CN113896473A - 一种隧道用碳纤维增强盖板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道用碳纤维增强盖板。该盖板是由碳纤维筋材搭接的骨架结构经基体材料浇筑而成；所述的基体材料由混合树脂体系、多元固化剂复配体系、填料体系三部分组成。本发明制备的盖板具有强度高、韧性好、耐腐蚀性能优以及自重小等优势，生产工艺采用场内预制，施工现场安装，可适用于公路、铁路、市政道路等的隧道中的盖板工程，以及其他对性能与自重要求较高的应用领域中，可以有效解决现有盖板搬运中已破损，损坏后严重影响耐久性等问题。
Description
技术领域
本发明属于隧道用盖板材料技术领域，具体涉及一种隧道用碳纤维增强盖板。
背景技术
我国隧道在运营过程中普遍存在排水沟阻塞、淤积、损坏等现象，排水不畅，长期的地下水冲刷、侵蚀都导致隧道基底结构的状态恶化，出现基底下沉及翻浆冒泥等病害，给隧道的运营及隧道的养护维修带来了较多困难。经过长期的观察以及对现有隧道的监测发现，现在的盖板多数经过一两年表皮就会脱落，受腐蚀，对于盖板的性能以及外观造成很大的影响。尤其是北方地区，经过一两年点的冬春冻融后，表皮脱落破损后，对行车也有隐患，并且降低了整个盖板的使用寿命，所以有的隧道会经常修补以及更换，这样便会很麻烦，并且造成了人力、物力、财力的浪费。
现有盖板主要有无机材料和有机材料盖板两大类。无机类主要包括普通混凝土、活性粉末混凝土和无机复合混凝土，有机类主要包括橡胶和玻璃钢盖板。普通混凝土类盖板生产工艺简单，造价低，但强度低，自重大，施工检修时易造成破坏，耐久性差。活性粉末混凝土强度较普通混凝土高，体系密实度高，耐腐蚀性能优于普通混凝土，但生产工艺复杂，原材料与养护成本造价高。橡胶盖板相较于无机类材料具有弹性，但阻燃性能，耐腐蚀性，承载能力均很低，不适用于隧道等封闭环境中。玻璃钢盖板由玻璃纤维增强，但耐久性较差。
对现有盖板用材料进行对比分析，提出一种新的隧道盖板材料，以环氧树脂聚合物体系与水泥砂浆有机结合，提高体系的力学性能、密实度与耐久型，并在结构设计中引入碳纤维筋材，实现结构的轻量化设计。
发明内容
针对上述盖板中现有材料的优势与劣势，本发明提供一种新型的高性能轻量化的隧道用碳纤维增强盖板，该盖板具有强度高、韧性好、耐腐蚀性能优以及自重小等优势，生产工艺采用场内预制，施工现场安装，可适用于公路、铁路、市政道路等的隧道中的盖板工程，以及其他对性能与自重要求较高的应用领域中，可以有效解决现有盖板搬运中已破损，损坏后严重影响耐久性等问题。
本发明所述的隧道用碳纤维增强盖板是由碳纤维筋材搭接的骨架结构经基体材料浇筑而成；所述的基体材料由A、B、C三组分组成；
所述的A组分为混合树脂体系，其按质量份组成为：改性环氧树脂95-100份；淀粉类吸水性树脂为1-5份；稀释剂10-15份，偶联剂6-8份，增韧剂10-15份；
所述的B组分为多元固化剂复配体系，其按质量份组成为：改性酚醛胺60-65份；聚醚胺1-5份；聚酰胺1-5份；稀释剂10-15份；
所述的C组分为填料体系，其按质量份组成为：水泥90-100份，钢渣粉20-30份，细集料350-400份。
所述增韧剂为超细全硫化粉末橡胶。
所述偶联剂为钛酸酯系偶联剂，优选单烷氧基钛酸酯系。
所述改性酚醛胺为腰果酚改性酚醛胺。
所述改性酚醛胺中的胺为多乙烯多胺与异弗尔酮二胺。
所述细集料中包含机制砂和铸造废砂，所述机制砂和铸造废砂在细集料中的质量含量为30-40％。
所述的铸造废砂使用前进行表面处理：首先对铸造废砂进行破碎，筛选出0.6-2.36mm粒径的铸造废砂进行400-450℃高温处理0.5-3h，冷却后与偶联剂的乙醇溶液以100:1-10的质量比进行混合分散。
所述碳纤维筋材的直径为6-10mm，碳纤维筋材的直径与盖板板厚的比例为1:5-6。
所述的隧道用碳纤维增强盖板的制备方法为：(1)将搭接完成的碳纤维筋材骨架装入模具中；(2)预先将A组分中的增韧剂与改性环氧树脂在80-90℃下共混0.5-1h，然后与A组分中的其它配料混合均匀；(3)分别将B组分和C组分的各自配料混合均匀；(4)先将A、B组分混合均匀后，再与C组分混合，然后装入模具，振捣抹平，室温下1d后拆模，养护6d后即可进行安装。
本发明具有的有益效果：
(1)高性能：本发明所述的盖板材料兼具聚合物体系与普通水泥砂浆的技术优势，引入环氧树脂等聚合物体系，相较于普通的水泥砂浆或混凝土，实现强度高、韧性强、密实度高、耐腐蚀性强等特性。
(2)轻量化：本发明所述的盖板材料其骨架材料为碳纤维筋材，相较于普通钢筋加筋，碳纤维筋材的自重是同直径钢筋的1/4，且耐腐蚀性远优于普通钢筋，实现盖板板材的轻量化。
(3)后期自愈合：在盖板的材料体系设计中引入了部分淀粉类吸水性树脂，在后期应用中，盖板发生破损后，吸水性树脂吸收表面水分后，盖板材料体系中的水分利用其进行水化，完成破损、裂缝等的修复，实现自愈合的功能。
(4)生态性：该技术可大量消耗铸造业产生的铸造废砂，且在废砂的处理中不产生新的污染物，是一种生态性的再利用方式。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容进行详细说明，将有助于本领域的技术人员了解本发明，但不以任何形式限制。
实施例1
基体材料：
A组分：双酚A环氧树脂95g；淀粉类吸水性树脂5g；稀释剂(501)15g；偶联剂(KH-560)8g，增韧剂(超细全硫化粉末橡胶)10g；
B组分：腰果酚改性酚醛胺(其中胺为摩尔比为1:1的多乙烯多胺与异弗尔酮二胺)60g；聚醚胺(D230)5g；聚酰胺5g；稀释剂(692)10g；
