大坝混凝土裂缝修补材料的制备研究.pdf
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1、第 4 2卷 第 1 0期 2 O 1 1 年 5 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 42, No 1 0 Ma y, 2 01I 文章编 号: 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 8 0 0 3 大坝混凝土裂缝修补材料的制备研究 韩 炜 , 杜 科 。 , 李 珍 , 汪 在 芹 ( 1 长江科学院 材料 与结构研 究所 ,湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ; 2 国家大坝 安全工程 技术研 究 中心 , 湖北 武 汉 4 3 0 0 1 0 ; 3 水利部水工程安全与病害 防治工程技术研究 中心 , 湖北 武汉 4
2、 3 0 0 1 0 ) 摘要 : 混凝土裂缝修补 材料对 阻止混凝土性 能的劣化具有重要作 用。利 用聚天 门氡氨酸 酯、 异氰酸 酯、 纳米 S i O , 、 硅 烷 偶联 剂 、 活性 稀 释 剂 制 备 纳 米 复合 修 补 材料 用 于 大 坝 混 凝 土 裂 缝 修 补 。通 过 万 能试 验 机 分 析 了不 同种类异氰酸酯的用量对材料拉伸 强度和断裂伸长率的影响 , 通过调整 异氰 酸酯的种 类及 用量 , 可以得到满 足不同力学性能要求的大坝裂缝修补材料。此外 , 试验证明涂刷裂缝修补材料 的混凝土试件的抗冻、 抗碳化、 抗冲磨 能力得到明显提高, 可见该 裂缝修补材料 的
3、使 用对混凝 土耐 久性 的提 高具 有一 定的作 用。目前 , 该大 坝 混凝 土裂 缝 修 补材 料 在 南水 北 调 工程 中得 到 应 用 , 效 果 良好 。 关键词 : 聚天 门氡氨酸酯;畀氰酸酯;裂缝修补 ; 混凝土耐久性 中图法分类号 : T V 4 3 1 交献标志码 : A 混 凝土是 水利工 程 建设 中不 可缺 少 的 、 用 量 最大 的建筑 材料 , 对 整 个 工 程 的 安 全运 行 起 着 重 要 作 用 。 裂 缝是 大坝混 凝 土 的主 要病 害 之一 ” , 因此 大 坝裂 缝 修补材料 的研 制对 于维 护大坝 耐久性 能及其 安全有 效 的运行 至关
4、重要 。 混凝土 的劣化 总是 从 表 面开 始 向 内扩 展 , 外 部侵 蚀性 离子是 导致混凝 土结构 物耐久性 下 降的主要原 因 之一 。混凝 土的外表 面经 常承受温度 变化 、 水 流 冲刷 、 干湿交 替 、 冻融循 环等作 用 , 从 而不断 被风化 、 剥 蚀 、 碳 化 , 且 随时间 的推移逐 步加剧 , 最终危及 工程安 全 。因 此 , 为 了防止 因混 凝土劣 化影 响工程 的使 用寿命 , 除科 学 合理 的设 计 、 优 质 的施 工质量外 , 还需对 混凝 土表面 进行 特殊保 护 。 聚脲弹性体( p o l y u r e a e l a s t o m
5、 e r ) 技术是国外近 1 0 年来继 高 固体分 涂 料 、 水性 涂 料 、 辐射 固 化涂 料 、 粉末 涂 料等 低 ( 元 ) 污染涂装 技术 之 后 , 为适应 环保 需 求 而 研 制开发 的一 种新 型无 溶剂 、 无 污染 的绿色施 工技术 。 聚脲弹性体 涂装技 术 集 塑料 、 橡 胶 、 涂料 、 玻 璃 钢多 种 功能于一 身 , 全面 突破 了传统环保 型涂装 技术 的局限 , 很适合作为混凝土的裂缝修补涂层材料 。 。 聚天 门氡 氨酸酯 聚脲 材料是近 几年来在 聚脲 工业 领域 出现 的一 种 具有 高 耐 久性 、 慢 反 应 、 高性 能 的 材 料
