发明内容
本发明的第一个目的是提供一种超韧纤维复合树脂混凝土,通过组分的优化,提高材料的抗裂性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
本发明提出的超韧纤维复合树脂混凝土,包括如下重量份的各组分,
超韧丙烯酸树脂浆体:9.5-15份
高模量混杂短切纤维:1-2份
级配矿料:100份
橡胶粉:12-18份
抗紫外线助剂:0.1-0.15份;
其中超韧丙烯酸树脂浆体为活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂与聚氨酯单体的混合物。
进一步优选的,其中超韧丙烯酸树脂浆体是由活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU按质量比2~10:1~6在加热条件下混合而成。
进一步优选的,其中超韧丙烯酸树脂浆体是由活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU按质量比3~8:1~4在加热条件下混合而成。
进一步优选的,其中超韧丙烯酸树脂浆体是由活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU按质量比5:3在40℃-50℃加热条件下混合而成;通过活性聚醚“柔性链段”无规则地贯穿至致密的丙烯酸树脂交联网络中,使得体系中的两组分材料之间产生协同效应,起到“强迫包容”作用,从而产生出比一般共混物更加优异的性能,提高交联网络链分子的柔顺性。在40℃-50℃条件下将柔性链段增韧改性后的丙烯酸树脂和聚氨酯单体混合,使得两组分材料达到良好的相容性、包容性,用聚氨酯单体固化丙烯酸树脂,可降低固化物内部的应力,提高玻璃化转变温度和抗热冲击性能,可以在不降低拉伸强度的条件下达到增韧的目的,采用此种改性方法能最大限度地抑制相分离过程,取得最好的互穿效果。
进一步优选的,其中高模量混杂短切纤维为经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维、油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维和碳纤维的混合物。
进一步优选的,经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维的长度为8~20mm,直径为5~30μm;油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维的长度为1~20mm,直径为5~30μm;碳纤维的长度为1~20mm,直径为1~15μm。
进一步优选的,经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维GF长度为12mm,直径为13μm;油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF长度为6mm,直径为16μm;碳纤维CF长度为3mm,直径为6-7μm。
进一步优选的,经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维与油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维和碳纤维的质量比为0.1~1:0.5~2:0.1~1。
进一步优选的,经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维GF和油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF、碳纤维CF的质量比为0.35:1:0.65。
通过在超韧树脂混凝土中掺入一定量的高模量混杂短切纤维,可以抑制混合料内部微裂纹的形成与增长,3mm碳纤维、6mm玄武岩纤维、12mm玻璃纤维所形成的乱向支撑体系,在经历超韧树脂混凝土内部的预存裂纹阶段、裂纹起裂阶段、裂纹的稳定扩展阶段三个阶段时,分阶段产生一种有效的二级加强效果,能较大幅度提高超韧树脂混凝土的抗裂性能,将其本身的脆性破坏转为屈服破坏,从而延长超韧纤维复合树脂混凝土的疲劳耐久性;其中,3mm碳纤维模量最高235GPa,对裂缝有更强的抑制作用,阻挡增加了裂纹开裂路径的曲折性,使其在预存裂纹阶段呈现缓慢增长;6mm玄武岩纤维模量次之,达到110GPa,同样对裂缝有很强的抑制作用,在裂纹起裂阶段起到一定的桥接作用,减少超韧树脂混凝土中原有微裂纹的数量和尺度,进而推迟宏观大裂缝的出现;12mm玻璃纤维模量最小为77GPa,在裂纹稳定扩展阶段,当裂纹绕过纤维继续扩展时,跨越裂纹的纤维将应力传递给未开裂的超韧树脂混凝土,使得裂纹尖端的应力集中程度得到缓和,从而有效延缓微裂缝向大裂缝的扩展。虽然纤维的加入对超韧树脂混凝土最大承载力的提高作用有限,但却能很明显地增加其断裂韧性。
进一步优选的,级配矿料由不同粒径的玄武岩集料和矿粉按质量比(5-10mm):(3-5mm):(0-3mm):矿粉=25:21.5:45:8.5干混组成。
进一步优选的,橡胶粉为经聚酰胺进行表面活化处理而成的干拌橡胶粉。
进一步优选的,橡胶粉为80目(0.18mm)和100目(0.15mm)经过研磨加工至平均粒径为0.1mm、并经聚酰胺试剂进行表面活化处理而成的干拌橡胶粉。
在超韧丙烯酸树脂固化冷却的过程中,通过加入经过活化处理的干拌橡胶粉,分散其中的橡胶粒子受到流体静拉力的作用,与增韧体系受到负荷时产生的裂纹前端的应力场叠加,使颗粒或基体界面破坏而产生孔洞,孔洞产生的塑性体膨胀和颗粒与孔洞所诱发的剪切屈服变形导致裂纹尖端的钝化,从而达到减少应力集中和阻裂的作用,整体上提升了超韧纤维复合树脂混凝土的抗裂性能。
