一种石墨烯掺杂树脂混凝土及其制备方法和脉冲电磁波快速养护方法与流程

2021-01-31 00:01:54|

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本发明涉及钢桥面铺装领域，具体涉及一种石墨烯掺杂树脂混凝土及其制备方法和脉冲电磁波快速养护方法。

背景技术：

环氧混凝土具有高强度、高粘结性、耐腐蚀性等优点而被广泛应用于国内外钢桥面铺装工程。环氧混凝土需要在120~180℃下拌和，虽然拌和余热能够在一定程度上促进其固化，但仍需在常温下进行长时间养护以达到最终强度。长时间道路封闭养护对交通运输、地方经济发展、国民出行满意度等方面带来了很大的影响。

近年来，国内外很多学者针对如何缩短环氧混凝土养护时间，缩短道路封闭时间进行了一系列的尝试。但其体系成分复杂，固化时间长，固化温度难以控制，成本较高，操作难度很大。

有鉴于上述现有的环氧混凝土中存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究和创新，以期创设一种石墨烯掺杂树脂混凝土及其制备方法和脉冲电磁波快速养护方法，本发明通过在树脂混凝土中掺杂石墨烯粉体，利用石墨烯粉体在树脂混凝土中构建三维导热网，进一步提高树脂混凝土的导热系数，大幅增强树脂混凝土在脉冲电磁波作用下的养护速度。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出具实用价值的本发明。

技术实现要素：

本发明的第一个目的是提供一种石墨烯掺杂树脂混凝土，通过在树脂混凝土中掺杂石墨烯粉体，利用石墨烯粉体在树脂混凝土中构建三维导热网，进一步提高树脂混凝土的导热系数，大幅增强树脂混凝土在脉冲电磁波作用下的养护速度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种石墨烯掺杂树脂混凝土，包括主剂a、固化剂b、悬浮密实型级配集料c及石墨烯粉体；其中，按照重量份数计算，所述主剂a包括：环氧树脂50~80份；端环氧基氨基甲酸酯预聚物10~30份；端环氧基稀释剂5~15份和偶联剂1~3份；石墨烯掺杂树脂混凝土用于钢桥面的铺装；主剂a和固化剂b反应得到的树脂材料与集料c质量比为100：5~10，树脂材料与石墨烯粉体质量比为100：0.1~1。

石墨烯的导热系数理论值高达5300w/(m·k)，本发明通过在树脂混凝土中掺杂石墨烯粉体，利用石墨烯粉体在树脂混凝土中构建三维导热网，进一步提高树脂混凝土的导热系数，大幅增强树脂混凝土在脉冲电磁波作用下的养护速度。采用脉冲电磁波装置对树脂混凝土进行快速养护，巧妙利用钢桥面板对脉冲电磁波的反射作用，在钢桥面板和束流罩的协同作用下可将脉冲电磁波高效、精准地作用在树脂混凝土上，利用脉冲电磁波的非致热效应大幅降低树脂混凝土固化反应活化能，降低活化温度，从而实现树脂混凝土快速固化，且脉冲电磁波对树脂混凝土的结构和性能没有任何影响，缩短了钢桥面铺装养护封闭交通的时间。

进一步的，主剂a和固化剂b质量比为1~4：1，主剂a和固化剂b得到的树脂材料与集料c质量比为100：5~10，树脂材料与石墨烯粉体质量比为100：0.1~1。

进一步的，按照重量份数计算，固化剂b包括胺类固化剂80~90份和端氨基聚醚稀释剂10~20份。

进一步的，环氧树脂是双酚a型环氧树脂850、双酚a型环氧树脂ep4400或双酚f型环氧树脂yd638中的任意一种。

进一步的，端氨基聚醚稀释剂为聚醚d-2000、聚醚d-400、聚醚d-230中的一种。

进一步的，端环氧基氨基甲酸酯预聚物为双官能度环氧化合物封端的氨基甲酸酯预聚物中柔性链段为分子量1000~5000的聚醚结构。此种聚醚结构是根据树脂材料中的环氧树脂主体而选择的，其主要作用为调节环氧树脂固化物的韧性，从而更加适用于钢桥面铺装对树脂材料抗裂性的需求。