6、, 它彻底 改变 了传统聚脲 以伯胺为原料 , 反应速度太 快 、 附着力 差的缺 点 。当聚 天 门氡 氨酸 酯与 同是 脂肪 族 的异氰 酸酯反应 时 , 能够得 到 耐候 性 非常 好 的脂肪 族 聚脲材料 。 本文用 聚天 门氡 氨酸酯和异氰 酸酯作 为主要原料 制备 大坝混凝 土弹性 裂缝 修补 材 料 , 并 对 其耐 久性 进 行 了系统研究 。 1 材料制备与性能 1 1 原 材料 聚天 门氡 氨酸酯 A和脂 肪族 异氰 酸酯 B 1 、 B 2 ( 拜 耳公司生产 ) , S i O 粒子、 硅烷偶联剂活性稀释剂( 国 内产 品 ) 。 1 2复合材料的制备方法 步骤 1 。
7、把活性稀 释剂 、 纳 米 S i O 、 硅 烷偶 联剂按 收 稿 日期 : 2 0 1 00 92 5 基金项 目: 国际科技合作 项 目( 2 0 1 0 D F B 7 0 4 7 0 ) ; 中央级公益性科研 院所基本科研项 目费( C K S F 2 0 1 0 0 1 4 ) 作者简介: 韩 炜, 男, 高级工程师 , 主要从 事有机、 无机纳米复合材料及水工新材料的研究。E m a i l : w e i h a n y a h o o c n 第 l O期 韩 炜 , 等: 大坝混凝土裂缝修补材料 的制备研 究 8 1 照一定 比例在 高 速 分散 机 中以 2 0 0 0
8、r rai n进 行 高速 分散 6 0 ra i n 。 步骤 2 。把聚天门氡氨酸酯与稀释剂 、 纳米 S i O 、 硅 烷 偶 联 剂 的 均 匀 混 合 物 在 高 速 分 散 机 中 以 1 0 0 0 r rai n 进行 高速 分散 3 0 m i n 。然后 在超 声分 散机 ( 频 率 8 0 k H z 、 功率 4 k W) 中进 行 超 声 分 散 , 共 分 散 3 次 , 每次 1 0 m i n , 间隔 5 m i n 。最后 静置 6 0 mi n后得 到 A组 份 。 步骤 3 。 以不 同结 构 的 脂 肪 族 异 氰 酸 酯 为 B组 分 。 步骤 4
9、 。根据 氨 基 当量 和 异 氰 酸 酯 基 当量 , 确 定 合适 的 A组 分与 B组 分 的用量 比 , 制得 聚 天 门氡 氨 酸 酯纳米 复合 材料 。 典 型 的双组 分 聚天 门氡氨 酸酯 纳米 复合 材料 的配 方见表 1 。 表 l 双组分聚天 门氡氨酸酯纳米复合材料配方 聚天门氡氨酸酯组分质量百分 异氰酸酯组分 质量百分 ( A 组 分 ) 比 ( B组 分 ) 比 聚天门氡氨酸酯 3 O 5 O 脂肪族 异氰酸酯 1 09 O 活性 稀 释 剂 1 6 纳米 S i O 2粒子 11 0 硅烷偶联剂 微量 1 3力学性能试 验 试 件采 用 树 脂 浇铸 体 性 能 试
10、 验 方 法 总则 G B T 2 5 6 71 9 9 5所规定 的方 法制 作 , 试 样 制备 完成 2 1 d后 进行力学试验。试验按 树脂浇铸体拉伸性能试验方 法 G B T 2 5 6 81 9 9 5的有 关 方 法进 行 。采 用 深 圳 市 瑞格 尔仪器 有 限 责 任 公 司 生 产 的 R G M 一3 0 A 万 能 试 验机 。 1 4复合材料的耐久性试验 抗 冻性 能 试 验 的 标 准 试 件 为 4 0 mm 4 0 m l T l 1 6 0 m m 的棱 柱 体 , 抗 冻标 号 为 F 7 5 。在 试 件 表 面涂 刷 1 mm厚 的复合 材 料 ( 涂
11、刷 方法 为滚 涂 , 涂刷 工 具 为滚 筒 ) , 7 d后 进行 冻 融 试 验 。冻 融试 验按 水 工 混 凝 土 试验 规程 S L 3 5 22 0 0 6的有 关 方 法 进 行 , 采 用 日本 大 阪 MA R U I& C O ,L T D 生 产 的 MI T一6 8 306 3 型全 自动 混凝 土冻融 试验 机 。 碳化试 验 的标 准试件 为 边 长 7 0 7 m m 的立 方 体 。 在试 件 表面涂刷 1 mm厚 的复合 材 料 , 7 d后进 行碳 化 试验。碳化试 验按 水 工混凝土试验规程 S L 3 5 2 2 0 0 6的有 关方 法进 行 , 采
