CN114149200B - 结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土、制备方法和应用 - Google Patents

结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土、制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土、制备方法和应用。该结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土，包括A组分、B组分和C组分原料；所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；所述的B组分为以苯酐为基础的聚酯多元醇；所述的C组分为级配碎石。所述的C组分包括除满足国家沥青混凝土道面设计标准规定的各项技术要求外，还必须水洗后烘干的级配碎石。本发明具有施工工艺简便、施工工期短、工程造价低的特点。

Description

结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土、制备方法和应用
技术领域
本申请涉及一种混凝土，特别是涉及一种结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土、制备方法和应用。
背景技术
随着重型交通量的增加和车辆荷载等级的提高，在残酷的自然条件下使用的混凝土公路、混凝土桥梁、机场混凝土道面普遍存在混凝土裂缝、边角破损、露石、起砂等病害，存在极其严重的交通安全隐患。
目前，常规的混凝土道面加固方法有置换、改性沥青混凝土罩面等。置换破损混凝土需要封闭交通，且时间较长，采用改性沥青混凝土罩面，跑道起降带、滑行道停机等待区周边多存在车辙、沥青混凝土拥苞、龟裂等一系列技术问题。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。提供了一种适应于道面结构的局部断面修复和超薄层罩面的超早强型超强高韧性的结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土，包括A组分、B组分和C组分原料；
所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；
所述的B组分为聚酯多元醇；
所述的C组分为级配碎石；
所述聚酯多元醇为以苯酐为基础的聚酯多元醇，所述聚酯多元醇的制备方法包括以下步骤：
(1)将1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷按一定的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；
(2)再将邻笨二甲酸酐、十二烷二酸按一定的摩尔比投入至反应釜中；
(3)搅拌将反应体系升温至220～250℃，反应体系呈澄清透明状液体后恒温至出水；
(4)再搅拌升温，控制出水量，控制釜顶出水温度不超过馏温100℃；待釜温达到225～255℃后，恒温，抽真空抽至-0.8～-0.9MPa，抽真空时检测反应釜中物料的羟值，当羟值为200～800mgkoh/g时，停止抽真空；
(5)将体系降温至50-60℃，加入改性剂后搅拌均匀，得到以苯酐为基础的聚酯多元醇。
所述A组分、B组分和C组分的质量比为2-6:2-6:88-96。
所述A组分、B组分和C组分的质量比为4:6:90。
所述改性剂包括胺类或有机金属类催化剂、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂；
所述胺类或有机金属类催化剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.03-0.05％；
所述磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.2-0.7％；
所述有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.2-0.5％。
其中，有机金属类催化剂优选为二月桂酸二丁基锡催化剂。
通过添加催化剂加快聚酯混凝土凝固时间，可用于需要快速修复的场地；添加助燃剂提高聚酯混凝土的耐火性；添加消泡剂提高了聚酯混凝土的密实度。
所述1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.110：11.653：0.745：6.077：0.434；
或，所述1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.664：13.318：0.745：6.077：0.434；
或，所述1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.664：14.816：0.745：5.064：0.434；
或，所述1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.664：15.815：0.745：4.726：0.434。
当抽真空时，给反应釜的釜底通入氮气，控制输送氮气的输入管压力为0.15-0.25MPa，直至检测反应釜中物料的羟值为200～800mgkoh/g时，停止通入氮气。
所述聚酯多元醇酸值为小于1.50mgkoh/g，平均分子量为140～560。
所述级配碎石的最大粒径不大于摊铺厚度的1/5～1/3，所述级配碎石的级配曲线和骨料的物理化学指标满足国家沥青混凝土。
本发明还提供一种结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)按量称取A组分、B组分和C组分；
(2)将A组份加入到B组分中，采用转速不小于1440r/m的钻机预搅拌3～5分钟，形成有机胶结剂材料；
(3)将C组份水洗后烘干，然后加入到步骤2)制得的有机胶结剂材料中，采用强制式混凝土搅拌机再次搅拌5～10分钟，充分混合，得到结构快速修复用超强高韧性混凝土；
(4)现场浇注结构快速修复用超强高韧性混凝土，振捣或碾压密实，自然养生0.5-1.0小时。
