CN112813804A - 一种基于固废物再利用的水下桥墩防护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于固废物再利用的水下桥墩防护系统。所述的防护系统从内到外依次由桥墩、蜂窝状抗冲击工程塑料管层、碳纤维复合板层和弹性耐磨防腐涂层组成。所述的蜂窝状抗冲击工程塑料管层由多个抗冲击工程塑料管通过不锈钢丝或不锈钢带捆绑后围绕桥墩竖向布置。所述碳纤维复合板层由环氧树脂基连续碳纤维复合板围成。弹性耐磨防腐涂层为聚脲类防腐涂层,涂覆于整个防护系统外表面。与现有技术相比,本发明集吸能效果好,抗冲击能力强;耐磨耐腐蚀性好,使用寿命长;自重轻,对桥墩和碰撞船只负面影响小;固废物再利用,环保效益好等优点于一体,可有效解决现有水下桥墩的耐久性难题。
Description
技术领域
本发明属于交通工程技术领域,具体涉及一种基于固废物再利用的水下桥墩防护系统。
背景技术
混凝土因原料丰富、价格低廉、抗压强度高、耐久性好等众多优点,成为当代用量最大,应用最广的土木工程材料,但它也有自重大、抗裂性差、性质脆等不足,限制了其更大范围的应用。混凝土耐久性直接决定其工程寿命,因此长期以来受到人们的高度重视。虽然混凝土是一种耐久性材料,但本质上是一种非均匀的多孔性脆性材料,在使用过程中,不可避免会受到腐蚀介质如水、盐溶液、酸性气体等物质的侵蚀和荷载作用(如表面磨蚀、疲劳荷载、冲击荷载)的破坏,导致耐久性下降,使用寿命缩短。
为了提高混凝土耐腐蚀性能,通常的做法是提高混凝土的密实度或表层涂刷防腐涂料,以封闭混凝土空隙,阻止腐蚀介质的渗透。但提高混凝土密实度势必将增加其自重,增强其脆性,劣化其抗冲击性能;表层涂刷防腐涂料虽然可以有效阻止腐蚀介质的渗透,但其作用时效较短,容易老化或受外力破坏,导致涂层出现缺陷,防护体系失效。
为了提高混凝土抗冲击和抗疲劳性能,通常的做法是在混凝土配方中添加纤维类材料或体外设置防护装置。添加纤维类材料虽然可以提高混凝土抗折性能,但提高幅度有限,对抗冲击性能提高微弱,且高掺量纤维类材料在混凝土中的分散问题一直是一个难点,限制了混凝土抗折和抗冲击性能的大幅度提升;在体外设置防护装置虽然可以很好的保护混凝土结构,避免受到冲击或碰撞,但该类装置往往占用较大的空间,影响混凝土结构物的美观,在保护混凝土结构的同时,也容易造成与之相撞的人或物的损伤。
混凝土桥梁是我国最主要的桥梁类型,而水下桥墩是最易出现病害而导致耐久性下降的部位。水下较高的静态压力和疲劳应力、河水冲刷、淘刷、磨损、气蚀、严寒地区的冻融和侵蚀(化学腐蚀和电化学腐蚀)、船舶碰撞、浮冰及地震袭击、环境荷载(如生物附着)和桥梁上部结构传递的工作荷载等,均易导致桥梁水下结构形成各种损伤缺陷,且不易被发现,这些损伤缺陷导致桥梁承载能力和耐久性降低,严重危及行车安全和桥梁寿命。因此,为解决现有水下桥墩易腐蚀易破损的难题,开发一种集抗冲击和抗疲劳性能强、耐磨和耐腐蚀性能好、自重轻等优点于一体的水下桥墩防护系统具有重要的现实意义。
发明内容
为解决现有水下桥墩易腐蚀易破损,耐久性差的难题,本发明提供了一种基于固废物再利用的水下桥墩防护系统。
本发明所述的基于固废物再利用的水下桥墩防护系统,从内到外依次由桥墩、蜂窝状抗冲击工程塑料管层、碳纤维复合板层和弹性耐磨防腐涂层组成。所述的蜂窝状抗冲击工程塑料管层由多个抗冲击工程塑料管通过不锈钢丝或不锈钢带捆绑后围绕桥墩竖向布置。抗冲击工程塑料管内填充弹性环氧砂浆1。所述碳纤维复合板层由环氧树脂基连续碳纤维复合板围成。桥墩与碳纤维复合板层之间,各个抗冲击工程塑料管外的空隙由弹性环氧砂浆2填充。弹性耐磨防腐涂层为聚脲类防腐涂层,涂覆于整个防护系统外表面。