进一步的，端环氧基氨基甲酸酯预聚物是epu-73b、epu-133或bh-133中的任意一种。

进一步的，端环氧基稀释剂为分子链端含有环氧基团的柔性缩水甘油醚活性稀释剂。环氧树脂为热固性材料，韧性较差，选择具有柔性脂肪碳链的胺类固化剂在对环氧树脂进行固化时，柔性脂肪碳链与环氧树脂形成一定的“网络互穿”结构，提高树脂材料的韧性，对树脂混凝土的马歇尔强度、低温稳定性、高温稳定性、抗疲劳等性能有很大的帮助。

进一步的，端环氧基稀释剂是聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚或新戊二醇二缩水甘油醚中任意的一种。

进一步的，胺类固化剂为具有柔性脂肪碳链的胺类固化剂。

进一步的，胺类固化剂是固化剂650、间苯二胺或固化剂zc-7115h中的任意一种。

进一步的，悬浮密实型级配集料c为ea-05、ea-10、ea-13中的任意一种。

进一步的，硅烷偶联剂为kh550、kh560、kh792中的一种。

进一步的，石墨烯粉体厚度为1~3nm，片径为25~50μm。本发明选用的石墨烯粉体厚度为1~3nm，片径为25~50um，能够有效提高树脂混凝土的导热系数，加快树脂混凝土在电磁波作用下的养护速度。

本发明的第二个目的是提供一种石墨烯掺杂树脂混凝土的制备方法，具有同样的效果。

本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：

本发明提供的一种石墨烯掺杂树脂混凝土的制备方法，包括如下操作步骤：

s1.将环氧树脂、端环氧基氨基甲酸酯预聚物和环氧基稀释剂、偶联剂在40~60℃下搅拌1~2小时，得到主剂a；

s2.将胺类固化剂和端氨基聚醚稀释剂混合搅拌0.5~1小时，得到固化剂b；

s3.将主剂a、固化剂b混合搅拌5分钟得到树脂材料；

s4.将树脂材料与石墨烯粉体搅拌5~10分钟得到石墨烯掺杂树脂材料，加入悬浮密实型级配集料c，混合5~10分钟，得到石墨烯掺杂树脂混凝土。主剂a和固化剂b反应生成树脂材料，树脂材料与石墨烯反应得到石墨烯掺杂树脂材料，再与集料c反应得到石墨烯掺杂树脂混凝土。这种制剂结构的好处有：主剂a及固化剂b保证树脂的力学性能及粘接性能；集料c按照一定的级配规则，保证树脂混凝土的基本路用性能；石墨烯在树脂材料中形成三维导热网络结构，最终提高树脂混凝土材料的导热性能。

本发明的第三个目的是提供一种石墨烯掺杂树脂混凝土的脉冲电磁波快速养护方法，具有同样的效果。

本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：

本发明提供的一种石墨烯掺杂树脂混凝土的脉冲电磁波快速养护方法，包括如下操作步骤：

a1.封闭交通，对原铺装病害处进行铣刨、挖除、喷砂除锈，将石墨烯掺杂树脂混凝土倒入钢桥面养护位置处，碾压，整平处理；

a2.采用脉冲电磁波快速养护装置进行固化处理，待树脂混凝土冷却至60℃以下即可开放交通。

作为上述技术方案的优选脉冲电磁波快速养护装置包括脉冲控制器，电磁波发射器和束流罩；脉冲控制器和电磁波发射器连接在一起并安装于束流罩的顶面，用于发射脉冲电磁波；且束流罩为五面体结构。

作为上述技术方案的优选，脉冲电磁波快速养护装置在使用时，将束流罩放置于原铺装层上，且以原铺装层上束流罩覆盖范围内的钢桥面板作为底面，底面与束流罩罩体的五个面构成一个封闭空间的六面体结构；利用所述电磁波发射器发射脉冲电磁波的非制热效应对所述六面体结构内部的石墨烯掺杂树脂混凝土进行固化。即钢桥面板作为底面与束流罩罩体五个面协同“束缚”电磁波作用，这样的六面体结构可以将脉冲电磁波高效、精准地作用在树脂混凝土上，将电磁波“束缚”在六面体养护区域内。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明制备石墨烯掺杂树脂混凝土，利用石墨烯粉体在树脂混凝土中构建三维导热网，进一步提高树脂混凝土的导热系数，大幅增强树脂混凝土在脉冲电磁波作用下的养护速度。

