CN115626804A - 一种高强度环氧树脂混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度环氧树脂混凝土材料及其制备方法,其中,高强度环氧树脂混凝土材料按照重量份数计算,包括:10‑20份环氧树脂、15‑25份填料、58‑66份集料、4‑7份改性剂、0.5‑2份增塑剂、0.5‑2份稀释剂、0.2‑0.7份促进剂和0.3‑0.8份固化剂;所述改性剂为POSS‑氮化镧包覆二硼化铝粉末,是通过使用环氧基POSS与胺化的氮化镧包覆的二硼化铝粉末反应结合得到,其中,所述环氧基POSS为八环氧环己基乙基‑POSS。本发明制备的环氧树脂混凝土材料,具有更佳的力学性能和耐候性,同时韧性也有较好的提升,以及优异的耐水防腐性,即使长期在潮湿恶劣下水道环境中也能够保持较好的性能。

Description

一种高强度环氧树脂混凝土材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土领域,具体涉及一种高强度环氧树脂混凝土材料及其制备方法。
背景技术
聚合物混凝土是以聚合物(合成树脂)代替水泥和水,作为胶结材料与集料结合的混凝土。常用一种树脂或者几种树脂及其固化剂与集料混合固化而成。树脂混凝土从开始研究迄今已越来越得到世界各国的重视,发展较快的有日本、苏联、德国、法国等国家。各国重点使用的树脂材料并不尽相同。日本、德国以不饱和聚酯树脂为主,苏联以呋喃树脂为主。近年来,我国树脂混凝土的研究和应用发展较快,由于树脂材料性质的变化,可以赋予树脂混凝土性能许多新的特点。
环氧树脂中含有极性高且不易水解的脂肪族羟基和醚键,因此环氧树脂混凝土具有强度高、良好的耐化学腐蚀、耐水和抗冻性能好等特点,因而被广泛用于建筑工程。现有技术中,不少施工将环氧树脂混凝土用于下水道的竖井中,从而替代传统的混凝土材料,取得了一定的效果。但是,环氧树脂混凝土毕竟属于有机材料,其作为混凝土材料为了增加强度,难以避免会加入大量的集料或填料等无机成分,这样就导致成分之间的融合性不足,从而容易出现剥离和开裂的现象;同时,环氧树脂虽然具有一定的防腐性,但是由于外加填料过多,导致其防腐效果大打折扣,再加上其本身韧性较差,从而使得最终的产品防腐性、耐候性都受到较大的影响。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的是提供一种高强度环氧树脂混凝土材料及其制备方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现:
第一方面,本发明提供一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,按照重量份数计算,包括:
10-20份环氧树脂、12-18份填料、43-50份集料、4-7份改性剂、0.5-2份增塑剂、0.5-2 份稀释剂、0.2-0.7份促进剂和0.3-0.8份固化剂。
优选地,所述高强度环氧树脂混凝土材料按照重量份数计算,包括:
15份环氧树脂、15份填料、48份集料、6份改性剂、1份增塑剂、1份稀释剂、0.5份促进剂和0.5份固化剂。
优选地,所述环氧树脂为环氧树脂E-20、环氧树脂E-44、环氧树脂E-51中的任意一种。
优选地,所述填料包括水泥和碳酸钙粉,水泥为硅酸盐水泥P.O42.5,碳酸钙粉的粒度为 150目,碳酸钙粉与水泥的质量比例是2-3:1。
优选地,所述集料包括质量比例是2-2.2:1的石子和砂;所述石子包括粒径为4-6mm和粒径为6-8mm的两种粒径范围,其中,粒径为4-6mm的石子与粒径为6-8mm的石子的质量比例是 1:1.1;所述砂包括粒径为0.5-1mm和粒径为1-2mm的两种粒径范围,其中,粒径为0.5-1mm的砂与粒径为1-2mm的砂的质量比例是1:1。
优选地,所述改性剂为POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末,是通过使用环氧基POSS与胺化的氮化镧包覆的二硼化铝粉末反应结合得到。
