高桩码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种改性混凝土，本发明也涉及一种改性混凝土的制备方法。具 体地说是一种适用于高粧码头面板的水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土及制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着沿海城市经济的飞速发展，海上货运已经成为一种必不可少的交通运输方 式。从而，码头的兴建也越来越多，其中高粧码头被广泛应用。码头面板是高粧码头结构的 一个重要组成部分，码头面板的耐久性直接影响整个高粧码头的耐久性。同时，码头面板受 损维修耽误码头的使用，会影响实际的使用效益，因此码头面板材料的选择是十分重要的。 普通混凝土码头面板往往因氯离子侵蚀，冰冻和碳化而受损伤。这些损伤虽然最初是浅表 面的，随着时间的推移，他们会延伸至内层结构材料，引起钢筋腐蚀，威胁整座码头的寿命。 因此要求人们开发出耐久性更长的码头面板材料。
[0003] 目前国内外已经有许多关于码头梁板碳纤维聚合物改性混凝土的研究，并有对于 该技术研究和分析的文献报道:如"聚合物钢纤维混凝土的增强机理分析"（罗立峰，周建 春，黄培彦.《复合材料学报》2002，19:46-50.)中，采用的聚合物钢纤维改性混凝土是添加 丁苯乳胶制备而成的；"聚丙烯纤维复合胶粉改性混凝土的抗冻性能"（伏利鹏.《混凝土与 水泥制品》，2014，11:49-51.)中，提到的聚合物纤维改性混凝土是掺入聚丙烯纤维和醋酸 乙烯酯-乙烯共聚物乳胶粉进行改性处理的；"钢纤维聚合物水泥混凝土物理力学性能研 究"（赵翔.重庆交通大学，2013 .)，通过在混凝土中掺加钢纤维与丁苯乳液的方法获取高性 能的水泥混凝土，这种钢纤维聚合物高性能混凝土具有抗拉强度高、变形能力好、耐久性与 抗侵蚀能力好、具有良好的粘结性能等特点。这种混凝土是通过添加钢纤维和丁苯乳液进 行改性处理的；"纤维增韧聚合物水泥混凝土的性能研究"（姚树义.哈尔滨工业大学， 2011.)，通过添加聚乙烯醇纤维和钢纤维来提高混凝土的强度、韧性和耐久性;通过添加丁 苯胶乳来改善纤维与混凝土基体界面的粘聚性;公开号为CN103011730A(2013-04-03)的专 利文件中公开的"一种纤维和聚合物复合增韧混凝土及其制备方法"中，混凝土基本原材料 为粗集料、细集料、硅酸盐水泥、粉煤灰、聚羧酸减水剂、聚乙烯醇纤维、苯乙烯-丙烯酸酯共 聚物。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种能有效地解决码头面板在复杂环境下容易受到腐蚀 破坏的问题，大大减少在运营过程中的修复费用的高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物 改性混凝土。本发明的目的还在于提供一种高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混 凝土的制备方法。
[0005] 本发明的高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土由硅酸盐水泥、石 子、中砂、粉煤灰、硅灰、萘系高效减水剂、水性聚氨酯、水以及碳纤维制成，其中硅酸盐水 泥、石子、中砂、粉煤灰、硅灰、萘系高效减水剂、水性聚氨酯、水的重量配比依次为：17.8% ~19·9%、28·8%~30%、35.5%~39·3%、3·2%~3·5%、1·5%~1·8%、0·2%~0.25%、 5.4%~7.2%、2%~3.65%，碳纤维体积掺量为0.1 %~0.3%。
[0006] 本发明的高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土的制备方法为：
[0007] (1)将甲基纤维素加入80°C的水中，分散剂震荡3min，静置20min，再加入碳纤维， 继续震荡至碳纤维完全分散；
[0008] (2)将步骤(1)的产物过滤，将碳纤维过滤出来进行烘干；