2.本发明利用脉冲电磁波的非制热效应大幅降低树脂混凝土固化反应活化能，降低活化温度，从而实现树脂混凝土快速固化，缩短了钢桥面铺装养护封闭交通的时间。

3.本发明巧妙利用钢桥面板对脉冲电磁波的反射作用，在钢桥面板和束流罩的协同作用下可将脉冲电磁波高效、精准地作用在树脂混凝土上，有效将电磁波“束缚”在特定养护区域，而不对其他区域产生影响，从而实现对树脂混凝土高效、精准养护。

4.本发明采用的脉冲电磁波装置只改变树脂混凝土的固化速率，并不会影响固化物的结构和性能，所以脉冲电磁波装置加速固化及常温缓慢固化可调节施工时间，方便现场选择性维修。

附图说明

图1为脉冲电磁波装置示意图。

图中，1为脉冲控制器，2为电磁波发射器，3为束流罩，4为石墨烯掺杂树脂混凝土，5为原铺装层，6为钢桥面板。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种石墨烯掺杂树脂混凝土及其制备方法和脉冲电磁波快速养护方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1：一种石墨烯掺杂树脂混凝土，包括如下组分：双酚a型环氧树脂85050份、端环氧基氨基甲酸酯预聚物epu-73b20份、聚乙二醇二缩水甘油醚5份、kh550偶联剂1份、胺类固化剂65080份、端氨基聚醚d-200010份、ea-05悬浮密实型集料和石墨烯粉体。

一种石墨烯掺杂树脂混凝土的制备方法：

s1.将50份双酚a型环氧树脂850、10份端环氧基氨基甲酸酯预聚物epu-73b、5份聚乙二醇二缩水甘油醚及1份kh550偶联剂依次投入搅拌机中，在50℃下搅拌混合2小时，得到主剂a；

s2.将80份胺类固化剂650、10份端氨基聚醚d-2000依次投入搅拌机中，搅拌混合0.5小时，得到固化剂b；

s3.将主剂a和固化剂b按照1：1的质量比投入搅拌机中，搅拌5分钟得到树脂材料；

s4.加入石墨烯粉体，树脂材料与石墨烯粉体质量比为100：0.1，搅拌5分钟后得到石墨烯掺杂树脂材料，ea-05悬浮密实型集料与树脂材料按照100：5的质量比投入到搅拌容器中，搅拌5~10分钟得到石墨烯掺杂树脂混凝土。

一种石墨烯掺杂树脂混凝土的脉冲电磁波快速养护方法，如图1所示，包括如下操作步骤：

a1.封闭交通，对原铺装层5的原铺装病害处进行铣刨、挖除、喷砂除锈，将石墨烯掺杂树脂混凝土4倒入钢桥面6养护位置处，碾压，整平处理；

a2.采用脉冲电磁波快速养护装置进行固化处理，待树脂混凝土冷却至60℃以下即可开放交通。

其中脉冲电磁波快速养护装置包括脉冲控制器1，电磁波发射器2和束流罩3。束流罩3覆盖范围内的钢桥面板5作为底面，与束流罩3罩体的五个面构成一个封闭空间的六面体结构。利用脉冲电磁波的非制热效应对六面体范围内树脂混凝土进行加速固化。脉冲电磁波遇到钢桥面板5底面及罩体五个面会发生反射作用，即钢桥面板5作为底面与束流罩3罩体五个面协同“束缚”电磁波作，这样的六面体结构可以将脉冲电磁波高效、精准地作用在石墨烯掺杂树脂混凝土4上，将电磁波“束缚”在六面体养护区域内。

实施例2：一种石墨烯掺杂树脂混凝土，包括如下组分：双酚a型环氧树脂ep440060份、端环氧基氨基甲酸酯预聚物epu-13320份、聚丙二醇二缩水甘油醚10份、kh560偶联剂2份、胺类固化剂间苯二胺85份、端氨基聚醚d-40015份、ea-05悬浮密实型集料和石墨烯粉体。

