CN117682810A - 一种桥梁伸缩缝填充材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及建筑材料领域，具体公开了一种桥梁伸缩缝填充材料及其制备方法。一种桥梁伸缩缝填充材料，如下重量份原料：聚氨酯树脂10‑20份、二氧化钛1‑3份、水泥6‑8份、矿粉2‑4份、磁性颗粒4‑8份、固化剂0.1‑0.3份、分散剂0.5‑1份、水5‑10份；所述聚氨酯树脂为水性聚氨酯；其制备方法为：将磁性颗粒与聚氨酯加入丙酮溶液中超声处理后，加热至40‑50℃后，依次加入固化剂、二氧化钛、矿粉、水泥以及分散剂搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物填充到模具中，施加匀强磁场，等待固化成型后取出，得到所述桥梁伸缩缝填充材料。本申请的组合物可用于桥梁伸缩缝的填充，其具有抗拉强度高的优点。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种桥梁伸缩缝填充材料及其制备方法。
背景技术
在环境温度和交通荷载等因素影响下，桥梁会产生膨胀和收缩，为满足这种变形，需要在桥梁的两端梁体之间或梁体端与桥台之间设置桥梁伸缩缝，用于缓冲桥梁因温度变化、车辆荷载等因素引起的伸缩变形。而伸缩缝材料是指在桥梁伸缩缝处所填充的材料，其性能直接影响到桥梁的安全和使用寿命，因为桥梁所处的环境影响，所以要求伸缩缝填充材料需要具有高的抗拉强度，在受到拉伸或压缩等外力作用时，能够保持其形状和结构稳定性，并具有较好的恢复性能。
当前技术中大部分采用钢纤维混凝土作为伸缩缝填充材料进行伸缩缝填充。其中钢纤维混凝土是指是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。但由于钢纤维分布不均匀，且与所受拉应力方向不一致时，导致抗拉强度提高幅度较小，无法很好地满足桥梁伸缩缝的填充需求。
因此，需要制得一种抗拉强度高的桥梁伸缩缝填充材料。
发明内容
为了提高桥梁伸缩缝填充材料的抗拉强度，本申请提供一种桥梁伸缩缝填充材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种桥梁伸缩缝填充材料及其制备方法，采用如下的技术方案：
一种桥梁伸缩缝填充材料，包括如下重量份原料：
聚氨酯树脂10-20份、二氧化钛1-3份、水泥6-8份、矿粉2-4份、磁性颗粒4-8份、固化剂0.1-0.3份、分散剂0.5-1份、水5-10份；所述聚氨酯树脂为水性聚氨酯。
通过采用上述技术方案，磁性颗粒在混合物中起到增强和补强的作用，材料内部磁性颗粒按照一定方向形成头尾相连的链状结构，当受到拉伸时，磁性颗粒链间的距离减小，颗粒之间的相互作用增强，使得填充材料之间的结合更加紧密，紧密的结合可以提高材料的抗拉强度，并且在拉伸过程中磁性颗粒链之间的相互作用可以产生一定的弹性变形能，这种能量可以有效地吸收和分散外力，从而提高材料的抗拉强度。
在聚氨酯中添加二氧化钛，适量的二氧化钛可以均匀的填充材料中的微小孔隙，形成致密骨架结构，有效提高了新旧混凝土界面粘结强度，从而提高填充材料的抗拉强度。水性聚氨酯常温下为液态，为了避免拌合过程中出现分层离析，加入少量矿粉作为超细填料，使聚氨酯能够上下均匀的分散于填料之间，形成均匀的混合物，增加材料的稳定性，使填充材料在桥梁收缩缝中保持较好的强度与稳定性。
可选的，所述聚氨酯树脂为经过改性处理的，包括如下重量份原料：聚己内酯10-12份、甲苯二异氰酸酯11-14.4份、1，4-丁二醇0.2-0.4份、二羟甲基丙酸0.3-0.5份、硅烷偶联剂2-5份
可选的，所述改性聚氨酯制备包括以下步骤：
将甲苯二异氰酸酯以及聚己内酯混合在氮气保护的条件下70-80℃反应2-3h，制得聚氨酯预聚体，继续加入1，4-丁二醇与二羟甲基丙酸继续反应2-3h后加入丙酮降低粘度，降温至50-60℃，滴加硅烷偶联剂反应1-2h，体系温度降至常温中和、乳化得到改性聚氨酯。