进一步优选的,在超韧纤维复合树脂混凝土中加入抗紫外线助剂,是一种无毒无挥发、可溶于丙烯酸树脂浆体的乳白色针状结晶粉末;其中超韧丙烯酸树脂分子主链上的碳-碳键结合能不及300nm的紫外线能量高,故其内部分子结构在常年热光照下后会逐渐出现龟裂现象。通过紫外线助剂使得超韧纤维复合树脂混凝土材料对紫外线产生很强的屏蔽能力,有效捕获超韧丙烯酸树脂材料在紫外线作用下产生的活性自由基,从而发挥一定的光稳定效用,缓解超韧丙烯酸树脂材料在室外光照下的降解作用。
本发明的第二个目的是提供一种超韧纤维复合树脂混凝土的制备方法,通过制备工艺的优化,提高材料的抗裂性能。
本发明提出的超韧纤维复合树脂混凝土的制备方法,包括如下的操作步骤:
(1)按质量比例计,将级配矿料100份和高模量混杂短切纤维1-2份在拌合设备中进行常温搅拌,制成干混料;
(2)按质量比例计,将配制好的超韧丙烯酸树脂浆体9.5-15份倒入提前预热至50℃的拌合设备中同上述步骤(1)制备的干混料进行搅拌,制成浆体混合料;
(3)按质量比例计,将橡胶粉12-18份与抗紫外线助剂0.1-0.15份进行单独搅拌后,同步骤(2)制备的浆体混合料进行混合搅拌,制成超韧纤维复合树脂混凝土。
进一步优选的,其中超韧丙烯酸树脂浆体是由活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU按质量比2~10:1~6在加热条件下混合而成。
进一步优选的,其中超韧丙烯酸树脂浆体是由活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU按质量比3~8:1~4在加热条件下混合而成。
进一步优选的,其中超韧丙烯酸树脂浆体是由活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU按质量比5:3在40℃-50℃加热条件下混合而成。
进一步优选的,其中高模量混杂短切纤维为经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维、油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维和碳纤维的混合物。
进一步优选的,经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维的长度为8~20mm,直径为5~30μm;油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维的长度为1~20mm,直径为5~30μm;碳纤维的长度为1~20mm,直径为1~15μm。
进一步优选的,经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维GF长度为12mm,直径为13μm;油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF长度为6mm,直径为16μm;碳纤维CF长度为3mm,直径为6-7μm。
进一步优选的,经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维与油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维和碳纤维的质量比为0.1~1:0.5~2:0.1~1。
进一步优选的,经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维GF和油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF、碳纤维CF的质量比为0.35:1:0.65。
进一步优选的,级配矿料由不同粒径的玄武岩集料和矿粉按质量比(5-10mm):(3-5mm):(0-3mm):矿粉=25:21.5:45:8.5干混组成。
进一步优选的,橡胶粉为经聚酰胺进行表面活化处理而成的干拌橡胶粉。
进一步优选的,橡胶粉为80目(0.18mm)和100目(0.15mm)经过研磨加工至平均粒径为0.1mm、并经聚酰胺试剂进行表面活化处理而成的干拌橡胶粉。
进一步优选的,在超韧纤维复合树脂混凝土的制备方法中,其中步骤(1)的干混料先将按比例配好的玻璃纤维GF、碳纤维CF与级配矿料干拌不少于60s,再拌合30s后通过专用纤维挤出机逐步加入按比例配好的玄武岩纤维BF,再继续干拌不少于60s的混合物。
进一步优选的,在超韧纤维复合树脂混凝土的制备方法中,其中步骤(2)的浆体混合料由配制好的超韧丙烯酸树脂浆体分2-3次倒入拌锅中,与干混料每次湿拌不少于45s;
进一步优选的,在超韧纤维复合树脂混凝土的制备方法中,其中步骤(3)的超韧纤维复合树脂混凝土由单独搅拌混合好的橡胶粉和抗紫外线助剂分3-4次边拌合边撒入拌锅中,与浆体混合料每次湿拌不少于45s。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
本发明制备的超韧纤维复合树脂混凝土,通过组合和制备工艺的优化,显著提升了材料的抗裂性能,相比UHPC超高性能混凝土养生时间大大缩短,施工更加简便,且材料抗疲劳裂缝产生性能和抗裂缝扩展性能均优于热拌环氧沥青,在应用中可以有效弥补钢桥面铺装表面产生疲劳弯拉裂缝的缺陷。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的超韧纤维复合树脂混凝土及其具体的制备方法,其具体实施方式、特征及其功效,详细说明如后。
本发明中各种市售材料来源如下:
超韧丙烯酸树脂浆体,中路交科科技股份有限公司
玄武岩纤维,江苏天龙玄武岩连续纤维股份有限公司
碳纤维,南京绿洲建筑材料厂
玻璃纤维,南京绿洲建筑材料厂
级配矿料,江苏茅迪集团有限公司
橡胶粉,常州瑞邦高分子材料有限公司
抗紫外线助剂,常州新策高分子材料有限公司
实施例1
本发明的超韧纤维复合树脂混凝土包括按质量计超韧丙烯酸树脂浆体11份、高模量混杂短切纤维1份、级配矿料100份、橡胶粉12份、抗紫外线助剂0.1份。