一种石墨烯掺杂树脂混凝土的制备方法：

s1.将60份双酚a型环氧树脂ep4400、20份端环氧基氨基甲酸酯预聚物epu-133、10份聚丙二醇二缩水甘油醚及2份kh560偶联剂依次投入搅拌机中，在50℃下搅拌混合2小时，得到主剂a；

s2.将85份胺类固化剂间苯二胺、15份端氨基聚醚d-400依次投入搅拌机中，搅拌混合0.5小时，得到固化剂b；

s3.将主剂a和固化剂b按照3：1的质量比投入搅拌机中，搅拌5分钟得到树脂材料；

s4.加入石墨烯粉体，树脂材料与石墨烯粉体质量比为100：0.5，搅拌5分钟后得到石墨烯掺杂树脂材料，ea-05悬浮密实型集料与树脂材料按照100：8的质量比投入到搅拌容器中，搅拌5~10分钟得到石墨烯掺杂树脂混凝土。

一种石墨烯掺杂树脂混凝土的脉冲电磁波快速养护方法，如图1所示，包括如下操作步骤：

a1.封闭交通，对原铺装层5的原铺装病害处进行铣刨、挖除、喷砂除锈，将石墨烯掺杂树脂混凝土4倒入钢桥面6养护位置处，碾压，整平处理；

a2.采用脉冲电磁波快速养护装置进行固化处理，待树脂混凝土冷却至60℃以下即可开放交通。

实施例3：一种石墨烯掺杂树脂混凝土，包括如下组分：双酚f型环氧树脂yd63880份、端环氧基氨基甲酸酯预聚物bh-13330份、新戊二醇二缩水甘油醚15份、kh792偶联剂2份、胺类固化剂zc-7115h90份、端氨基聚醚d-23020份、ea-05悬浮密实型集料和石墨烯粉体。

一种石墨烯掺杂树脂混凝土的制备方法：

s1.将80份双酚f型环氧树脂yd638、30份端环氧基氨基甲酸酯预聚物bh-133、15份新戊二醇二缩水甘油醚及3份kh792偶联剂依次投入搅拌机中，在50℃下搅拌混合2小时，得到主剂a；

s2.将90份胺类固化剂zc-7115h、20份端氨基聚醚d-230依次投入搅拌机中，搅拌混合0.5小时，得到固化剂b；

s3.将主剂a和固化剂b按照1：1的质量比投入搅拌机中，搅拌5分钟得到树脂材料；

s4.加入石墨烯粉体，树脂材料与石墨烯粉体质量比为100：1，搅拌5分钟后得到石墨烯掺杂树脂材料，ea-05悬浮密实型集料与树脂材料按照100：10的质量比投入到搅拌容器中，搅拌5~10分钟得到石墨烯掺杂树脂混凝土。

一种石墨烯掺杂树脂混凝土的脉冲电磁波快速养护方法，如图1所示，包括如下操作步骤：

a1.封闭交通，对原铺装层5的原铺装病害处进行铣刨、挖除、喷砂除锈，将石墨烯掺杂树脂混凝土4倒入钢桥面6养护位置处，碾压，整平处理；

a2.采用脉冲电磁波快速养护装置进行固化处理，待树脂混凝土冷却至60℃以下即可开放交通。

对比实施例1：一种石墨烯掺杂树脂混凝土，包括如下组分：双酚a型环氧树脂85050份、端环氧基氨基甲酸酯预聚物epu-73b10份、聚乙二醇二缩水甘油醚5份、kh550偶联剂1份、胺类固化剂65080份、端氨基聚醚d-200010份、ea-05悬浮密实型集料和石墨烯粉体。

一种石墨烯掺杂树脂混凝土的制备方法：

s2.将80份胺类固化剂650、10份端氨基聚醚d-2000依次投入搅拌机中，搅拌混合0.5小时，得到固化剂b；

s3.将主剂a和固化剂b按照1：1的质量比投入搅拌机中，搅拌5分钟得到树脂材料；

一种石墨烯掺杂树脂混凝土的脉冲电磁波快速养护方法，如图1所示，包括如下操作步骤：

a1.封闭交通，对原铺装层5的原铺装病害处进行铣刨、挖除、喷砂除锈，将石墨烯掺杂树脂混凝土4倒入钢桥面6养护位置处，碾压，整平处理；

a2.常温下随桥养生。

实施例1~3中石墨烯掺杂树脂混凝土的性能检测结果如下表所示。

表1石墨烯掺杂树脂混凝土性能测试结果

同时，以实施例1和对比例1验证脉冲电磁波是否会影响树脂混凝土固化后的性能，其检测结果如下表所示。

表2脉冲电磁波影响树脂混凝土固化后的性能测试结果

注：*依据气温条件不同，常温随桥养生时间在12~72h内波动。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

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