通过采用上述技术方案，将低聚物多元醇与二异氰酸酯混合进行反应，1，4-丁二醇与二羟甲基丙酸做扩链剂，添加硅烷偶联剂对聚氨酯树脂进行改性，硅烷偶联剂的有机硅官能团与聚氨酯的分子链发生化学反应，形成化学键合，一方面增强聚氨酯与填料之间的相容性，另一方面提高聚氨酯对填料的润湿性和粘附性，进一步的改善改性后聚氨酯与填料的相容性，并且改善填料在聚氨酯中的分散性和稳定性，进而提高填充材料的抗拉强度。
可选的，所述磁性颗粒为经过预处理的磁性颗粒，具体步骤如下：称取磁性颗粒球磨，使用酒精做球磨介质，转速300-350r/min，球磨1-2h，得到经过预处理的磁性颗粒。
通过采用上述技术方案，经过球磨预处理的磁性颗粒表面变得更为光滑，减少了颗粒间团聚的现象，并且经过预处理其表面具有更高的活性，增强了磁性颗粒的附着力，并能与聚氨酯基体发生反应，形成化学键，进一步提高磁性颗粒与聚氨酯的相容性，从而提高填充材料的抗拉强度。
可选的，所述磁性颗粒的粒径为4-8μm。
通过采用上述技术方案，磁性颗粒的粒径越大，其磁导率会越高，填充材料的磁流变效应也就越高，在磁流变效应的作用下，磁性颗粒会对周围的基体材料产生一定的磁力作用，帮助提高基体材料的结构强度和刚度，但粒径过大，会导致损耗因子的增大，反而导致填充材料的抗拉强度降低。
可选的，所述分散剂为磷酸酯类分散剂。
通过采用上述技术方案，磷酸酯类分散剂在聚氨酯中具有较好的相容性，可以通过氢键和化学吸附作用，提高填料在聚氨酯基体中的分散效果，分散剂吸附在固体颗粒的表面，降低与基体之间的界面张力，使凝聚的固体颗粒表面易于润湿，提高固体颗粒在基体中的分散性。
可选的，所述原料中还包括1-3份的环氧树脂。
通过采用上述技术方案，环氧树脂与聚氨酯在室温下可以进行交联反应，形成交联结构，充分发挥彼此的优点，提高聚氨酯的抗拉强度。
第二方面，本申请提供一种桥梁伸缩缝填充材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种桥梁伸缩缝填充材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将磁性颗粒与聚氨酯加入丙酮溶液中超声处理后，加热至40-50℃后，依次加入固化剂、二氧化钛、矿粉、水泥以及分散剂搅拌均匀，得到混合物；
(2)将所述混合物填充到模具中，施加匀强磁场，等待固化成型后取出，得到所述桥梁伸缩缝填充材料。
通过采用上述技术方案，通过将磁性颗粒与聚氨酯加入丙酮溶液中超声处理，可以促进磁性颗粒与聚氨酯的均匀混合，提高混合物的稳定性。加热至40-50℃后加入固化剂、二氧化钛、矿粉、水泥、分散剂以及水搅拌均匀，进一步促进各组分的均匀混合，并形成稳定的混合物。将混合物填充到模具中，施加匀强磁场，可以促进填充材料的成型和固化，提高生产效率。等待固化成型后取出，得到具有优良物理性能和稳定性的桥梁伸缩缝填充材料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用聚氨酯与水泥、二氧化钛、磁性颗粒等填料混合制得具有较高的强度和韧性，能够承受较大的拉伸和压缩应力，具有较好的抗压强度。
2、本申请中优选采用经过硅烷偶联剂改性的聚氨酯，经过硅烷偶联剂改性的聚氨酯提高了其对磁性颗粒的润湿性和粘附性，提高磁性颗粒在聚氨酯上的附着能力，并且经过改性的聚氨酯与原料中的其他填料具有较好的相容性，填料在聚氨酯中具有好的分散性和稳定性，保证了填充材料具有良好的抗拉强度。
3、本申请通过对磁性颗粒进行球磨预处理增大了磁性颗粒比表面积，同时提高了其表面的活性，产生更多活性点位，能够更好的与聚氨酯分子链发生反应，更好的分散附着在聚氨酯分子链上，保证了填充材料具有更好的抗拉性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
聚已内酯，支化度在0.7-1.1之间，购自山东辉安化工有限公司。
原料和/或中间体的制备例
制备例1
一种改性聚氨酯，制备包括以下步骤：
将10kg甲苯二异氰酸酯以及11kg聚己内酯混合，充入氮气后加热至70℃反应2h，制得聚氨酯预聚体，随后加入0.2kg1，4-丁二醇与0.4kg二羟甲基丙酸继续反应2h后加入适量丙酮降低粘度，降温至50℃，滴加5kg硅烷偶联剂反应1h，将体系温度降至常温，加入三乙胺中和5min后，得到改性聚氨酯。其中所述硅烷偶联剂为KH-550。