C组分：水泥(P·O42.5)100g；钢渣粉25g；河砂240g；机制砂120g；铸造废砂40g；河砂与机制砂粒径均小于4.75mm。其中铸造废砂使用前进行表面处理：首先对铸造废砂进行破碎，筛选出0.6-2.36mm粒径的铸造废砂进行450℃高温处理1h，冷却后与偶联剂溶液以100:1的质量比进行混合分散。偶联剂溶液中偶联剂与乙醇溶剂的体积比为1:10。
制备隧道用碳纤维增强盖板：(1)用直径为8mm的碳纤维筋材搭接骨架结构，然后装入模具中，盖板板厚40mm；(2)预先将A组分中的增韧剂与双酚A环氧树脂在85℃下共混0.5h，然后与A组分中的其它配料混合均匀；(3)分别将B组分和C组分的各自配料混合均匀；(4)先将A、B组分混合均匀后，再与C组分混合，然后装入模具，振捣抹平，室温下1d后拆模，养护6d后即可进行安装。
将上述制得的隧道用碳纤维增强盖板进行力学性能与耐盐冻性能的测试，测试结果如下表所示。
表1
Claims (9)
1.一种隧道用碳纤维增强盖板，其特征在于，所述的盖板是由碳纤维筋材搭接的骨架结构经基体材料浇筑而成；所述的基体材料由A、B、C三组分组成；
所述的A组分为混合树脂体系，其按质量份组成为：改性环氧树脂95-100份；淀粉类吸水性树脂为1-5份；稀释剂10-15份，偶联剂6-8份，增韧剂10-15份；
所述的B组分为多元固化剂复配体系，其按质量份组成为：改性酚醛胺60-65份；聚醚胺1-5份；聚酰胺1-5份；稀释剂10-15份；
所述的C组分为填料体系，其按质量份组成为：水泥90-100份，钢渣粉20-30份，细集料350-400份。
2.根据权利要求1所述的隧道用碳纤维增强盖板，其特征在于，所述增韧剂为超细全硫化粉末橡胶。
3.根据权利要求1所述的隧道用碳纤维增强盖板，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯系偶联剂，优选单烷氧基钛酸酯系。
4.根据权利要求1所述的隧道用碳纤维增强盖板，其特征在于，所述改性酚醛胺为腰果酚改性酚醛胺。
5.根据权利要求1所述的隧道用碳纤维增强盖板，其特征在于，所述改性酚醛胺中的胺为多乙烯多胺与异弗尔酮二胺。
6.根据权利要求1所述的隧道用碳纤维增强盖板，其特征在于，所述细集料中包含机制砂和铸造废砂，所述机制砂和铸造废砂在细集料中的质量含量为30-40％。
7.根据权利要求6所述的隧道用碳纤维增强盖板，其特征在于，所述的铸造废砂使用前进行表面处理：首先对铸造废砂进行破碎，筛选出0.6-2.36mm粒径的铸造废砂进行400-450℃高温处理0.5-3h，冷却后与偶联剂的乙醇溶液以100:1-10的质量比进行混合分散。
8.根据权利要求1所述的隧道用碳纤维增强盖板，其特征在于，所述碳纤维筋材的直径为6-10mm，碳纤维筋材的直径与盖板板厚的比例为1:5-6。
9.根据权利要求1-8任一项所述的隧道用碳纤维增强盖板的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：(1)将搭接完成的碳纤维筋材骨架装入模具中；(2)预先将A组分中的增韧剂与改性环氧树脂在80-90℃下共混0.5-1h，然后与A组分中的其它配料混合均匀；(3)分别将B组分和C组分的各自配料混合均匀；(4)先将A、B组分混合均匀后，再与C组分混合，然后装入模具，振捣抹平，室温下1d后拆模，养护6d后即可进行安装。
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| CN115534431A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-30 | 天津工业大学 | 一种连续织物增强砂浆复合材料及其制备方法 |
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| JPH11324214A (ja) * | 1998-05-18 | 1999-11-26 | Tonen Corp | 補強コンクリート材 |
| CN2711249Y (zh) * | 2004-06-25 | 2005-07-20 | 周影 | 配纤维增强聚合物束筋的复合结构井盖 |
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| CN108609915A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-10-02 | 山西省交通科学研究院 | 一种复合混凝土材料及其制备方法 |
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2021
- 2021-08-24 CN CN202110977780.5A patent/CN113896473B/zh active Active
Patent Citations (4)
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| CN115534431A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-30 | 天津工业大学 | 一种连续织物增强砂浆复合材料及其制备方法 |
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