反应结束后，通过减压蒸馏蒸出低沸点杂质，即制得氟树脂改性有机硅树脂。

步骤i中所述有机硅树脂与有机氟树脂的质量比为10:1-3，步骤ii中所述有机锡化合物的添加量为有机硅树脂质量的0.5-2wt%，所述交联剂的添加量为有机硅树脂质量的2-5wt%。

作为优选的技术方案，所述有机硅树脂可选自市售的聚甲基硅树脂。

进一步地，所述有机氟树脂选自丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丙酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯、丙烯酸八氟戊酯或甲基丙烯酸八氟戊酯，所述有机锡化合物选自二辛基锡或二丁基二月桂酸锡，所述交联剂选自N-羟甲基丙烯酰胺、二亚乙基三胺或叔丁过氧基乙烷中的一种。

进一步地，所述热塑性弹性体选自苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物，所述马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为1.2-1.8%，所述相容剂选自丙烯酸-丙烯酰胺共聚物或苯乙烯-丙烯酰胺共聚物中的一种，所述有机过氧化物选自1,3-双丁基过氧异丙基苯、过氧化苯甲酸叔丁酯或过氧化二苯甲酰中的一种或几种，所述可膨胀石墨的碳含量≥97％，粒径为0.1-0.2mm。

作为优选的技术方案，所述改性功能弹性体粉料的制备方法为：按重量份将热塑性弹性体和石蜡油混合后，静置24小时，使热塑性弹性体充分溶胀，然后在双辊温度为160-170℃的开放式塑炼机上加入溶胀后的热塑性弹性体，按重量份加入氟树脂改性有机硅树脂、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、相容剂进行混炼，塑化均匀后，随后按重量份加入有机过氧化物、硬脂酸钙混炼10分钟，再按重量份加入膨润土和可膨胀石墨，继续混炼20分钟，待混炼均匀后出片，再于180℃进行热压，随后室温冷压出片，后经除湿、切粒、干燥，即制得所述改性功能弹性体粉料。

作为优选的技术方案，所述钢纤维为抗拉强度≥3000MPa的平直型镀铜微丝钢纤维，长度为5-10mm，直径为0.1-0.2mm。

作为优选的技术方案，所述芳纶纤维的长度为6-12mm。

作为优选的技术方案，所述复合减水剂由萘减水剂、三聚氰胺减水剂和聚羧酸减水剂按质量比为1:1:3混合而成。

根据本发明的另一方面，提供一种RPC超高性能井盖的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）按重量份将水泥、石英砂、矿物掺合料、钢纤维、芳纶纤维、改性功能弹性体粉料、复合减水剂以及水加入搅拌机中，搅拌混合均匀，得到混凝土浆料；

（2）将整理好的模具至于震动台上，开启震动台，将搅拌好的混凝土浆料倒入模具中，直至完全成型，即制得初步成型的RPC盖板；

（3）将初步成型的RPC盖板放入养护室进行养护，得到初凝好的RPC盖板，将初凝好的RPC盖板从模具中脱离出来，得到脱模的RPC盖板，随后送入养护室进行蒸汽养护，养护温度为75-80℃，养护时间为2天，即可。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1）本发明RPC井盖的原料组分所采用的改性功能弹性体粉料中，利用热塑性弹性体作为基体材料，引入氟树脂改性有机硅树脂，并以丙烯酸-丙烯酰胺共聚物或苯乙烯-丙烯酰胺共聚物作为相容剂，可有效提高氟树脂改性有机硅树脂与热塑性弹性体的界面作用力，改善氟树脂改性有机硅树脂与热塑性弹性体的相容性，在确保最终改性功能弹性体粉料具有良好柔韧性的前提下，有效提高改性功能弹性体粉料的耐热性以及耐腐蚀性；

2）由于材料体系中引入了改性功能弹性体粉料，可有效改善RPC井盖的韧性，而改性功能弹性体粉料掺杂在水泥和石英砂中，能够消耗振动能量，减小振动幅值，可在RPC井盖受到冲击时吸收振动的能量，降低结构的动力响应幅值，可有效解决现有RPC井盖因自身脆性大而容易发生脆性损伤的问题；