优选地,所述环氧基POSS为八环氧环己基乙基-POSS。
优选地,所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸丁基苄基酯中的任意一种。
优选地,所述稀释剂为二甲苯。
优选地,所述促进剂为异辛酸钴。
优选地,所述固化剂为过氧化甲乙酮。
优选地,所述氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备过程包括:
S1,取二硼化铝粉末放置在烧杯内,加入盐酸溶液,升温至45-55℃,搅拌2-3h后,停止加热以及搅拌,在室温下静置6-8h,之后使用清水洗涤至洗涤液呈中性,过滤出来后在烘箱内鼓风干燥,即得到了腐蚀后的二硼化铝粉末;
其中,二硼化铝粉末与盐酸溶液的质量比例是1:5-15,盐酸溶液的浓度是0.2mol/L;
S2,将氯化镧溶于去离子水后形成氯化镧溶液,加入腐蚀后的二硼化铝粉末,先在室温下搅拌分散8-12h,然后升温至沸腾,在搅拌的条件下逐渐蒸发出水分直至溶液无法流动后,收集产物放置在烘箱内干燥,即得到金属镧/二硼化铝复合粉末;
其中,氯化镧溶液中,氯化镧与去离子水的质量比例是1:8-15;腐蚀后的二硼化铝粉末与氯化镧溶液的质量比例是1:4-8;
S3,将金属镧/二硼化铝复合粉末放置在坩埚内,将坩埚放置在管式炉内,通入氮气替换出空气,升温至750-800℃,保温处理2-3h,自然冷却后,得到氮化镧包覆二硼化铝粉末。
优选地,所述POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备方法为:
S10.向反应烧瓶内先加入乙醇的水溶液,再取γ-氨丙基三乙氧基硅烷混入其中,磁力搅拌均匀后,称取并加入氮化镧包覆二硼化铝粉末,将反应烧瓶放置在70-80℃的水浴环境下,回流搅拌6-10h,然后滤出粉末,使用清水冲洗至少三次,干燥后,得到胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末;
其中,乙醇的水溶液的质量分数是50%-60%,γ-氨丙基三乙氧基硅烷、氮化镧包覆二硼化铝粉末和乙醇的水溶液的质量比例是0.1-0.3:1:20-40;
S20.将胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末混合至甲苯内,充分混合后,加入环氧基POSS 以及催化剂氯化铝,在氮气的保护作用下,升温至65-75℃,搅拌反应5-8h,冷却后过滤,收集固体并使用氯仿和清水依次洗涤三次,真空干燥,得到POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末;
其中,胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末、环氧基POSS和甲苯的质量比例是 1:4.2-6.8:50-100;氯化铝的加入量是环氧基POSS质量的1%-2%。
第二方面,本发明提供一种高强度环氧树脂混凝土材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照重量份数依次称取环氧树脂、改性剂、增塑剂、稀释剂和促进剂,然后混合在搅拌机内,充分搅拌混合后,形成第一混合浆液;
(2)按照重量份数依次称取填料、集料,在搅拌器内混合,充分分散均匀,形成第二混合浆液;
(3)向第二混合浆液中加入固化剂,再次充分搅拌混合,得到待浇注浆液;
(4)将待浇注浆液通过模具浇注成型,固化后,即得到高强度环氧树脂混凝土材料。
优选地,步骤(1)中,各成分的搅拌速度是200-300rpm,搅拌时间是20-30min。
优选地,步骤(2)中,各成分的搅拌速度是300-500rpm,搅拌时间是10-20min。
优选地,步骤(3)中,再次搅拌的速度是200-300rpm,再次搅拌的时间是10-20min。
优选地,步骤(4)中,固化温度为常温,固化时间为18-24h。