[0009 ] (3)在常温下，将干燥的石子和硅酸盐水泥、中砂、粉煤灰、硅灰以及碳纤维投入到 搅拌机中，搅拌3min，随后加入水性聚氨酯乳液，再搅拌3min，接着加入水，搅拌2min，最后 加入萘系高效减水剂，搅拌2min。
[0010] 本发明针对高粧码头普通面板容易受到腐蚀破坏，强度低的问题，提供了一种添 加水性聚氨酯和碳纤维的聚合物改性混凝土及制备方法。这种聚合物改性混凝土具有耐磨 损，高强，耐久，抗氯离子渗透的优点，从而防止混凝土的冻融破坏和钢筋锈蚀破坏，使结构 的寿命得以延长，从而取得更好的经济效益。可以有效地解决码头面板在复杂环境下容易 受到腐蚀破坏的问题，大大减少了在运营过程中的修复费用。
[0011] 本发明提供了高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土，它可以运用在 对耐久性要求较高，或是修复比较困难，承受疲劳荷载的高粧码头面板结构中。还可根据其 特征运用在海工结构，高速公路，隧道，飞机跑道等混凝土工程。
[0012] 本发明提供的水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土，与传统的水泥混凝土相比具 有以下主要优点：
[0013] 第一、强度高，水性聚氨酯薄膜形成于浆体和集料的界面上，可以增强骨料和浆体 之间的粘结力。同时碳纤维掺入后可以优化聚合物混凝土内部结构，提高材料整体性。又由 于加入的碳纤维相对强度和抗拉韧度较高，因此可以大大改善聚合物混凝土的抗弯，抗拉 强度。其压缩强度为72~78MPa，弯曲强度为16~18MPa，拉伸强度为12~14MPa。
[0014] 第二、耐久性好，由于水性聚氨酯形成的薄膜的毛细孔能阻止水的吸收和渗透，从 而可以有效的防止腐蚀介质的进入;其次由于碳纤维的拉结作用使抗裂能力得到提高，减 少了微裂纹网格的形成，阻止了水分的传输;最后添加的硅灰使混凝土中产生高PH介质对 钢筋防锈蚀有保护作用。
[0015] 第三、硬化后聚合物改性混凝土具有优良的抗渗和抗冻性能。
[0016] 第四、制备工艺简单，施工方便，耐磨性与抗冲击性能优良。
[0017] 第五、加入的粉煤灰以及硅灰属于工业废料，水性聚氨酯具有不污染，运输安全等 特点，因此使材料具有节能环保的特点。
[0018] 第六、运用广泛:本材料主要用于承受疲劳荷载，耐久性要求高或者修复比较困难 的高粧码头面板结构。另外还可以广泛运用于海工结构，高速公路，隧道，机场跑道等混凝 土工程。
【具体实施方式】
[0019] 下面举例对本发明做更详细的描述。
[0020] 本发明的高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土是在普通混凝土的 基础上，按照一定的比例加入粉煤灰，硅灰，萘系高效减水剂，水性聚氨酯，碳纤维等物质对 其进行改性处理。其中52.5普通硅酸盐水泥、最大粒径不超过20mm的石子、中砂、粉煤灰、硅 灰、萘系高效减水剂、水性聚氨酯以及水这几种原料，按照重量配比依次为：17.8%~ 19·9%、28·8%~30%、35·5%~39·3%、3·2%~3·5%、1·5%~1·8%、0·2%~0·25%、 5.4%~7.2%、2%~3.65%。碳纤维体积掺量0.1%~0.3%。
[0021]本发明提供了水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土按照以下方法制备，其步骤包 括：
[0022] 1配比：将52.5的普通硅酸盐水泥，最大粒径不超过20mm的石子，中砂，粉煤灰，硅 灰，萘系高效减水剂，水性聚氨酯以及水这几种原料，按照重量配比依次为：17.8%~ 19·9%、28·8%~30%、35·5%~39·3%、3·2%~3·5%、1·5%~1·8%、0·2%~0·25%、 5.4%~7.2%、2%~3.65%。碳纤维体积掺量0.1%~0.3%。
[0023] 2制备工艺：
[0024] 1)将水倒入盆中，水温为80°C，放入甲基纤维素分散剂震荡3min，静置20min，使甲 基纤维素均匀溶解在水中。再将碳纤维加入，继续震荡至碳纤维完全分散。
[0025] 2)使用过滤网将碳纤维过滤出来，放在烘干箱中烘干。