所述抗冲击工程塑料管为聚碳酸酯改性聚醚醚酮管,管外径为80-120mm,壁厚15-20mm。
所述的碳纤维复合板层由多层预浸料以90°铺层的方式成型,板厚度为0.5-1.5mm,碳纤维复合板通过机械螺栓连接成圆筒形。
所述弹性环氧砂浆1由A、B、C三组分组成,质量比A:B:C=1:0.4-0.6:2-3。
所述的弹性环氧砂浆2由A、B、D三组分组成,质量比A:B:D=1:0.4-0.6:2-3。
各组分按质量份数配方组成如下:
A组分配方:
B组分配方:
C组分配方:
D组分配方:
所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-080N系列产品;纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化硅颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到,其中纳米二氧化硅颗粒粒径为20-40nm,环氧树脂为液态双酚F型环氧树脂,纳米二氧化硅质量分数为2-4%;液态双酚F型环氧树脂为NPEF-170环氧树脂;弹性改性剂是以聚氨酯为主链且端基或侧链带活性基团的聚合物;双环氧基活性稀释剂为环己二醇二缩水甘油醚。
所述聚酰胺固化剂为聚酰胺651;聚醚胺固化剂为聚醚胺D230;芳香胺固化剂为间苯二甲胺;固化促进剂为DMP-30;偶联剂为KH550;消泡剂为BYK-066N;分散剂为BYK-163。
所述废旧橡胶颗粒为3-5mm废旧橡胶颗粒;废旧橡胶粉为20-40目废旧橡胶粉;短切碳纤维为5-10mm短切碳纤维;活性硫酸钙晶须为经硅烷偶联剂表面改性过的平均直径1-8μm,平均长度50-200μm的活性硫酸钙晶须;硅微粉为表面经硅烷偶联剂改性过的400目准球形硅微粉。
所述的弹性环氧砂浆1的成型方法如下:先将A组分和B组分混合搅拌均匀,接着将C组分加入上述混合物中继续搅拌混合,最后将搅拌混合均匀的物料浇筑在抗冲击工程塑料管内固化成型。
所述的弹性环氧砂浆2的成型方法如下:先将A组分和B组分混合搅拌均匀,接着将D组分加入上述混合物中继续搅拌混合,最后将搅拌混合均匀的物料浇筑在桥墩与碳纤维复合板层之间、各个抗冲击工程塑料管外的空隙中固化成型。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1)吸能效果好,抗冲击能力强。本发明以蜂窝状聚碳酸酯改性聚醚醚酮管层和碳纤维复合板为支撑结构,以弹性环氧砂浆为填充料和粘接剂,将整个系统固结成一个整体,利用弹性环氧砂浆优异的变形吸能能力,蜂窝状聚碳酸酯改性聚醚醚酮管层优异的结构强度和应力扩展能力以及碳纤维复合板优良的抗裂性能,赋予整个系统优良的结构强度和吸能能力,其抗冲击能力强。
2)耐磨耐腐蚀性好,使用寿命长。本发明中弹性环氧砂浆、聚碳酸酯改性聚醚醚酮管、碳纤维复合板和聚脲类防腐涂层等构成本防护系统的上述所有材料均具有优异的耐腐蚀性能且表面防护涂层(聚脲类防腐涂层)也具有优越的耐磨特性,故整个系统耐磨耐腐蚀性好,使用寿命长。
3)自重轻,对桥墩和碰撞船只影响小。本发明由轻质弹性环氧砂浆、工程塑料管材、碳纤维复合板材和有机防腐涂层等材料组成,整个系统自重轻,对桥墩负荷影响小,对与之发生碰撞的船只损伤破坏小。