本发明的有益效果为:
1、本发明所制备的环氧树脂混凝土,相比较于市场上传统的环氧树脂混凝土,具有更佳的力学性能和耐候性表现,同时韧性也有较好的提升,以及优异的耐水防腐性,即使长期在潮湿恶劣下水道环境中也能够保持较好的性能。
2、为了使得环氧树脂混凝土具有更好强度,通常会加入很多的无机集料以及填料。传统的环氧树脂中加入过多的集料或填料后,常常会出现分散不均匀,力学性能差以及韧性不足的缺陷。为了对此进行改进,本发明添加了改性剂成分,该改性剂中加入了环氧基-POSS材料,其与胺化的氮化镧包覆的二硼化铝粉末经过开环结合,得到了有机-无机多层包覆结构的材料。该材料加入至环氧树脂中,能够加强环氧树脂的交联性,以及与其他无机材料之间的融合性,使环氧树脂混凝土具有较高的力学强度和韧性,同时还增强了环氧树脂混凝土的防腐性和耐候性。
3、本发明中制备的改性剂,能够做到通过少量添加,即可替代大量的集料以及填料的优势。并且使用该改性剂所制备的环氧树脂混凝土优点是,不仅重量上更加轻量化,而且还优化了环氧树脂的各项性能,比如强度、韧性、防腐性和耐候性等等。
4、改性剂的制备过程中,利用了氮化镧包覆的二硼化铝作为固体填料,环氧基-POSS作为交联剂。其中,氮化镧包覆改性的二硼化铝的制备的思路在于,二硼化铝(AlB2)具有高硬度、高熔点、低比重等优点,目前主要用于陶瓷材料中,但是其脆性较大,热膨胀系数表现为各向异性,热稳定性和耐高温氧化均不够好。本发明利用二硼化铝在热酸中的腐蚀性,将其在强酸中加热处理,使二硼化铝形成表面凹凸不平甚至有孔洞的结构,然后将其放置在含金属镧离子的溶液内进行吸附,通过蒸发溶剂的方式使金属镧离子包覆在二硼化铝的表面,然后在氮气的保护下升温处理,使金属镧离子反应生成氮化镧,最终得到原位生成的氮化镧包覆改性的二硼化铝。
5、为了进一步增强改性剂的应用表现,本发明对氮化镧包覆二硼化铝粉末进行表面进行胺化处理,然后使用环氧基POSS与其进行结合反应,利用三氯化铝作为催化剂,催化胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末中的氨基与环氧基POSS中的环氧基开环反应,最终将得到的产物即为改性剂。改性后的环氧树脂混凝土,具有较高的力学强度和韧性,此外还增强了水泥基混凝土的抗冻性,减少了因天气寒冷导致混凝土结冰后被冻坏的可能性,增强了其耐久使用性。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明,对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解,现对本发明的技术方案进行以下详细说明,但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种高强度环氧树脂混凝土材料,按照重量份数计算,包括:
15份环氧树脂E-44、15份填料、48份集料、6份改性剂、1份邻苯二甲酸二正丁酯、1份二甲苯、0.5份异辛酸钴和0.5份过氧化甲乙酮。
其中,填料包括水泥和碳酸钙粉,水泥为硅酸盐水泥P.O42.5,碳酸钙粉的粒度为150目,碳酸钙粉与水泥的质量比例是2.5:1。
其中,集料包括质量比例是2.1:1的石子和砂;石子包括粒径为4-6mm和粒径为6-8mm的两种粒径范围,其中,粒径为4-6mm的石子与粒径为6-8mm的石子的质量比例是1:1.1;砂包括粒径为0.5-1mm和粒径为1-2mm的两种粒径范围,其中,粒径为0.5-1mm的砂与粒径为1-2mm的砂的质量比例是1:1。
其中,氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备过程包括:
S1,取二硼化铝粉末放置在烧杯内,加入盐酸溶液,升温至50℃,搅拌2h后,停止加热以及搅拌,在室温下静置7h,之后使用清水洗涤至洗涤液呈中性,过滤出来后在烘箱内鼓风干燥,即得到了腐蚀后的二硼化铝粉末;二硼化铝粉末与盐酸溶液的质量比例是1:10,盐酸溶液的浓度是0.2mol/L;
