结构修复用超强高韧性聚酯混凝土、制备方法和应用

摘要

本申请公开了一种结构修复用超强高韧性聚酯混凝土、制备方法和应用。该结构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为聚酯多元醇；所述的C组分包括以下重量百分含量的组分：水泥10～20％、粉煤灰10～20％、矿石粉10～20％、石英砂50～70％。本发明具有施工工艺简便、施工工期短、工程造价低的特点。

权利要求

1.一种结构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组分包括以下重量百分含量的组分：水泥10～20%、粉煤灰10～20%、矿石粉10～20%、石英砂50～70%；所述A组分、B组分和C组分的质量比为3‑5:3‑5:90‑95；

所述石英砂的粒径筛分累计重量为：

2.0mm以上       0%

2.0‑1.6mm       7‑12%

1.6‑1.0mm：      28‑38%

1.0‑0.5mm：      62‑72%

0.5‑0.16mm：     82‑92%

0.18‑0.08mm：    98‑99%

0.08‑0.00mm：    100％；

所述聚酯多元醇为以己二酸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、二乙二醇、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）再将己二酸、十二烷二酸按一定的摩尔比投入至反应釜中；

所述己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为5.474：

0.434：2.441：7.539：0.745；

或，所述己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为4.790： 

0.434：11.096：1.885：0.745；

或，所述己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为5.474：

0.434：2.219：9.432：0.745；

（3）搅拌将反应体系升温至120 150℃，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

200～800mg KOH /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，得到以己二酸为基础的聚酯多元醇；

所述聚酯多元醇酸值为小于1.50mg KOH /g，平均分子量为140～560；

所述改性剂为丙酮、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂；

所述丙酮的添加量为聚酯多元醇重量的15‑25%；

所述阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的2‑7%0；

所述消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的2‑7%0。

2.根据权利要求1所述的结构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4:4:92。

3.根据权利要求1或2所述的结构修复用超强高韧性聚酯混凝土，其特征在于，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200～800mg KOH /g时，停止通入氮气。

4.根据权利要求1‑3任一项所述的结构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1440转／分钟的钻机预搅拌3～5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 10分钟，充分混合，得到结构修复用超强高韧性聚酯混凝土。

~

5.一种权利要求1‑3任一项所述的结构修复用超强高韧性聚酯混凝土在钢筋及预应力混凝土结构局部断面修复、混凝土承重结构加固补强、军民用机场混凝土道面维修和超薄层罩面、大坝圬工混凝土结构的维修加固中的用途。

说明书

结构修复用超强高韧性聚酯混凝土、制备方法和应用

技术领域

[0001] 本申请涉及一种混凝土，特别是涉及一种结构修复用超强高韧性聚酯混凝土、制备方法和应用。

背景技术

[0002] 随着重型交通量的增加和车辆荷载等级的提高，处于残酷自然条件下，具有钢筋及预应力混凝土结构在各种荷载作用下普遍存在钢筋锈蚀、混凝土裂缝、脱落等典型病害，导致存在极其严重的交通安全隐患。

[0003] 目前，常规的钢筋及预应力混凝土结构的局部断面修复多采用水泥砂浆或细石混凝土、聚合物改性复合材料。但是，大量调查研究结果表明，上述常规混凝土局部断面修复技术多出现修复材料自身裂缝、钢筋锈胀后空鼓和脱落等一系列技术问题，使用效果不佳。

发明内容

[0004] 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。提供了一种适应于钢筋及预应力混凝土结构的局部断面修复的结构修复用超强高韧性聚酯混凝土够。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种结构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；

[0006] 所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；

[0007] 所述的B为聚酯多元醇；

[0008] 所述的C组分包括以下重量百分含量的组分：

[0009] 水泥10～20％、粉煤灰10～20％、矿石粉10～20％、石英砂50～70％。

[0010] 所述A组分、B组分和C组分的质量比为3‑5:3‑5:90‑95。

[0011] 所述A组分、B组分和C组分的质量比为4:4:92。

[0012] 所述聚酯多元醇为以己二酸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：

[0013] (1)将1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷按一定的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；

[0014] (2)再将己二酸、十二烷二酸按一定的摩尔比投入至反应釜中；

[0015] (3)搅拌将反应体系升温至120～150℃，反应体系呈澄清透明状液体后恒温至出水；

[0016] (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，保持3‑5小时，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；

[0017] (5)将体系降温至50‑60℃，加入改性剂后搅拌均匀，得到以己二酸为基础的聚酯多元醇；

[0018] 所述改性剂包括丙酮、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂；

[0019] 所述丙酮的添加量为聚酯多元醇重量的15‑25％；

[0020] 所述阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的2‑7％0；

[0021] 所述消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的2‑7％0。

[0022] 通过添加丙酮延缓聚酯混凝土凝固时间，提高施工操作性；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。