3）在材料体系中引入矿物掺合料，其与水泥、石英砂可共同发挥高效的粘结性能，降低经济成本，而钢纤维与芳纶纤维的使用，可有效提高最终RPC井盖的强度以及耐磨性，而改性功能弹性体粉料的使用，能改善RPC井盖的韧性，提高其抗折强度和断裂韧性，并可有效抵抗RPC井盖由于长时间使用而产生的内部非平衡应力对盖板本体的损害，可有效抑制盖板本体内部因受力不均匀而引起裂纹的发生，大大延长了井盖的正常使用寿命。

具体实施方式

下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本发明一部分实施方案，而不是全部的实施方案。本实施方案以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施方案。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它实施方案，都属于本发明保护的范围。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本文中，采用术语“约”来修饰数值时，表示该数值±5%以内测量的误差容限。

下面通过具体实施例对本发明技术方案进一步进行阐述，本发明若无特殊说明，所用原料均为市售产品。

下表1示出了实施例1-5和对比例RPC盖板的原料组分及其重量份含量。

表1实施例1-5和对比例RPC盖板的原料组分配方

表1中实施例1-5和对比例所采用的水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，所采用的石英砂的粒径≤2mm，且SiO₂含量≥98%，含泥量≤0.5%，所采用的复合减水剂由萘减水剂、三聚氰胺减水剂和聚羧酸减水剂按质量比为1:1:3混合而成。

表1中实施例1和2所采用的矿物掺合料为比表面积≥2000m²/kg的硅灰；实施例3和对比例所采用的矿物掺合料为硅灰、高炉矿渣粉和超细偏高岭土按质量比为1:3:1混合而成，且比表面积≥2000m²/kg；实施例4所采用的矿物掺合料为比表面积≥2000m²/kg的高炉矿渣粉；实施例5所采用的矿物掺合料为比表面积≥2000m²/kg的超细偏高岭土。

表1中实施例1和2所采用的钢纤维为抗拉强度≥3000MPa的平直型镀铜微丝钢纤维，长度为10mm，直径为0.2mm；所采用的芳纶纤维的长度为12mm。

表1中实施例3和对比例所采用的钢纤维为抗拉强度≥3000MPa的平直型镀铜微丝钢纤维，长度为8mm，直径为0.1mm；所采用的芳纶纤维的长度为10mm。

表1中实施例4和5所采用的钢纤维为抗拉强度≥3000MPa的平直型镀铜微丝钢纤维，长度为5mm，直径为0.1mm；所采用的芳纶纤维的长度为6mm。

下表2示出了实施例1-5所使用的改性功能弹性体粉料的配方。

表2实施例1-5所使用的改性功能弹性体粉料的配方

表2中，实施例1-5所采用的热塑性弹性体为苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物。

表2中，实施例1所使用的有机氟树脂为丙烯酸六氟丁酯，实施例2所使用的有机氟树脂为丙烯酸六氟异丙酯，实施例3所使用的有机氟树脂为甲基丙烯酸六氟异丙酯，实施例4所使用的有机氟树脂为丙烯酸八氟戊酯，实施例5所使用的有机氟树脂为甲基丙烯酸八氟戊酯。

表2中，实施例1-2所使用的可膨胀石墨的碳含量≥97％，膨胀容积为250mL/g，粒径为0.2mm；实施例3所使用的可膨胀石墨的碳含量≥97％，膨胀容积为180mL/g，粒径为0.1mm；实施例4-5所使用的可膨胀石墨的碳含量≥97％，膨胀容积为200mL/g，粒径为0.2mm。

表2中，实施例1所使用的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为1.2%，实施例2所使用的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为1.8%，实施例3-5所使用的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为1.6%。

表2中，实施例1-4所使用的相容剂为苯乙烯-丙烯酰胺共聚物，实施例5所使用的相容剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物。

表2中，实施例1-2所使用的有机过氧化物为过氧化苯甲酸叔丁酯，实施例3-4所使用的有机过氧化物为1,3-双丁基过氧异丙基苯，实施例5所使用的有机过氧化物为过氧化二苯甲酰。