S2,将氯化镧溶于去离子水后形成氯化镧溶液,加入腐蚀后的二硼化铝粉末,先在室温下搅拌分散10h,然后升温至沸腾,在搅拌的条件下逐渐蒸发出水分直至溶液无法流动后,收集产物放置在烘箱内干燥,即得到金属镧/二硼化铝复合粉末;氯化镧溶液中,氯化镧与去离子水的质量比例是1:12;腐蚀后的二硼化铝粉末与氯化镧溶液的质量比例是1:6;
S3,将金属镧/二硼化铝复合粉末放置在坩埚内,将坩埚放置在管式炉内,通入氮气替换出空气,升温至750℃,保温处理2h,自然冷却后,得到氮化镧包覆二硼化铝粉末。
其中,POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备方法为:
S10.向反应烧瓶内先加入乙醇的水溶液,再取γ-氨丙基三乙氧基硅烷混入其中,磁力搅拌均匀后,称取并加入氮化镧包覆二硼化铝粉末,将反应烧瓶放置在75℃的水浴环境下,回流搅拌8h,然后滤出粉末,使用清水冲洗至少三次,干燥后,得到胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末;乙醇的水溶液的质量分数是50%,γ-氨丙基三乙氧基硅烷、氮化镧包覆二硼化铝粉末和乙醇的水溶液的质量比例是0.2:1:30;
S20.将胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末混合至甲苯内,充分混合后,加入环氧基POSS 以及催化剂氯化铝,在氮气的保护作用下,升温至70℃,搅拌反应6h,冷却后过滤,收集固体并使用氯仿和清水依次洗涤三次,真空干燥,得到POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末;胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末、环氧基POSS和甲苯的质量比例是1:5.4:80;氯化铝的加入量是环氧基POSS质量的1.5%。
上述高强度环氧树脂混凝土材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照重量份数依次称取环氧树脂、改性剂、增塑剂、稀释剂和促进剂,然后混合在搅拌机内,搅拌速度是200rpm,搅拌时间是30min,充分搅拌混合后,形成第一混合浆液;
(2)按照重量份数依次称取填料、集料,在搅拌器内混合,搅拌速度是300rpm,搅拌时间是20min,充分分散均匀,形成第二混合浆液;
(3)向第二混合浆液中加入固化剂,再次充分搅拌混合,搅拌的速度是200rpm,搅拌的时间是20min,得到待浇注浆液;
(4)将待浇注浆液通过模具浇注成型,常温固化20h后,即得到高强度环氧树脂混凝土材料。
实施例2
一种高强度环氧树脂混凝土材料,按照重量份数计算,包括:
10份环氧树脂E-20、12份填料、43份集料、4份改性剂、0.5份邻苯二甲酸二正辛酯、0.5 份二甲苯、0.2份异辛酸钴和0.3份过氧化甲乙酮。
其中,填料包括水泥和碳酸钙粉,水泥为硅酸盐水泥P.O42.5,碳酸钙粉的粒度为150目,碳酸钙粉与水泥的质量比例是2:1。
其中,集料包括质量比例是2:1的石子和砂;石子包括粒径为4-6mm和粒径为6-8mm的两种粒径范围,其中,粒径为4-6mm的石子与粒径为6-8mm的石子的质量比例是1:1.1;砂包括粒径为0.5-1mm和粒径为1-2mm的两种粒径范围,其中,粒径为0.5-1mm的砂与粒径为1-2mm的砂的质量比例是1:1。
其中,氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备过程包括:
S1,取二硼化铝粉末放置在烧杯内,加入盐酸溶液,升温至45℃,搅拌2h后,停止加热以及搅拌,在室温下静置6h,之后使用清水洗涤至洗涤液呈中性,过滤出来后在烘箱内鼓风干燥,即得到了腐蚀后的二硼化铝粉末;二硼化铝粉末与盐酸溶液的质量比例是1:5,盐酸溶液的浓度是0.2mol/L;