[0023] 所述己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为5.474：0.434：2.441：7.539：0.745；

[0024] 或，所述己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为4.790：0.434：11.096：1.885：0.745；

[0025] 或，所述己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为5.474：0.434：2.219：9.432：0.745。

[0026] 进一步地，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。通入氮气可加速体系中的水分和游离小分子排出。进一步脱除缩聚反应产生的小分子，减少残单的残余量，促进反应进行。

[0027] 所述聚酯多元醇酸值为小于1.50mgkoh/g，平均分子量为140～560。

[0028] 所述石英砂的粒径筛分累计重量为：

[0029]

[0030]

[0031] 本发明还提供一种结构修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法，包括以下步骤：

[0032] (1)按量称取A组分、B组分和C组分；

[0033] (2)将A组份加入到B组分中，采用转速不小于1440转/分钟的钻机预搅拌3～5分钟，形成有机胶结剂材料；

[0034] (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5～10分钟，充分混合，得到结构修复用超强高韧性聚酯混凝土；

[0035] (4)现场浇注混凝土，自然养生0.5～2小时。

[0036] 本发明又提供一种结构修复用超强高韧性聚酯混凝土在钢筋及预应力混凝土结构局部断面修复、混凝土承重结构加固补强、军民用机场混凝土道面维修和超薄层罩面、大坝圬工混凝土结构的维修加固中的用途。

[0037] 本发明克服了常规维修加固材料中存在的钢筋锈蚀膨胀而导致修复加固材料自身裂缝、空鼓、脱落等关键性技术难题，以异氰酸酯、聚酯多元醇、各种改性剂为胶结剂，以水泥、粉煤灰、矿石粉、石英砂等细骨料为增强填充剂，在常温常压下制作的钢筋及预应力混凝土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。

具体实施方式

[0038] 下面通过具体实施例对本申请做进一步的说明：

[0039] 实施例1

[0040] 按照以下重量百分含量准备原料：

[0041] 所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；

[0042] 所述的B组分为聚酯多元醇；

[0043] 所述的C组分包括以下重量百分含量的组分：

[0044] 水泥15％、粉煤灰15％、矿石粉15％、石英砂55％。

[0045] 所述A组分、B组分和C组分的质量比为4:4:92。

[0046] 聚酯多元醇的制备方法：

[0047] 按照己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为5.474：0.434：2.441：7.539：0.745准备原料；

[0048] (1)将1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷按上述的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；

[0049] (2)再将己二酸、十二烷二酸按上述的摩尔比投入至反应釜中；

[0050] (3)搅拌将反应体系升温至145℃，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℃；

[0051] (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1～2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408mgkoh/g，停止抽真空；最终测得聚酯多元醇的羟值为408mgkoh/g、酸值为1.26mgkoh/g，平均分子量为274.3。

[0052] (5)将反应体系的釜顶出水温度由98℃降至55℃，加入丙酮、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂后搅拌均匀，得到以己二酸为基础的聚酯多元醇；丙酮的添加量为聚酯多元醇重量的20％；磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的5％0；有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的5％0。

[0053] 其中，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。

[0054] 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。

[0055] 其中石英砂的粒径筛分累计重量为：

[0056]

[0057] 经过级配实验确定所述的石英砂级配，其密度最大、空隙率最小。采用此石英砂对制备的结构修复用超强高韧性聚酯混凝土的力学特性、耐久性和经济性均有益处。

[0058] 结构修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法：

[0059] (1)按量称取A组分、B组分和C组分；

[0060] (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；

[0061] (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；

[0062] (4)现场浇注混凝土浆到机场混凝土待修补的道面上，自然养生2小时。

[0063] 实施例2

[0064] 按照以下重量百分含量准备原料：

[0065] 所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；

[0066] 所述的B组分为聚酯多元醇；

[0067] 所述的C组分包括以下重量百分含量的组分：

[0068] 水泥10％、粉煤灰20％、矿石粉10％、石英砂60％。

[0069] 所述A组分、B组分和C组分的质量比为3:5:90。

[0070] 聚酯多元醇的制备方法：

[0071] 按照己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为4.790：0.434：11.096：1.885：0.745准备原料；

[0072] (1)将1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷按上述的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；

[0073] (2)再将己二酸、十二烷二酸按上述的摩尔比投入至反应釜中；

[0074] (3)搅拌将反应体系升温至120℃，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；

[0075] (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40分钟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590mgkoh/g，停止抽真空；最终测得聚酯多元醇酸值为0.98mgkoh/g，平均分子量为189.9。