实施例1-5中所使用的氟树脂改性有机硅树脂的制备方法如下：

步骤i：将有机硅树脂（例如，市售的聚甲基硅树脂）与有机氟树脂加入至反应釜中，边加热边搅拌混合，使反应釜温度升至110-120℃（例如，实施例1为110℃，实施例2为120℃，实施例3-5为118℃），完成预热；

步骤ii：加入有机锡化合物、交联剂，边搅拌边将反应釜温度升至140-150℃（例如，实施例1为140℃，实施例2为150℃，实施例3-5为146℃），反应2小时，待反应结束后，通过减压蒸馏蒸出低沸点杂质，即制得氟树脂改性有机硅树脂。

其中，步骤i中所述有机硅树脂与有机氟树脂的质量比为10:1-3（例如，实施例1为10:1，实施例2为10:3，实施例3-5为10:2）。

步骤ii中所述有机锡化合物的添加量为有机硅树脂质量的0.5-2wt%（例如，实施例1为0.5wt%，实施例2为2wt%，实施例3为1.2wt%，实施例4为1.6wt%，实施例5为1.5wt%）。

所述交联剂的添加量为有机硅树脂质量的2-5wt%（例如，实施例1为2wt%，实施例2为5wt%，实施例3为2.6wt%，实施例4为3.5wt%，实施例5为4.2wt%）。

另外，实施例1-2中所使用的有机锡化合物为二辛基锡，所使用的交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺，实施例3中所使用的有机锡化合物为二丁基二月桂酸锡，所使用的交联剂为二亚乙基三胺，实施例4-5所使用的有机锡化合物为二丁基二月桂酸锡，所使用的交联剂为叔丁过氧基乙烷。

实施例1-5所使用的改性功能弹性体粉料的制备方法如下：

步骤i）：按重量份将热塑性弹性体和石蜡油混合后，静置24小时，使热塑性弹性体充分溶胀；

步骤ii）：在双辊温度为160-170℃的开放式塑炼机上加入溶胀后的热塑性弹性体，按重量份加入氟树脂改性有机硅树脂、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、相容剂进行混炼，塑化均匀后，随后按重量份加入有机过氧化物、硬脂酸钙混炼10分钟，再按重量份加入膨润土和可膨胀石墨，继续混炼20分钟，待混炼均匀后出片，再于180℃进行热压，随后室温冷压出片，后经除湿、切粒、干燥，即制得改性功能弹性体粉料。

在上述步骤ii）中，针对开放式塑炼机的双辊温度，实施例1设置为160℃，实施例2设置为170℃，实施例3设置为168℃，实施例4和5均设置为165℃。

采用以下方法，将实施1-5的材料制成RPC盖板：

（1）按重量份将水泥、石英砂、矿物掺合料、钢纤维、芳纶纤维、改性功能弹性体粉料、复合减水剂以及水加入搅拌机中，搅拌混合均匀，得到混凝土浆料；

（2）将整理好的模具至于震动台上，开启震动台，将搅拌好的混凝土浆料倒入模具中，直至完全成型，即制得初步成型的RPC井盖；

（3）将初步成型的RPC井盖放入养护室进行养护，得到初凝好的RPC井盖，将初凝好的RPC井盖从模具中脱离出来，得到脱模的RPC井盖，随后送入养护室进行蒸汽养护，养护温度为75-80℃，养护时间为2天，即可。

对比例则采用与上述方法相同的步骤，制成RPC井盖。

下表3示出了采用实施例1-5和对比例的原料组分配方制成的RPC井盖的性能测试结果。

表3由实施例1-5和对比例的原料组分配方制成的RPC井盖的性能测试结果

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种RPC超高性能井盖，其特征在于，由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：水泥100份、石英砂200-400份、矿物掺合料80-100份、钢纤维50-60份、芳纶纤维20-30份、改性功能弹性体粉料10-30份、复合减水剂1-5份以及水70-100份。

2.根据权利要求1所述的一种RPC超高性能井盖，其特征在于，所述水泥为52.5级普通硅酸盐水泥，所述石英砂的粒径≤2mm，且SiO₂含量≥98%，含泥量≤0.5%，所述矿物掺合料包含硅灰、高炉矿渣粉、超细偏高岭土中的至少一种，并且所述矿物掺合料的比表面积≥2000m²/kg。