S2,将氯化镧溶于去离子水后形成氯化镧溶液,加入腐蚀后的二硼化铝粉末,先在室温下搅拌分散8h,然后升温至沸腾,在搅拌的条件下逐渐蒸发出水分直至溶液无法流动后,收集产物放置在烘箱内干燥,即得到金属镧/二硼化铝复合粉末;氯化镧溶液中,氯化镧与去离子水的质量比例是1:8;腐蚀后的二硼化铝粉末与氯化镧溶液的质量比例是1:4;
S3,将金属镧/二硼化铝复合粉末放置在坩埚内,将坩埚放置在管式炉内,通入氮气替换出空气,升温至750℃,保温处理2h,自然冷却后,得到氮化镧包覆二硼化铝粉末。
其中,POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备方法为:
S10.向反应烧瓶内先加入乙醇的水溶液,再取γ-氨丙基三乙氧基硅烷混入其中,磁力搅拌均匀后,称取并加入氮化镧包覆二硼化铝粉末,将反应烧瓶放置在70℃的水浴环境下,回流搅拌6h,然后滤出粉末,使用清水冲洗至少三次,干燥后,得到胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末;乙醇的水溶液的质量分数是50%,γ-氨丙基三乙氧基硅烷、氮化镧包覆二硼化铝粉末和乙醇的水溶液的质量比例是0.1:1:20;
S20.将胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末混合至甲苯内,充分混合后,加入环氧基POSS 以及催化剂氯化铝,在氮气的保护作用下,升温至65℃,搅拌反应5h,冷却后过滤,收集固体并使用氯仿和清水依次洗涤三次,真空干燥,得到POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末;胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末、环氧基POSS和甲苯的质量比例是1:4.2:50;氯化铝的加入量是环氧基POSS质量的1%。
上述高强度环氧树脂混凝土材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照重量份数依次称取环氧树脂、改性剂、增塑剂、稀释剂和促进剂,然后混合在搅拌机内,搅拌速度是300rpm,搅拌时间是20min,充分搅拌混合后,形成第一混合浆液;
(2)按照重量份数依次称取填料、集料,在搅拌器内混合,搅拌速度是500rpm,搅拌时间是10min,充分分散均匀,形成第二混合浆液;
(3)向第二混合浆液中加入固化剂,再次充分搅拌混合,搅拌的速度是300rpm,搅拌的时间是10min,得到待浇注浆液;
(4)将待浇注浆液通过模具浇注成型,常温固化18h后,即得到高强度环氧树脂混凝土材料。
实施例3
一种高强度环氧树脂混凝土材料,按照重量份数计算,包括:
20份环氧树脂E-51、18份填料、50份集料、7份改性剂、2份邻苯二甲酸二异辛酯、2份二甲苯、0.7份异辛酸钴和0.8份过氧化甲乙酮。
其中,填料包括水泥和碳酸钙粉,水泥为硅酸盐水泥P.O42.5,碳酸钙粉的粒度为150目,碳酸钙粉与水泥的质量比例是3:1。
其中,集料包括质量比例是2.2:1的石子和砂;石子包括粒径为4-6mm和粒径为6-8mm的两种粒径范围,其中,粒径为4-6mm的石子与粒径为6-8mm的石子的质量比例是1:1.1;砂包括粒径为0.5-1mm和粒径为1-2mm的两种粒径范围,其中,粒径为0.5-1mm的砂与粒径为1-2mm的砂的质量比例是1:1。
其中,氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备过程包括:
S1,取二硼化铝粉末放置在烧杯内,加入盐酸溶液,升温至55℃,搅拌3h后,停止加热以及搅拌,在室温下静置8h,之后使用清水洗涤至洗涤液呈中性,过滤出来后在烘箱内鼓风干燥,即得到了腐蚀后的二硼化铝粉末;二硼化铝粉末与盐酸溶液的质量比例是1:15,盐酸溶液的浓度是0.2mol/L;