12、 用北 京 数 智 意 隆仪 器 有 限公 司的 C C B一 7 0 W 型 混凝 土碳 化试验 箱 。 抗 冲磨 试 验 的 标 准 试 件 为 直 径 3 0 0 mm、 高 1 0 0 m m 的 圆柱 体 ( 采 用 C 4 0抗 冲 磨 混 凝 土 。配 比 为 : 水 l 3 5 w t 、 水 泥 3 6 0 w t 、粉 煤 灰 9 0 w t 、砂 6 1 9 w t 、 石 1 2 5 8 w t ) 。在试 件 表 面涂 刷 1 m r n厚 的复 合材 料 , 7 d后进 行抗 冲磨 试 验 。抗 冲磨 试 验按 水工 混 凝 土试验 规 程 S L 3 5 22 0
13、 0 6的有 关 方 法 进 行 , 采 用 南 京水利 科 学 研 究 院仪 器 厂 的 H K SI I 型 混 凝 土 抗 冲磨 试验 机 。 2 结 果与讨论 2 1 力 学试 验 聚天门氡氨酸酯纳米复合材料的力学性能 ( 拉伸 强 度 和断裂 伸 长 率 ) 根据 树 脂 浇 铸 体拉 伸 性 能 试 验 方 法 G B T 2 5 6 81 9 9 5的有 关标 准进行 检测 , 检测 结 果 见表 2 。 表 2双组分聚天 门氡氨酸酯纳米复合材料力学性能 绘 制不 同 B 1与 B 2的 比值 对 位 伸 强 度及 断 裂 伸 长率 的影 响如 图 1 、 图 2所 示 。 斟
14、出 堡 图 1异 氰 酸 酯 B 1与 B 2的 比 值 对 断 裂 伸 长 翠 的 影 响 试验结 果 表 明 , 拉 伸 强 度 随 B 1含 量 的 增 加 而 增 大, 而断裂伸 长率 随 B l含量的增加而降低。拉伸强 度随 B 2含量的增加而下降 , 但是断裂伸长率随 B 2含 量的增加而增大。这是因为 B 1的分子链断短 , 且属 于刚 性链段 , 因此对拉 伸强 度有 正 面的 贡献 。B 2的分 子链 段长 , 且属 于柔性 链段 , 因此对 断裂伸长 率 的贡献 较 大 。可见 , 在制 备裂 缝修 补材 料时 , 可 根据 工程 现场 的实 际情况 对 A、 B 1 、
15、B 2组 分进行 必要 的复 配调 整 , 以 达 到所 需要 求 。 8 6 人 民 长 江 2 0 1 1年 增加呈 非线性 减 小 , 内摩 擦 角 则 随沥青 含量 的增 加 呈现 出先 增加后减 小的趋 势 。 ( 4 )沥青含 量对 沥青 混凝土力 学性质 的影 响首先 和沥青 的物理性质 有关 , 其 次 和骨 料 问沥 青 膜 的厚度 有 关。 ( 5 )在沥 青混凝 土 工程 施工 中 , 要 根 据 工程 要求 及粗 细骨料 的配 比情 况 , 通过 室 内力 学性 质 试 验选 择 出适 合 的沥青 配 比 , 达 到既经 济又安全 的 目的。 参考 文献 : 1 中国长
16、江三峡工程 开发总公 司 D L T 5 3 6 2 2 0 0 6水工 沥青混凝 土试验规程 S 北京: 中国电力 出版社 , 2 0 0 7 2 何晓民 沥青混凝土三轴应力条件下的力学特性 J 长江科 学院 院报 , 2 0 0 0, 1 7 ( 2 ): 3 9 4 O 3 王为标, 孙振天 , 吴利言 沥青混凝 土应力 一应变特性研 究 J 水 4 5 6 f 7 8 9 1 O 利 学报 , 1 9 9 6, ( 5 ) : 23 交通部公路科 学研 究所 J T J 0 5 2 2 0 0 0公路工程沥青及 沥青混 合料试验规程 s 北京: 人 民交通 出版社, 2 0 0 0 任
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