制备例2
一种改性聚氨酯，制备包括以下步骤：
将11kg甲苯二异氰酸酯以及14.4kg聚己内酯混合，充入氮气后加热至80℃反应3h，制得聚氨酯预聚体，随后加入0.3kg1，4-丁二醇与0.3kg二羟甲基丙酸继续反应2h后加入适量丙酮降低粘度，降温至55℃，滴加3.5kg硅烷偶联剂反应1.5h，将体系温度降至常温，加入三乙胺中和5min，得到改性聚氨酯。其中所述硅烷偶联剂为KH-550。
制备例3
一种改性聚氨酯，制备包括以下步骤：
将12kg甲苯二异氰酸酯以及13kg聚己内酯混合，充入氮气后加热至75℃反应2.5h，制得聚氨酯预聚体，随后加入0.4kg1，4-丁二醇与0.5kg二羟甲基丙酸继续反应3h后加入适量丙酮降低粘度，降温至55℃，滴加2kg硅烷偶联剂反应2h，将体系温度降至常温，加入三乙胺中和5min，得到改性聚氨酯。其中所述硅烷偶联剂为KH-550。
实施例
实施例1
一种桥梁伸缩缝填充材料，制备包括以下步骤：
(1)取4kg羰基铁粉放入球磨机中，采用氧化锆球磨珠，球料比为3:1，加入酒精，设置转速300r/min，球磨1h，得到经过预处理的磁性颗粒；
(2)将经过预处理的羰基铁粉与15kg制备例2制得的聚氨酯加入10kg丙酮溶液中超声处理后，加热至40℃，依次加入0.3kg固化剂、2kg二氧化钛、4kg矿粉、8kg水泥、0.75kg分散剂以及5kg水搅拌均匀，得到混合物；
(3)将所述混合物填充到模具中，施加1TB的匀强磁场，等待固化成型后取出，得到所述桥梁伸缩缝填充材料。所述分散剂为磷酸三乙酯，所述固化剂为HDI三聚体固化剂，所述羰基铁粉粒径为4mm。
实施例2
一种桥梁伸缩缝填充材料，制备包括以下步骤：
(1)取6kg羰基铁粉放入球磨机中，采用氧化锆球磨珠，球料比为3:1，加入酒精，设置转速350r/min，球磨2h，得到经过预处理的磁性颗粒；
(2)将经过预处理的羰基铁粉与20kg制备例2制得的聚氨酯加入10kg丙酮溶液中超声处理后，加热至45℃，依次加入0.2kg固化剂、1kg二氧化钛、2kg矿粉、6kg水泥、0.5kg分散剂以及7.5kg水搅拌均匀，得到混合物；
(3)将所述混合物填充到模具中，施加1TB的匀强磁场，等待固化成型后取出，得到所述桥梁伸缩缝填充材料。所述分散剂为磷酸三乙酯，所述固化剂为HDI三聚体固化剂，所述羰基铁粉粒径为8mm。
实施例3
一种桥梁伸缩缝填充材料，制备包括以下步骤：
(1)取8kg羰基铁粉放入球磨机中，采用氧化锆球磨珠，球料比为3:1，加入酒精，设置转速350r/min，球磨1.5h，得到经过预处理的磁性颗粒；
(2)将经过预处理的磁性颗粒与10kg制备例2制得的聚氨酯加入10kg丙酮溶液中超声处理后，加热至50℃，依次加入0.1kg固化剂、3kg二氧化钛、3kg矿粉、7kg水泥、1kg分散剂以及10kg水搅拌均匀，得到混合物；
(3)将所述混合物填充到模具中，施加1TB的匀强磁场，等待固化成型后取出，得到所述桥梁伸缩缝填充材料。所述分散剂为磷酸三乙酯，所述固化剂为HDI三聚体固化剂，所述羰基铁粉粒径为6mm。
实施例4
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中使用的改性聚氨酯为制备例1制备得到的。
实施例5
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中使用的改性聚氨酯为制备例3制备得到的。
实施例6
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中使用市购的聚氨酯树脂，型号为LB-1532。
实施例7
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中未对磁性颗粒进行预处理，具体步骤如下：
(1)取4kg羰基铁粉与15kg制备例2制得的聚氨酯加入10kg丙酮溶液中超声处理后，加热至40℃，依次加入0.3kg固化剂、2kg二氧化钛、4kg矿粉、8kg水泥、0.75kg分散剂以及5kg水搅拌均匀，得到混合物；