S2,将氯化镧溶于去离子水后形成氯化镧溶液,加入腐蚀后的二硼化铝粉末,先在室温下搅拌分散12h,然后升温至沸腾,在搅拌的条件下逐渐蒸发出水分直至溶液无法流动后,收集产物放置在烘箱内干燥,即得到金属镧/二硼化铝复合粉末;氯化镧溶液中,氯化镧与去离子水的质量比例是1:15;腐蚀后的二硼化铝粉末与氯化镧溶液的质量比例是1:8;
S3,将金属镧/二硼化铝复合粉末放置在坩埚内,将坩埚放置在管式炉内,通入氮气替换出空气,升温至800℃,保温处理3h,自然冷却后,得到氮化镧包覆二硼化铝粉末。
其中,POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备方法为:
S10.向反应烧瓶内先加入乙醇的水溶液,再取γ-氨丙基三乙氧基硅烷混入其中,磁力搅拌均匀后,称取并加入氮化镧包覆二硼化铝粉末,将反应烧瓶放置在80℃的水浴环境下,回流搅拌10h,然后滤出粉末,使用清水冲洗至少三次,干燥后,得到胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末;乙醇的水溶液的质量分数是60%,γ-氨丙基三乙氧基硅烷、氮化镧包覆二硼化铝粉末和乙醇的水溶液的质量比例是0.3:1:40;
S20.将胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末混合至甲苯内,充分混合后,加入环氧基POSS 以及催化剂氯化铝,在氮气的保护作用下,升温至75℃,搅拌反应8h,冷却后过滤,收集固体并使用氯仿和清水依次洗涤三次,真空干燥,得到POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末;胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末、环氧基POSS和甲苯的质量比例是1:6.8:100;氯化铝的加入量是环氧基POSS质量的2%。
上述高强度环氧树脂混凝土材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照重量份数依次称取环氧树脂、改性剂、增塑剂、稀释剂和促进剂,然后混合在搅拌机内,搅拌速度是300rpm,搅拌时间是30min,充分搅拌混合后,形成第一混合浆液;
(2)按照重量份数依次称取填料、集料,在搅拌器内混合,搅拌速度是500rpm,搅拌时间是20min,充分分散均匀,形成第二混合浆液;
(3)向第二混合浆液中加入固化剂,再次充分搅拌混合,搅拌的速度是300rpm,搅拌的时间是20min,得到待浇注浆液;
(4)将待浇注浆液通过模具浇注成型,常温固化24h后,即得到高强度环氧树脂混凝土材料。
对比例1
与实施例1的区别是,不加入改性剂,并将其重量份数替换为集料。
一种环氧树脂混凝土材料,按照重量份数计算,包括:
15份环氧树脂E-44、15份填料、54份集料、1份邻苯二甲酸二正丁酯、1份二甲苯、0.5 份异辛酸钴和0.5份过氧化甲乙酮。
对比例2
与实施例1的区别是,改性剂不相同,本对比例是仅使用实施例1制备的氮化镧包覆二硼化铝粉末作为改性剂。
一种环氧树脂混凝土材料,按照重量份数计算,包括:
15份环氧树脂E-44、15份填料、48份集料、6份改性剂、1份邻苯二甲酸二正丁酯、1份二甲苯、0.5份异辛酸钴和0.5份过氧化甲乙酮。
对比例3
与实施例1的区别是,改性剂不相同,本对比例是仅使用八环氧环己基乙基-POSS(环氧基-POSS)作为改性剂。
一种环氧树脂混凝土材料,按照重量份数计算,包括:
15份环氧树脂E-44、15份填料、48份集料、6份改性剂、1份邻苯二甲酸二正丁酯、1份二甲苯、0.5份异辛酸钴和0.5份过氧化甲乙酮。
对比例4
与实施例1的区别是,改性剂的制备方式不相同,本对比例是仅使用八环氧环己基乙基 -POSS(环氧基-POSS)对二硼化铝粉末改性后的产品作为改性剂。
一种环氧树脂混凝土材料,按照重量份数计算,包括:
15份环氧树脂E-44、15份填料、48份集料、6份改性剂、1份邻苯二甲酸二正丁酯、1份二甲苯、0.5份异辛酸钴和0.5份过氧化甲乙酮。
改性剂的制备方法为:
S10.向反应烧瓶内先加入乙醇的水溶液,再取γ-氨丙基三乙氧基硅烷混入其中,磁力搅拌均匀后,称取并加入二硼化铝粉末,将反应烧瓶放置在75℃的水浴环境下,回流搅拌8h,然后滤出粉末,使用清水冲洗至少三次,干燥后,得到胺化的二硼化铝粉末;乙醇的水溶液的质量分数是50%,γ-氨丙基三乙氧基硅烷、二硼化铝粉末和乙醇的水溶液的质量比例是 0.2:1:30;
S20.将胺化的二硼化铝粉末混合至甲苯内,充分混合后,加入环氧基POSS以及催化剂氯化铝,在氮气的保护作用下,升温至70℃,搅拌反应6h,冷却后过滤,收集固体并使用氯仿和清水依次洗涤三次,真空干燥,得到POSS-二硼化铝粉末;胺化的二硼化铝粉末、环氧基POSS 和甲苯的质量比例是1:5.4:80;氯化铝的加入量是环氧基POSS质量的1.5%。
为了能够更加清楚地说明本发明的内容,将本发明实施例1、对比例1-4制备的环氧树脂混凝土的材料的性能进行对比检测,拉伸强度参考GB/T 1040,弯曲强度参考GB/T9341,冲击强度参考GB/T 1843。
耐酸性是在5wt%的硫酸中浸泡7d,耐碱性是在5wt%的氢氧化钠溶液中浸泡7d,耐盐雾性是在盐雾检测机检测,中性盐雾中处理500h,然后观察处理后的材料的变化,耐酸性、耐碱性和耐盐雾性的评价标准为:
①优秀:几乎无剥落现象;②良好:轻微剥落且剥落率≤10%;③较差:剥落率>10%。
耐候性是在氙灯耐候试验箱中使用氙灯进行测试,测试时间为2000h,然后检测环氧树脂混凝土材料的表面光泽变化情况,然后根据表面光泽变化情况进行评价,标准如下:
①优秀:表面变化率≤5%;②良好:5%<表面变化率≤10%;③较差:表面变化率>10%。
结果如下表1:
表1环氧树脂混凝土材料的性能检测结果
实施例1 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
拉伸强度(MPa) 92 57 71 68 84
弯曲强度(MPa) 141 76 93 114 127
冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 47 31 36 42 45
耐低温开裂(℃) <-50 -28 -35 -43 <-50
耐酸性 优秀 良好 良好 良好 优秀
耐碱性 优秀 较差 良好 较差 良好
耐盐雾性 优秀 较差 较差 良好 良好
耐候性 优秀 较差 较差 良好 良好
从表1中的数据能够看出,实施例1相比较其他对比例,具有更高的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度,说明其力学性能较好,且柔韧性表现优异,此外,在耐低温、耐腐蚀和耐候性方面也具有更好的表现。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,按照重量份数计算,包括:
10-20份环氧树脂、12-18份填料、43-50份集料、4-7份改性剂、0.5-2份增塑剂、0.5-2份稀释剂、0.2-0.7份促进剂和0.3-0.8份固化剂;
所述改性剂为POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末,是通过使用环氧基POSS与胺化的氮化镧包覆的二硼化铝粉末反应结合得到,其中,所述环氧基POSS为八环氧环己基乙基-POSS。
2.根据权利要求1所述的一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,所述高强度环氧树脂混凝土材料按照重量份数计算,包括:
15份环氧树脂、15份填料、48份集料、6份改性剂、1份增塑剂、1份稀释剂、0.5份促进剂和0.5份固化剂。
3.根据权利要求1所述的一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,所述填料包括水泥和碳酸钙粉,水泥为硅酸盐水泥P.O42.5,碳酸钙粉的粒度为150目,碳酸钙粉与水泥的质量比例是2-3:1。