[0026] 3)在常温下，将干燥的石子和普通硅酸盐水泥、中砂、粉煤灰、硅灰以及碳纤维投 入到搅拌机中，搅拌3min。随后加入水性聚氨酯乳液，再搅拌3min。接着加入水，搅拌2min。 最后加入萘系高效减水剂，搅拌2min，使拌合物达到均匀状态，即可进行施工。
[0027]按照下列实验配比做实验，测试其力学性能。
[0028]实施例1:52.5普通硅酸盐水泥、最大粒径不超过20mm的石子、中砂、粉煤灰、硅灰、 以β-萘磺酸甲醛缩合物为主要成分的混凝土高效减水剂、含固量为35%的水性聚氨酯以 及水这几种原料，按照重量配比依次为：17.8%、28.8%、39.3%、3.2%、1.5%、0.2%、 7.2%、2%。长度7mm的碳纤维体积掺量为0.3%。
[0029]实施例2:52.5普通硅酸盐水泥、最大粒径不超过20mm的石子、中砂、粉煤灰、硅灰、 以β-萘磺酸甲醛缩合物为主要成分的混凝土高效减水剂、含固量为35%的水性聚氨酯以 及水这几种原料，按照重量配比依次为：19.9%、30%、35.5%、3.5%、1.8%、0.25%、 5.4%、3.65%。长度7mm的碳纤维体积掺量为0.1 %。
[0030] 上述实施例是对本发明的进一步说明，但不限制本发明。
[0031] 按照上述实例中的配方配制的高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝 土材料，经测试，其主要力学性能见表1。
[0032] 表1高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土材料的主要力学性能
【主权项】
1. 一种高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土，其特征是由硅酸盐水泥、 石子、中砂、粉煤灰、硅灰、萘系高效减水剂、水性聚氨酯、水以及碳纤维制成，其中硅酸盐水 泥、石子、中砂、粉煤灰、硅灰、萘系高效减水剂、水性聚氨酯、水的重量配比依次为：17.8% ~19·9%、28·8%~30%、35.5%~39·3%、3·2%~3·5%、1·5%~1·8%、0·2%~0.25%、 5.4%~7.2%、2%~3.65%，碳纤维体积掺量为0.1 %~0.3%。2. -种权利要求1所述的高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土的制备方 法，其特征是： (1) 将甲基纤维素加入80°C的水中，分散剂震荡3min，静置20min，再加入碳纤维，继续 震荡至碳纤维完全分散； (2) 将步骤(1)的产物过滤，将碳纤维过滤出来进行烘干； (3) 在常温下，将干燥的石子和硅酸盐水泥、中砂、粉煤灰、硅灰以及碳纤维投入到搅拌 机中，搅拌3min，随后加入水性聚氨酯乳液，再搅拌3min，接着加入水，搅拌2min，最后加入 萘系高效减水剂，搅拌2min。3. 根据权利要求2所述的高粧码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土的制备方 法，其特征是:所述萘系高效减水剂为以β-萘磺酸甲醛缩合物为主要成分的混凝土高效减 水剂。
【专利摘要】本发明提供的是一种高桩码头面板水性聚氨酯碳纤维聚合物改性混凝土及制备方法。由硅酸盐水泥、石子、中砂、粉煤灰、硅灰、萘系高效减水剂、水性聚氨酯、水以及碳纤维制成，其中硅酸盐水泥、石子、中砂、粉煤灰、硅灰、萘系高效减水剂、水性聚氨酯、水的重量配比依次为：17.8％～19.9％、28.8％～30％、35.5％～39.3％、3.2％～3.5％、1.5％～1.8％、0.2％～0.25％、5.4％～7.2％、2％～3.65％，碳纤维体积掺量为0.1％～0.3％。这种聚合物改性混凝土具有耐磨损，高强，耐久，抗氯离子渗透的优点，从而防止混凝土的冻融破坏和钢筋锈蚀破坏，使结构的寿命得以延长。可以运用在对耐久性要求较高，或是修复比较困难，承受疲劳荷载的高桩码头面板结构中。
【IPC分类】C04B28/04
【公开号】CN105645875
【申请号】
【发明人】刘宗民, 江润东, 毛继泽, 赵昆璞, 张健
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月4日