本发明又提供一种结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土在高速公路沥青混凝土道面修补、桥面结构连续体系、军民用机场混凝土道面的局部维修和超薄层罩面中的应用。
本发明克服了常规维修加固材料中存在的裂缝、空鼓、脱落、车辙、坑槽、拥苞等关键性技术难题，以异氰酸酯、聚酯多元醇、各种改性剂为胶结剂，以级配碎石等细骨料为增强填充剂，在常温常压下制作的结构快速修复用超强高韧性复合材料，不仅仅具有高强、与原结构界面之间的附着力强、富于韧性、防腐、防水、抗渗、抗冻、抗冲击、耐老化的特性，还具有施工工艺简便、施工工期短、工程造价低的特点。尤其适应于混凝土道面的超薄层罩面和不停航条件下的快速维修加固。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本申请做进一步的说明：
实施例1
按照以下重量百分含量准备原料：
所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；
所述的B组分为聚酯多元醇；
所述的C组分为连续级配碎石；其最大粒径不大于摊铺厚度的1/5～1/3，级配曲线和骨料的物理化学指标除满足国家沥青混凝土外、还必须水洗、烘干。
所述A组分、B组分和C组分的质量比为4:6:90。
聚酯多元醇的制备方法：
按照1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.110：11.653：0.745：6.077：0.434准备原料；
(1)将1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷按上述的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；
(2)再将邻笨二甲酸酐、十二烷二酸按上述的摩尔比投入至反应釜中；
(3)搅拌将反应体系升温至245℃，升温速度为20～25度/小时，反应体系呈澄清透明状液体后恒温至出水，此时反应釜的顶温由30℃升至65℃；
(4)再搅拌升温，控制出水量，釜顶出水温度控制在85℃～98℃；待釜温达到245℃后，恒温状态下抽真空达到-0.9MPa，每隔1.5小时取样检测反应釜中物料的羟值，当测得聚酯多元醇的羟值为251mgkoh/g，停止抽真空；最终测得聚酯多元醇的羟值为251mgkoh/g、酸值为1.050mgkoh/g，平均分子量为445.1。
(5)将反应体系的釜顶出水温度由98℃降至55℃，加入有机金属类催化剂、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂后搅拌均匀，得到以苯酐为基础的聚酯多元醇；有机金属类催化剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.04％；磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.5％；有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.3％。
其中，催化剂选用南通濠泰化工产品有限公司提供的型号为CAT－TK65的有机锡催化剂；有机硅消泡剂选用上海子成国际贸易有限公司提供的型号为GS-5411的消泡剂；磷酸酯类阻燃剂选用青岛联美化工有限公司提供的型号为RF－107的阻燃剂。
其中级配碎石采用辽宁省朝阳市边杖子石料场提供的水洗烘干机制砂。当摊铺混凝土的厚度为4-5cm时，级配碎石的粒径选用10-13mm。
结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法：
(1)按量称取A组分、B组分和C组分；
(2)将A组份加入到B组分中，采用转速为1440转/分钟的钻机预搅拌4分钟，形成有机胶结剂材料；
(3)将C组份加入到步骤2)制得的有机胶结剂材料中，采用强制式混凝土搅拌机再次搅拌8分钟，充分混合，得到混凝土浆；
(4)现场浇注混凝土浆，摊铺4厘米在机场待修复的跑道上，碾压密实，自然养生1小时后开放交通。
实施例2
按照以下重量百分含量准备原料：
所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；
所述的B组分为聚酯多元醇；
所述的C组分为连续级配碎石；其最大粒径不大于摊铺厚度的1/3，级配曲线和骨料的物理化学指标除满足国家沥青混凝土外、还必须水洗、烘干。
所述A组分、B组分和C组分的质量比为2:2:88。
聚酯多元醇的制备方法：
按照1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.664：13.318：0.745：6.077：0.434准备原料；
(1)将1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷按上述的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；
(2)再将邻笨二甲酸酐、十二烷二酸按上述的摩尔比投入至反应釜中；
(3)搅拌将反应体系升温至220℃，升温速度为20～25度/小时，反应体系呈澄清透明状液体后恒温至出水；
(4)再搅拌升温，控制出水量，釜顶出水温度控制在85℃～98℃；待釜温达到225℃后，恒温状态下抽真空至-0.8MPa；每隔1小时取样检测反应釜中物料的羟值，当测得聚酯多元醇的羟值为367mgkoh/g，停止抽真空；最终测得聚酯多元醇酸值为0.940mgkoh/g，平均分子量为304.6。
(5)将反应体系的釜顶出水温度由98℃降至50℃，加入催化剂、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂后搅拌均匀，得到以苯酐为基础的聚酯多元醇；其中，催化剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.03％；磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.2％；有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.5％。