4)固废物再利用,环保效益好。本发明大量采用废旧橡胶和粉煤灰等固废物,利用其性能优势使固废物变废为宝,实现再生利用,具有显著的环保效益,为固废物再生利用提供了一条新的途径。
附图说明
图1.基于固废物再利用的水下桥墩防护系统结构示意图;其中,1-桥墩,2-蜂窝状抗冲击工程塑料管层,3-碳纤维复合板层;4-弹性环氧砂浆1;5-弹性环氧砂浆2。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容并不局限于下面的实施例。
实施例1:
基于固废物再利用的水下桥墩防护系统,它从内到外由桥墩、蜂窝状抗冲击工程塑料管层、碳纤维复合板层和弹性耐磨防腐涂层组成。蜂窝状抗冲击工程塑料管层由竖向抗冲击工程塑料管通过高强不锈钢丝捆绑而成,抗冲击工程塑料管内由弹性环氧砂浆1填充;碳纤维复合板为环氧树脂基连续碳纤维复合板;抗冲击工程塑料管之间间隙和蜂窝状抗冲击工程塑料管层与碳纤维复合板、桥墩之间间隙均由弹性环氧砂浆2填充;弹性耐磨防腐涂层为聚脲类防腐涂层,它涂覆于整个防护系统外表面。
所述的蜂窝状抗冲击工程塑料管层由2层抗冲击工程塑料管排列叠加而成。抗冲击工程塑料管为聚碳酸酯改性聚醚醚酮管,管外径80mm,壁厚15mm。
所述的碳纤维复合板层由多层预浸料以90°铺层的方式成型,板厚度为0.5mm。碳纤维复合板通过机械螺栓连接成圆筒形。
所述弹性环氧砂浆1由A、B、C三组分组成,质量比A:B:C=1:0.4:2。
所述的弹性环氧砂浆2,它由A、B、D三组分组成,质量比A:B:D=1:0.4:3,
各组分质量份数配方组成如下:
A组分配方:
纳米橡胶改性环氧树脂 100份
纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂 40份
液态双酚F型环氧树脂 20份
弹性改性剂 30份
双环氧基活性稀释剂 5份
B组分配方:
聚酰胺固化剂 100份
聚醚胺固化剂 40份
芳香胺固化剂 15份
固化促进剂 4份
偶联剂 2份
消泡剂 0.5份
分散剂 0.5份
C组分配方:
废旧橡胶颗粒 100份
废旧橡胶粉 30份
粉煤灰 60份
短切碳纤维 3份
活性硫酸钙晶须 5份
D组分配方:
硅微粉 100份
废旧橡胶粉 20份
粉煤灰 40份
短切碳纤维 3份
活性硫酸钙晶须 5份
所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-0801系列产品;
实施例2:
基于固废物再利用的水下桥墩防护系统,它从内到外由桥墩、蜂窝状抗冲击工程塑料管层、碳纤维复合板层和弹性耐磨防腐涂层组成。蜂窝状抗冲击工程塑料管层由竖向抗冲击工程塑料管通过高强不锈钢带捆绑而成,抗冲击工程塑料管内由弹性环氧砂浆1填充;碳纤维复合板为环氧树脂基连续碳纤维复合板;抗冲击工程塑料管之间间隙和蜂窝状抗冲击工程塑料管层与碳纤维复合板、桥墩之间间隙均由弹性环氧砂浆2填充;弹性耐磨防腐涂层为聚脲类防腐涂层,它涂覆于整个防护系统外表面。
所述的蜂窝状抗冲击工程塑料管层由3层抗冲击工程塑料管排列叠加而成。抗冲击工程塑料管为聚碳酸酯改性聚醚醚酮管,管外径120mm,壁厚20mm。
所述的碳纤维复合板层由多层预浸料以90°铺层的方式成型,板厚度为1.5mm。碳纤维复合板通过机械螺栓连接成圆筒形。