4.根据权利要求1所述的一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,所述集料包括质量比例是2-2.2:1的石子和砂;所述石子包括粒径为4-6mm和粒径为6-8mm的两种粒径范围,其中,粒径为4-6mm的石子与粒径为6-8mm的石子的质量比例是1:1.1;所述砂包括粒径为0.5-1mm和粒径为1-2mm的两种粒径范围,其中,粒径为0.5-1mm的砂与粒径为1-2mm的砂的质量比例是1:1。
5.根据权利要求1所述的一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸丁基苄基酯中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,所述稀释剂为二甲苯;所述促进剂为异辛酸钴;所述固化剂为过氧化甲乙酮。
7.根据权利要求1所述的一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,所述环氧树脂为环氧树脂E-20、环氧树脂E-44、环氧树脂E-51中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,所述氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备过程包括:
S1,取二硼化铝粉末放置在烧杯内,加入盐酸溶液,升温至45-55℃,搅拌2-3h后,停止加热以及搅拌,在室温下静置6-8h,之后使用清水洗涤至洗涤液呈中性,过滤出来后在烘箱内鼓风干燥,即得到了腐蚀后的二硼化铝粉末;
其中,二硼化铝粉末与盐酸溶液的质量比例是1:5-15,盐酸溶液的浓度是0.2mol/L;
S2,将氯化镧溶于去离子水后形成氯化镧溶液,加入腐蚀后的二硼化铝粉末,先在室温下搅拌分散8-12h,然后升温至沸腾,在搅拌的条件下逐渐蒸发出水分直至溶液无法流动后,收集产物放置在烘箱内干燥,即得到金属镧/二硼化铝复合粉末;
其中,氯化镧溶液中,氯化镧与去离子水的质量比例是1:8-15;腐蚀后的二硼化铝粉末与氯化镧溶液的质量比例是1:4-8;
S3,将金属镧/二硼化铝复合粉末放置在坩埚内,将坩埚放置在管式炉内,通入氮气替换出空气,升温至750-800℃,保温处理2-3h,自然冷却后,得到氮化镧包覆二硼化铝粉末。
9.根据权利要求1所述的一种高强度环氧树脂混凝土材料,其特征在于,所述POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末的制备方法为:
S10.向反应烧瓶内先加入乙醇的水溶液,再取γ-氨丙基三乙氧基硅烷混入其中,磁力搅拌均匀后,称取并加入氮化镧包覆二硼化铝粉末,将反应烧瓶放置在70-80℃的水浴环境下,回流搅拌6-10h,然后滤出粉末,使用清水冲洗至少三次,干燥后,得到胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末;
S20.将胺化的氮化镧包覆二硼化铝粉末混合至甲苯内,充分混合后,加入环氧基POSS以及催化剂氯化铝,在氮气的保护作用下,升温至65-75℃,搅拌反应5-8h,冷却后过滤,收集固体并使用氯仿和清水依次洗涤三次,真空干燥,得到POSS-氮化镧包覆二硼化铝粉末。
10.一种权利要求1-8任一所述的高强度环氧树脂混凝土材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按照重量份数依次称取环氧树脂、改性剂、增塑剂、稀释剂和促进剂,然后混合在搅拌机内,充分搅拌混合后,形成第一混合浆液;
(2)按照重量份数依次称取填料、集料,在搅拌器内混合,充分分散均匀,形成第二混合浆液;
(3)向第二混合浆液中加入固化剂,再次充分搅拌混合,得到待浇注浆液;
(4)将待浇注浆液通过模具浇注成型,养护、拆模后,即得到高强度环氧树脂混凝土材料。
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