[0076] (5)将反应体系的釜顶出水温度由98℃降至50℃，加入丙酮、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂后搅拌均匀，得到以己二酸为基础的聚酯多元醇；丙酮的添加量为聚酯多元醇重量的25％；磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的2％0；有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的3％0。

[0077] 其中石英砂的粒径筛分累计重量为：

[0078]

[0079]

[0080] 结构修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法：

[0081] (1)按量称取A组分、B组分和C组分；

[0082] (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；

[0083] (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；

[0084] (4)现场浇注混凝土浆到现有混凝土结构局部断面上，自然养生2小时。

[0085] 实施例3

[0086] 按照以下重量百分含量准备原料：

[0087] 所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；

[0088] 所述的B组分为聚酯多元醇；

[0089] 所述的C组分包括以下重量百分含量的组分：

[0090] 水泥20％、粉煤灰10％、矿石粉20％、石英砂50％。

[0091] 所述A组分、B组分和C组分的质量比为5:3:95。

[0092] 聚酯多元醇的制备方法：

[0093] 按照己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为5.474：0.434：2.219：9.432：0.745准备原料；

[0094] (1)将1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷按上述的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；

[0095] (2)再将己二酸、十二烷二酸按上述的摩尔比投入至反应釜中；

[0096] (3)搅拌将反应体系升温至150℃，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；

[0097] (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20分钟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231mgkoh/g，停止抽真空；最终测得聚酯多元醇酸值为0.98mgkoh/g，平均分子量为482.8。

[0098] (5)将反应体系的釜顶出水温度由98℃降至60℃，加入丙酮、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂后搅拌均匀，得到以己二酸为基础的聚酯多元醇；丙酮的添加量为聚酯多元醇重量的15％；磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的7％0；有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的7％0。

[0099] 其中石英砂的粒径筛分累计重量为：

[0100]

[0101] 结构修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法：

[0102] (1)按量称取A组分、B组分和C组分；

[0103] (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；

[0104] (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；

[0105] (4)现场浇注混凝土浆到大坝圬工混凝土结构上，自然养生2小时。

[0106] 实施例4

[0107] 按照以下重量百分含量准备原料：

[0108] 所述A组分为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI；

[0109] 所述的B组分为聚酯多元醇；

[0110] 所述的C组分包括以下重量百分含量的组分：

[0111] 水泥10％、粉煤灰10％、矿石粉10％、石英砂70％。

[0112] 所述A组分、B组分和C组分的质量比为4:3:91。

[0113] 聚酯多元醇的制备方法：

[0114] 按照己二酸、十二烷二酸、1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷的摩尔比为5.474：0.434：2.441：7.539：0.745准备原料；

[0115] (1)将1,4‑丁二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷按上述的摩尔比投入至反应釜中，搅拌均匀；

[0116] (2)再将己二酸、十二烷二酸按上述的摩尔比投入至反应釜中；

[0117] (3)搅拌将反应体系升温至130℃，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；

[0118] (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408mgkoh/g，停止抽真空；最终测得聚酯多元醇的羟值为408mgkoh/g、酸值为1.26mgkoh/g，平均分子量为274.3。

[0119] (5)将反应体系的釜顶出水温度由98℃降至55℃，加入改性剂丙酮、磷酸酯类阻燃剂和有机硅消泡剂后搅拌均匀，得到以己二酸为基础的聚酯多元醇；丙酮的添加量为聚酯多元醇重量的18％；磷酸酯类阻燃剂的添加量为聚酯多元醇重量的4％0；有机硅消泡剂的添加量为聚酯多元醇重量的5％0。

[0120] 其中石英砂的粒径筛分累计重量为：

[0121]

[0122] 结构修复用超强高韧性聚酯混凝土的制备方法：

[0123] (1)按量称取A组分、B组分和C组分；

[0124] (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；

[0125] (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；

[0126] (4)现场浇注混凝土浆到钢筋及预应力混凝土结构局部断面上，自然养生2小时。

[0127] 本发明高强弹性混凝土的力学特性见表1

[0128]

[0129] 从表1本发明的测试数据可看出，本发明具有以下优点：

[0130] (1)C60混凝土的抗拉强度约为5MPa，本发明的混凝土是C60混凝土强度的十倍以上，说明本发明具有高强性；

[0131] (2)C60混凝土的极限拉、压应变分别约为125με、1500με，本发明的混凝土分别是其的6倍多和约2.8倍，说明本发明具有良好的韧性；

[0132] (3)本发明与混凝土之间的粘接强度为3.2MPa，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。

[0133] (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，表明专利产品具有良好的耐久性。

[0134] 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。

[0135] 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。

[0136] 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。