所述弹性环氧砂浆1由A、B、C三组分组成,质量比A:B:C=1:0.6:3。
所述的弹性环氧砂浆2,它由A、B、D三组分组成,质量比A:B:D=1:0.6:3。
各组分质量份数配方组成如下:
A组分配方:
纳米橡胶改性环氧树脂 100份
纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂 60份
液态双酚F型环氧树脂 40份
弹性改性剂 60份
双环氧基活性稀释剂 10份
B组分配方:
聚酰胺固化剂 100份
聚醚胺固化剂 60份
芳香胺固化剂 25份
固化促进剂 8份
偶联剂 2份
消泡剂 0.5份
分散剂 0.5份
C组分配方:
废旧橡胶颗粒 100份
废旧橡胶粉 50份
粉煤灰 80份
短切碳纤维 5份
活性硫酸钙晶须 10份
D组分配方:
硅微粉 100份
废旧橡胶粉 30份
粉煤灰 50份
短切碳纤维 5份
活性硫酸钙晶须 10份
所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-0802系列产品。
实施例3:
基于固废物再利用的水下桥墩防护系统,它从内到外由桥墩、蜂窝状抗冲击工程塑料管层、碳纤维复合板层和弹性耐磨防腐涂层组成。蜂窝状抗冲击工程塑料管层由竖向抗冲击工程塑料管通过高强不锈钢丝捆绑而成,抗冲击工程塑料管内由弹性环氧砂浆1填充;碳纤维复合板为环氧树脂基连续碳纤维复合板;抗冲击工程塑料管之间间隙和蜂窝状抗冲击工程塑料管层与碳纤维复合板、桥墩之间间隙均由弹性环氧砂浆2填充;弹性耐磨防腐涂层为聚脲类防腐涂层,它涂覆于整个防护系统外表面。
所述的蜂窝状抗冲击工程塑料管层由2层以上抗冲击工程塑料管排列叠加而成。抗冲击工程塑料管为聚碳酸酯改性聚醚醚酮管,管外径100mm,壁厚18mm。
所述的碳纤维复合板层由多层预浸料以90°铺层的方式成型,板厚度为1.0mm。碳纤维复合板通过机械螺栓连接成圆筒形。
所述弹性环氧砂浆1由A、B、C三组分组成,质量比A:B:C=1:0.5:2.5。
所述的弹性环氧砂浆2,它由A、B、D三组分组成,质量比A:B:D=1:0.5:2.7。
各组分质量份数配方组成如下:
A组分配方:
纳米橡胶改性环氧树脂 100份
纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂 50份
液态双酚F型环氧树脂 30份
弹性改性剂 450份
双环氧基活性稀释剂 7份
B组分配方:
C组分配方:
废旧橡胶颗粒 100份
废旧橡胶粉 40份
粉煤灰 70份
短切碳纤维 4份
活性硫酸钙晶须 8份
D组分配方:
硅微粉 100份
废旧橡胶粉 26份
粉煤灰 47份
短切碳纤维 4.2份
活性硫酸钙晶须 8份
所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-0803系列产品。
实施例4:
基于固废物再利用的水下桥墩防护系统,它从内到外由桥墩、蜂窝状抗冲击工程塑料管层、碳纤维复合板层和弹性耐磨防腐涂层组成。蜂窝状抗冲击工程塑料管层由竖向抗冲击工程塑料管通过高强不锈钢丝或高强不锈钢带捆绑而成,抗冲击工程塑料管内由弹性环氧砂浆1填充;碳纤维复合板为环氧树脂基连续碳纤维复合板;抗冲击工程塑料管之间间隙和蜂窝状抗冲击工程塑料管层与碳纤维复合板、桥墩之间间隙均由弹性环氧砂浆2填充;弹性耐磨防腐涂层为聚脲类防腐涂层,它涂覆于整个防护系统外表面。