(2)将所述混合物填充到模具中，施加1TB的匀强磁场，等待固化成型后取出，得到所述桥梁伸缩缝填充材料。所述分散剂为磷酸三乙酯，所述固化剂为HDI三聚体固化剂，所述羰基铁粉粒径为4mm。
实施例8
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中磁性颗粒的粒径为10μm。
实施例9
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中磁性颗粒的粒径为3μm。
实施例10
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中使用的分散剂为硬脂酸镁。
实施例11
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本实施例中还包括1kg的环氧树脂，型号为EP301。
对比例
对比例1
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本对比例中未加入二氧化钛。
对比例2
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本对比例中未加入羰基铁粉。
对比例3
一种桥梁伸缩缝填充材料，与实施例1的不同之处在于，本对比例中制备填充材料时未向模具施加磁场。
性能检测试验
检测方法/试验方法
劈裂抗拉强度检测：采用100mm×100mm×100mm立方体试件，加载速率为1Mpa/s，依据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》测试实施例1-11与对比例1-3制备的复合材料的力学性能，具体结果见表1。
表1试验检测结果
| 劈裂抗拉强度/MPa | |
| 实施例1 | 19.9 |
| 实施例2 | 19.4 |
| 实施例3 | 19.6 |
| 实施例4 | 19.5 |
| 实施例5 | 19.7 |
| 实施例6 | 17.6 |
| 实施例7 | 18.4 |
| 实施例8 | 17.2 |
| 实施例9 | 17.0 |
| 实施例10 | 17.5 |
| 实施例11 | 20.7 |
| 对比例1 | 16.4 |
| 对比例2 | 15.9 |
| 对比例3 | 14.8 |
结合实施例1-3与对比例1并结合表1可以看出，实施例1-3的各项试验数据均优于对比例1，说明二氧化钛的加入能够均匀的填充材料中的微小孔隙，形成致密骨架结构，提高填充材料的强度，防止出现变形等问题。
结合实施例1-3与对比例2-3并结合表1可以看出，实施例1-3的各项试验数据均优于对比例2-3，说明磁性颗粒在施加磁场的情况下能够在材料中按一定方向形成头尾相连的链状结构，增强填充材料填料间的相互作用，使得填充材料之间的结合更加紧密，从而提高材料的抗拉强度，并且在拉伸过程中磁性颗粒链之间的相互作用可以产生一定的弹性变形能，这种能量可以有效地吸收和分散外力，从而提高材料的抗拉强度。
结合实施例1-6并并结合表1可以看出，实施例1-5的各项试验数据均优于实施例6，说明对聚氨酯进行改性，进一步的提高了填料与聚氨酯的相容性，连接更加紧密，进而提高了填充材料的抗拉强度。
结合实施例1与实施例7并结合表1可以看出，实施例1的各项试验数据均优于实施例7，说明对磁性颗粒进行预处理可以使磁性颗粒表面变得更为光滑，减少了颗粒间团聚的现象，并能够提高活性，增强与聚氨酯之间的附着能力，从而提高填充材料的抗拉强度。
结合实施例1-3与实施例8-9并结合表1可以看出，实施例1-3的各项试验数据均优于实施例8-9，说明磁性颗粒的粒径影响最终制得的填充材料的性能，选择粒径为4-8μm的磁性颗粒有益于填充材料抗拉强度的提高。
结合实施例1与与实施例10并结合表1可以看出，实施例10的各项试验数据均优于实施例1，说明使用磷酸酯类分散剂做分散剂相比其他类型的分散剂与聚氨酯具有更好的相容性，帮助提高填料在聚氨酯中的分散性，帮助提高填充材料的性能。