其中,超韧丙烯酸树脂浆体由活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU按质量比5:3在40℃-50℃条件下混合而成;高模量混杂短切纤维是经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维GF和油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF、碳纤维CF按质量比0.35:1:0.65混合而成;级配矿料是由不同粒径的玄武岩集料和矿粉按质量比(5-10mm):(3-5mm):(0-3mm):矿粉=25:21.5:45:8.5干混组成。
超韧纤维复合树脂混凝土及其具体的制备方法包括如下操作步骤:
(1),将按比例配好的经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维、碳纤维CF与级配矿料常温干拌不少于60s,拌合30s后通过专用纤维挤出机逐步加入按比例配好的油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF,再继续常温干拌不少于60s,制成干混料;
(2),将按比例配制好的超韧丙烯酸树脂浆体分2-3次倒入提前预热至50℃的拌合设备中同上述干混料进行搅拌,与干混料每次湿拌不少于45s,制成浆体混合料;
(3),将按比例配好的橡胶粉与抗紫外线助剂先单独搅拌后,再分3-4次边拌合边撒入拌锅中,同上述浆体混合料进行混合搅拌,与浆体混合料每次湿拌不少于45s,制成超韧纤维复合树脂混凝土。
实施例2
本发明的超韧纤维复合树脂混凝土包括按质量计超韧丙烯酸树脂浆体12份、高模量混杂短切纤维1.5份、级配矿料100份、橡胶粉13.5份、抗紫外线助剂0.1份。
其中,超韧丙烯酸树脂浆体由活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU按质量比5:3在40℃-50℃条件下混合而成;高模量混杂短切纤维是经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维GF和油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF、碳纤维CF按质量比0.35:1:0.65混合而成;级配矿料是由不同粒径的玄武岩集料和矿粉按质量比(5-10mm):(3-5mm):(0-3mm):矿粉=25:21.5:45:8.5干混组成。
超韧纤维复合树脂混凝土及其具体的制备方法包括如下操作步骤:
(1),将按比例配好的经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维、碳纤维CF与级配矿料常温干拌不少于60s,拌合30s后通过专用纤维挤出机逐步加入按比例配好的油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF,再继续常温干拌不少于60s,制成干混料;
(2),将按比例配制好的超韧丙烯酸树脂浆体分2-3次倒入提前预热至50℃的拌合设备中同上述干混料进行搅拌,与干混料每次湿拌不少于45s,制成浆体混合料;
(3),将按比例配好的橡胶粉与抗紫外线助剂先单独搅拌后,再分3-4次边拌合边撒入拌锅中,同上述浆体混合料进行混合搅拌,与浆体混合料每次湿拌不少于45s,制成超韧纤维复合树脂混凝土。
实施例3
本发明的超韧纤维复合树脂混凝土包括按质量计超韧丙烯酸树脂浆体14份、高模量混杂短切纤维2份、级配矿料100份、橡胶粉15.5份、抗紫外线助剂0.12份。
其中,超韧丙烯酸树脂浆体由活性聚醚柔性链段增韧的改性丙烯酸树脂MMR和聚氨酯单体PU按质量比5:3在40℃-50℃条件下混合而成;高模量混杂短切纤维是经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维GF和油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF、碳纤维CF按质量比0.35:1:0.65混合而成;级配矿料是由不同粒径的玄武岩集料和矿粉按质量比(5-10mm):(3-5mm):(0-3mm):矿粉=25:21.5:45:8.5干混组成。
超韧纤维复合树脂混凝土及其具体的制备方法包括如下操作步骤:
(1)将按比例配好的经过油性双氨基硅烷偶联剂表面处理过的玻璃纤维、碳纤维CF与级配矿料常温干拌不少于60s,拌合30s后通过专用纤维挤出机逐步加入按比例配好的油性环氧基硅烷偶联剂表面处理过的玄武岩纤维BF,再继续常温干拌不少于60s,制成干混料;
(2)将按比例配制好的超韧丙烯酸树脂浆体分2-3次倒入提前预热至50℃的拌合设备中同上述干混料进行搅拌,与干混料每次湿拌不少于45s,制成浆体混合料;
(3)将按比例配好的橡胶粉与抗紫外线助剂先单独搅拌后,再分3-4次边拌合边撒入拌锅中,同上述浆体混合料进行混合搅拌,与浆体混合料每次湿拌不少于45s,制成超韧纤维复合树脂混凝土。
性能验证
上述三个实施例制备的超韧纤维复合树脂混凝土的各项性能指标参数与日本进口的KD-BEP环氧沥青性能指标参数如下表1所示:
表1超韧纤维树脂混凝土与市售进口环氧沥青混凝土的性能对比
由上表可以看出,超韧纤维树脂混凝土的马氏强度超出进口环氧沥青混凝土20%左右,低温抗裂变形性高出进口环氧沥青混凝土40%左右,抗疲劳裂缝产生性能在大应变条件下高出进口环氧沥青混凝土5倍,抗裂缝能力整体提升非常突出,另外各项基础指标完全满足钢桥面铺装的技术要求。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例展示如上,但并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。