催化剂选用南通濠泰化工产品有限公司提供的型号为CAT－TK65的二月桂酸二丁基锡催化剂；有机硅消泡剂选用上海子成国际贸易有限公司提供的型号为GS-5411的消泡剂；磷酸酯类阻燃剂选用青岛联美化工有限公司提供的型号为RF－107的阻燃剂。
其中级配碎石采用辽宁省朝阳市边杖子石料场提供的水洗烘干机制砂。
结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法：
(1)按量称取A组分、B组分和C组分；
(2)将A组份加入到B组分中，采用转速为1440转/分钟的钻机预搅拌5分钟，形成有机胶结剂材料；
(3)将C组份加入到步骤2)制得的有机胶结剂材料中，采用强制式混凝土搅拌机再次搅拌5分钟，充分混合，得到混凝土浆；
(4)现场浇注混凝土浆到高速公路沥青混凝土待修补的道面上，自然养生0.5小时。
实施例3
按照以下重量百分含量准备原料：
所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；
所述的B组分为聚酯多元醇；
所述的C组分为连续级配碎石；其最大粒径不大于摊铺厚度的1/5，级配曲线和骨料的物理化学指标除满足国家沥青混凝土外、还必须水洗、烘干。
所述A组分、B组分和C组分的质量比为6:5:96。
聚酯多元醇的制备方法：
按照1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.664：14.816：0.745：5.064：0.434准备原料；
(1)将1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷按上述的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；
(2)再将邻笨二甲酸酐、十二烷二酸按上述的摩尔比投入至反应釜中；
(3)搅拌将反应体系升温至250℃，升温速度为20～25度/小时，体系呈澄清透明状液体后恒温至出水；
(4)再搅拌升温，控制出水量，釜顶出水温度控制在85℃～98℃；待釜温达到255℃后，恒温状态下抽真空达到-0.8MPa，给反应釜的釜底通入氮气，控制输送氮气的输入管压力为0.2MPa，每隔2小时取样检测反应釜中物料的羟值，当测得聚酯多元醇的羟值为561mgkoh/g，停止抽真空；最终测得聚酯多元醇酸值为0.860mgkoh/g，平均分子量为199.6。
(5)将反应体系的釜顶出水温度由98℃降至60℃，加入催化剂、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂后搅拌均匀，得到以苯酐为基础的聚酯多元醇；其中，催化剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.05％；磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.7％；有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.2％。催化剂选用南通濠泰化工产品有限公司提供的型号为CAT－TK65的二月桂酸二丁基锡催化剂；有机硅消泡剂选用上海子成国际贸易有限公司提供的型号为GS-5411的消泡剂；磷酸酯类阻燃剂选用青岛联美化工有限公司提供的型号为RF－107的阻燃剂。
其中级配碎石采用辽宁省朝阳市边杖子石料场提供的水洗烘干机制砂。
结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法：
(1)按量称取A组分、B组分和C组分；
(2)将A组份加入到B组分中，采用转速为1440转/分钟的钻机预搅拌4分钟，形成有机胶结剂材料；
(3)将C组份加入到步骤2)制得的有机胶结剂材料中，采用强制式混凝土搅拌机再次搅拌9分钟，充分混合，得到混凝土浆；
(4)现场浇注混凝土浆到桥面待修复的结构上，自然养生0.5小时。
实施例4
按照以下重量百分含量准备原料：
所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；
所述的B组分为聚酯多元醇；
所述的C组分为连续级配碎石；其最大粒径不大于摊铺厚度的4/15，级配曲线和骨料的物理化学指标除满足国家沥青混凝土外、还必须水洗、烘干。
所述A组分、B组分和C组分的质量比为5:3:92。
聚酯多元醇的制备方法：
按照1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.664：15.815：0.745：4.726：0.434准备原料；
(1)将1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷按上述的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；
(2)再将邻笨二甲酸酐、十二烷二酸按上述的摩尔比投入至反应釜中；
(3)搅拌将反应体系升温至230℃，升温速度为20～25度/小时，体系呈澄清透明状液体后恒温至出水；
(4)再搅拌升温，控制出水量，控制釜顶出水温度不超过馏温100℃；待釜温达到235℃后，恒温状态下抽真空达到-0.8MPa，每隔1小时取样检测反应釜中物料的羟值，当测得聚酯多元醇的羟值为797mgkoh/g，停止抽真空；最终测得聚酯多元醇的酸值为0.540mgkoh/g，平均分子量为138.8。
(5)将反应体系的釜顶出水温度由98℃降至55℃，加入催化剂、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂后搅拌均匀，得到以苯酐为基础的聚酯多元醇；其中，催化剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.03％；磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.6％；有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.4％。其中，催化剂选用胺类催化剂；有机硅消泡剂选用上海子成国际贸易有限公司提供的型号为GS-5411的消泡剂；磷酸酯类阻燃剂选用青岛联美化工有限公司提供的型号为RF－107的阻燃剂。
其中级配碎石采用辽宁省朝阳市边杖子石料场提供的水洗烘干机制砂。