所述的蜂窝状抗冲击工程塑料管层由5层抗冲击工程塑料管排列叠加而成。抗冲击工程塑料管为聚碳酸酯改性聚醚醚酮管,管外径80mm,壁厚15mm。
所述的碳纤维复合板层由多层预浸料以90°铺层的方式成型,板厚度为1.5mm。碳纤维复合板通过机械螺栓连接成圆筒形。
所述弹性环氧砂浆1由A、B、C三组分组成,质量比A:B:C=1:0.53:2.6。
所述的弹性环氧砂浆2,它由A、B、D三组分组成,质量比A:B:D=1:0.56:2.6,
各组分质量份数配方组成如下:
A组分配方:
纳米橡胶改性环氧树脂 100份
纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂 480份
液态双酚F型环氧树脂 35份
弹性改性剂 42份
双环氧基活性稀释剂 8.5份
B组分配方:
C组分配方:
废旧橡胶颗粒 100份
废旧橡胶粉 44份
粉煤灰 75份
短切碳纤维 4.8份
活性硫酸钙晶须 8.9份
D组分配方:
硅微粉 100份
废旧橡胶粉 27份
粉煤灰 46份
短切碳纤维 4.5份
活性硫酸钙晶须 7.3份
所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-080N系列产品。
上述实施例1-4中,所述纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化硅颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到,其中纳米二氧化硅颗粒粒径为20-40nm,环氧树脂为液态双酚F型环氧树脂,纳米二氧化硅质量分数为2-4%;液态双酚F型环氧树脂为NPEF-170环氧树脂;弹性改性剂是以聚氨酯为主链且端基或侧链带活性基团的聚合物;双环氧基活性稀释剂为环己二醇二缩水甘油醚。
所述聚酰胺固化剂为聚酰胺651;聚醚胺固化剂为聚醚胺D230;芳香胺固化剂为间苯二甲胺;固化促进剂为DMP-30;偶联剂为KH550;消泡剂为BYK-066N;分散剂为BYK-163。
所述废旧橡胶颗粒为3-5mm废旧橡胶颗粒;废旧橡胶粉为20-40目废旧橡胶粉;短切碳纤维为5-10mm短切碳纤维;活性硫酸钙晶须为经硅烷偶联剂表面改性过的平均直径1-8μm,平均长度50-200μm的活性硫酸钙晶须;硅微粉为表面经硅烷偶联剂改性过的400目准球形硅微粉。
所述的弹性环氧砂浆1的成型方法如下:先将A组分和B组分混合搅拌均匀,接着将C组分加入上述混合物中继续搅拌混合,最后将搅拌混合均匀的物料浇筑在抗冲击工程塑料管内固化成型。
所述的弹性环氧砂浆2的成型方法如下:先将A组分和B组分混合搅拌均匀,接着将D组分加入上述混合物中继续搅拌混合,最后将搅拌混合均匀的物料浇筑在桥墩与碳纤维复合板层之间、各个抗冲击工程塑料管外的空隙中固化成型。
Claims (10)
1.一种基于固废物再利用的水下桥墩防护系统,其特征在于,所述防护系统从内到外依次由桥墩、蜂窝状抗冲击工程塑料管层、碳纤维复合板层和弹性耐磨防腐涂层组成;所述的蜂窝状抗冲击工程塑料管层由多个抗冲击工程塑料管通过不锈钢丝或不锈钢带捆绑后围绕桥墩竖向布置;所述碳纤维复合板层由环氧树脂基连续碳纤维复合板围成;弹性耐磨防腐涂层为聚脲类防腐涂层,涂覆于整个防护系统外表面;抗冲击工程塑料管内填充弹性环氧砂浆1;桥墩与碳纤维复合板层之间、各个抗冲击工程塑料管外的空隙由弹性环氧砂浆2填充。