3.根据权利要求1所述的一种RPC超高性能井盖，其特征在于，所述改性功能弹性体粉料由包含以下组分及其重量份含量的原料制备而成：热塑性弹性体100份、氟树脂改性有机硅树脂20-50份、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶10-20份、膨润土5-15份、可膨胀石墨1-5份、相容剂2-4份、硬脂酸钙1-3份、有机过氧化物0.1-1份以及石蜡油70-80份。

4.根据权利要求3所述的一种RPC超高性能井盖，其特征在于，所述氟树脂改性有机硅树脂的制备方法如下：

步骤i：将有机硅树脂与有机氟树脂加入至反应釜中，边加热边搅拌混合，使反应釜温度升至110-120℃，完成预热；

步骤ii：加入有机锡化合物、交联剂，边搅拌边将反应釜温度升至140-150℃，反应2小时，待反应结束后，通过减压蒸馏蒸出低沸点杂质，即制得氟树脂改性有机硅树脂。

5.根据权利要求4所述的一种RPC超高性能井盖，其特征在于，步骤i中所述有机硅树脂与有机氟树脂的质量比为10:1-3，步骤ii中所述有机锡化合物的添加量为有机硅树脂质量的0.5-2wt%，所述交联剂的添加量为有机硅树脂质量的2-5wt%。

6.根据权利要求4所述的一种RPC超高性能井盖，其特征在于，所述有机氟树脂选自丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丙酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯、丙烯酸八氟戊酯或甲基丙烯酸八氟戊酯，所述有机锡化合物选自二辛基锡或二丁基二月桂酸锡，所述交联剂选自N-羟甲基丙烯酰胺、二亚乙基三胺或叔丁过氧基乙烷中的一种。

7.根据权利要求3所述的一种RPC超高性能井盖，其特征在于，所述热塑性弹性体选自苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物，所述马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的接枝率为1.2-1.8%，所述相容剂选自丙烯酸-丙烯酰胺共聚物或苯乙烯-丙烯酰胺共聚物中的一种，所述有机过氧化物选自1,3-双丁基过氧异丙基苯、过氧化苯甲酸叔丁酯或过氧化二苯甲酰中的一种或几种，所述可膨胀石墨的碳含量≥97％，粒径为0.1-0.2mm。

8.根据权利要求3所述的一种RPC超高性能井盖，其特征在于，所述改性功能弹性体粉料的制备方法为：按重量份将热塑性弹性体和石蜡油混合后，静置24小时，使热塑性弹性体充分溶胀，然后在双辊温度为160-170℃的开放式塑炼机上加入溶胀后的热塑性弹性体，按重量份加入氟树脂改性有机硅树脂、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、相容剂进行混炼，塑化均匀后，随后按重量份加入有机过氧化物、硬脂酸钙混炼10分钟，再按重量份加入膨润土和可膨胀石墨，继续混炼20分钟，待混炼均匀后出片，再于180℃进行热压，随后室温冷压出片，后经除湿、切粒、干燥，即制得所述改性功能弹性体粉料。

9.根据权利要求1所述的一种RPC超高性能井盖，其特征在于，所述钢纤维为抗拉强度≥3000MPa的平直型镀铜微丝钢纤维，所述芳纶纤维的长度为6-12mm，所述复合减水剂由萘减水剂、三聚氰胺减水剂和聚羧酸减水剂按质量比为1:1:3混合而成。

10.如权利要求1至9任一项所述的RPC超高性能井盖的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）按重量份将水泥、石英砂、矿物掺合料、钢纤维、芳纶纤维、改性功能弹性体粉料、复合减水剂以及水加入搅拌机中，搅拌混合均匀，得到混凝土浆料；

（2）将整理好的模具至于震动台上，开启震动台，将搅拌好的混凝土浆料倒入模具中，直至完全成型，即制得初步成型的RPC盖板；

（3）将初步成型的RPC盖板放入养护室进行养护，得到初凝好的RPC盖板，将初凝好的RPC盖板从模具中脱离出来，得到脱模的RPC盖板，随后送入养护室进行蒸汽养护，养护温度为75-80℃，养护时间为2天，即可。