结合实施例1与实施例11并结合表1可以看出，实施例11的各项试验数据均优于实施例1，说明环氧树脂的加入能够进一步提高材料的强度，其良好的附着力也有利于进一步改善聚氨酯与其他原料间的粘接性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种桥梁伸缩缝填充材料，其特征在于，包括如下重量份原料：
聚氨酯树脂10-20份、二氧化钛1-3份、水泥6-8份、矿粉2-4份、磁性颗粒4-8份、固化剂0.1-0.3份、分散剂0.5-1份、水5-10份；所述聚氨酯树脂为水性聚氨酯。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝填充材料，其特征在于：所述聚氨酯树脂为经过改性处理的，包括如下重量份原料：聚己内酯10-12份、甲苯二异氰酸酯11-14.4份、1，4-丁二醇0.2-0.4份、二羟甲基丙酸0.3-0.5份、硅烷偶联剂2-5份。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝填充材料，其特征在于：所述改性聚氨酯制备包括以下步骤：
将甲苯二异氰酸酯以及聚己内酯混合在氮气保护的条件下70-80℃反应2-3h，制得聚氨酯预聚体，继续加入1，4-丁二醇与二羟甲基丙酸继续反应2-3h后加入丙酮降低粘度，降温至50-60℃，滴加硅烷偶联剂反应1-2h，体系温度降至常温中和后得到改性聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝填充材料，其特征在于：所述磁性颗粒为经过预处理的磁性颗粒，具体步骤如下：称取磁性颗粒球磨，使用酒精做球磨介质，转速300-350r/min，球磨1-2h，得到经过预处理的磁性颗粒。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝填充材料，其特征在于：所述磁性颗粒的粒径为4-8μm。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝填充材料，其特征在于：所述分散剂为磷酸酯类分散剂。
7.根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝填充材料，其特征在于：所述原料中还包括1-3份的环氧树脂。
8.一种如权利要求1-7任一所述的桥梁伸缩缝填充材料，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将磁性颗粒与聚氨酯加入丙酮溶液中超声处理后，加热至40-50℃后，依次加入固化剂、二氧化钛、矿粉、水泥以及分散剂搅拌均匀，得到混合物；
（2）将所述混合物填充到模具中，施加匀强磁场，等待固化成型后取出，得到所述桥梁伸缩缝填充材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311792776.7A CN117682810A (zh) | 2023-12-25 | 2023-12-25 | 一种桥梁伸缩缝填充材料及其制备方法 |
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| CN202311792776.7A CN117682810A (zh) | 2023-12-25 | 2023-12-25 | 一种桥梁伸缩缝填充材料及其制备方法 |
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| CN117682810A true CN117682810A (zh) | 2024-03-12 |
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|---|---|
| CN (1) | CN117682810A (zh) |
-
2023
- 2023-12-25 CN CN202311792776.7A patent/CN117682810A/zh active Pending
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