2.根据权利要求1所述的防护系统,其特征在于,所述抗冲击工程塑料管为聚碳酸酯改性聚醚醚酮管,管外径为80-120mm,壁厚15-20mm。
3.根据权利要求1所述的防护系统,其特征在于,所述的碳纤维复合板层由多层预浸料以90°铺层的方式成型,板厚度为0.5-1.5mm,碳纤维复合板通过机械螺栓连接成圆筒形。
4.根据权利要求1所述的防护系统,其特征在于,所述弹性环氧砂浆1由A、B、C三组分组成,质量比为A:B:C=1:0.4-0.6:2-3;所述的弹性环氧砂浆2由A、B、D三组分组成,质量比为A:B:D=1:0.4-0.6:2-3。
5.根据权利要求4所述的防护系统,其特征在于,所述A组分按质量份配方为:
纳米橡胶改性环氧树脂100份
纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂40-60份
液态双酚F型环氧树脂20-40份
弹性改性剂30-60份
双环氧基活性稀释剂5-10份
B组分按质量份配方:
聚酰胺固化剂100份
聚醚胺固化剂40-60份
芳香胺固化剂15-25份
固化促进剂4-8份
偶联剂2份
消泡剂0.5份
分散剂0.5份
C组分按质量份配方:
废旧橡胶颗粒100份
废旧橡胶粉30-50份
粉煤灰60-80份
短切碳纤维3-5份
活性硫酸钙晶须5-10份
D组分按质量份配方:
硅微粉100份
废旧橡胶粉20-30份
粉煤灰40-50份
短切碳纤维3-5份
活性硫酸钙晶须5-10份。
6.根据权利要求5所述的防护系统,其特征在于,所述纳米橡胶改性环氧树脂为HH-080N系列产品;纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化硅颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到,其中纳米二氧化硅颗粒粒径为20-40nm,环氧树脂为液态双酚F型环氧树脂,纳米二氧化硅质量分数为2-4%;液态双酚F型环氧树脂为NPEF-170环氧树脂;弹性改性剂是以聚氨酯为主链且端基或侧链带活性基团的聚合物;双环氧基活性稀释剂为环己二醇二缩水甘油醚。
7.根据权利要求5所述的防护系统,其特征在于,所述聚酰胺固化剂为聚酰胺651;聚醚胺固化剂为聚醚胺D230;芳香胺固化剂为间苯二甲胺;固化促进剂为DMP-30;偶联剂为KH550;消泡剂为BYK-066N;分散剂为BYK-163。
8.根据权利要求5所述的防护系统,其特征在于,所述废旧橡胶颗粒为3-5mm废旧橡胶颗粒;废旧橡胶粉为20-40目废旧橡胶粉;短切碳纤维为5-10mm短切碳纤维;活性硫酸钙晶须为经硅烷偶联剂表面改性过的平均直径1-8μm,平均长度50-200μm的活性硫酸钙晶须;硅微粉为表面经硅烷偶联剂改性过的400目准球形硅微粉。
9.根据权利要求5所述的防护系统,其特征在于,所述的弹性环氧砂浆1的成型方法如下:先将A组分和B组分混合搅拌均匀,接着将C组分加入上述混合物中继续搅拌混合,最后将搅拌混合均匀的物料浇筑在抗冲击工程塑料管内固化成型。
10.根据权利要求5所述的防护系统,其特征在于,所述的弹性环氧砂浆2的成型方法如下:先将A组分和B组分混合搅拌均匀,接着将D组分加入上述混合物中继续搅拌混合,最后将搅拌混合均匀的物料浇筑在桥墩与碳纤维复合板层之间、各个抗冲击工程塑料管外的空隙中固化成型。
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