结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法：(1)按量称取A组分、B组分和C组分；
(2)将A组份加入到B组分中，采用转速为1440转/分钟的钻机预搅拌3分钟，形成有机胶结剂材料；
(3)将C组份加入到步骤2)制得的有机胶结剂材料中，采用强制式混凝土搅拌机再次搅拌10分钟，充分混合，得到混凝土浆；
(4)现场浇注混凝土浆到机场混凝土道面的局部断面上，自然养生1.5小时。
本发明的结构快速修复用聚酯混凝土的力学特性见表1
Figure BDA0003445957550000081
从表1本发明的测试数据可看出，本发明具有以下优点：
(1)机场混凝土道面的抗折强度约为5.5MPa，本发明的混凝土是机场混凝土道面的十倍以上，说明本发明具有高强性；
(2)机场道面混凝土的极限拉应变和极限压应变分别约为125με、1500με，本发明的混凝土分别是其的4倍以上和2倍多，说明本发明具有良好的韧性；
(3)本发明与混凝土之间的粘接强度为3.9MPa，远大于国家混凝土结构加固设计规范规定的不小于2.5MPa的技术要求，而且保证新旧材料界面之间不发生破坏。表明专利产品与混凝土之间具有的良好的粘接特性。
(4)本发明的抗渗、抗冻和抗氯离子渗透的技术指标均达到国家钢筋及预应力混凝土桥梁设计规范规定的上限值，表明本发明具有良好的耐久性。
利用本发明的高强弹性混凝土进行特大城市高速公路、军民用机场混凝土道面薄层罩面，不仅切实提高现役混凝土道面的承载能力，还可以有效提高在役机场道面的服务技术指数，延长原结构的使用寿命，具有良好的社会经济效益。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土，其特征在于，由A组分、B组分和C组分原料组成；
所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；
所述的B组分为聚酯多元醇；
所述的C组分为级配碎石；
所述聚酯多元醇为以苯酐为基础的聚酯多元醇，所述聚酯多元醇的制备方法包括以下步骤：
（1）将1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷按一定的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；
（2）再将邻苯二甲酸酐、十二烷二酸按一定的摩尔比投入至反应釜中；
（3）搅拌将反应体系升温至220~250℃，反应体系呈澄清透明状液体后恒温至出水；
（4）再搅拌升温，控制出水量，控制釜顶出水温度不超过馏温100℃；待釜温达到225～255℃后，恒温，抽真空抽至-0.8～-0.9MPa，抽真空时检测反应釜中物料的羟值，当羟值为200～800mgkoh/g时，停止抽真空；
（5）将体系降温至50-60℃，加入改性剂后搅拌均匀，得到以苯酐为基础的聚酯多元醇；
所述A组分、B组分和C组分的质量比为2-6:2-6:88-96；
所述改性剂包括胺类或有机金属类催化剂；
所述胺类或有机金属类催化剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.03-0.05%；
当抽真空时，给反应釜的釜底通入氮气，控制输送氮气的输入管压力为0.15-0.25MPa，直至检测反应釜中物料的羟值为200～800mgkoh/g时，停止通入氮气；
所述聚酯多元醇酸值为小于1.50mgkoh/g，平均分子量为140～560；
所述1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.110：11.653：0.745：6.077：0.434；
或，所述1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.664：13.318：0.745：6.077：0.434；
或，所述1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.664：14.816：0.745：5.064：0.434；
或，所述1,4-丁二醇、乙二醇、三羟甲基丙烷、苯酐和十二烷二酸的摩尔比为1.664：15.815：0.745：4.726：0.434。
2.根据权利要求1所述的结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土，其特征在于，所述A组分、B组分和C组分的质量比为4:6:90。
3.根据权利要求1或2所述的结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土，其特征在于，所述改性剂还包括磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂；
所述磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.2-0.7%；
所述有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的0.2-0.5%。
4.根据权利要求1所述的结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土，其特征在于，所述级配碎石的最大粒径不大于摊铺厚度的1/5～1/3，所述级配碎石的级配曲线和骨料的物理化学指标满足国家沥青混凝土。
5.根据权利要求1-4任一项所述的结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按量称取A组分、B组分和C组分；
（2）将A组份加入到B组分中，采用转速不小于1440r／m的钻机预搅拌3～5分钟，形成有机胶结剂材料；
（3）将C组份水洗后烘干，然后加入到步骤2）制得的有机胶结剂材料中，采用强制式混凝土搅拌机再次搅拌5~10分钟，充分混合，得到结构快速修复用超强高韧性混凝土；
（4）现场浇注结构快速修复用超强高韧性混凝土，振捣或碾压密实，自然养生0.5-1.0小时。
6.一种权利要求1-4任一项所述的结构快速修复用超强高韧性聚酯混凝土在高速公路沥青混凝土道面修补、桥面结构连续体系、军民用机场混凝土道面的局部维修和超薄层罩面中的应用。
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