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    新型聚脲混凝土保护材料开发及工程应用研究.pdf

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    新型聚脲混凝土保护材料开发及工程应用研究.pdf

    第2 9卷第2期 2 0 1 2年2月 长 江科学 院 院 报 Journal of Yangtze River Scientific Research Institute Vo1.29 No.2 Feb.2 0 l 2 文章编号10015485201202006404 新型聚脲混凝土保护材料开发及工程应用研究 冯菁 ,韩炜 。李珍 。汪在芹 。 长江科学院a.材料与结构研究所;b.水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心; c.国家大坝安全工程技术研究中心,武汉430010 摘要船闸闸墙混凝土受过往船只的碰撞、摩擦,容易受破坏、形成擦痕,这不仅影响了船闸的美观,同时影响其耐 久性;闸墙混凝土的有效防护是当务之急。以聚天门冬氨酸酯树脂为基体,制备了一系列脂肪族聚脲材料;并通过 分析各材料的力学性能,选择其中性能最佳者作为船闸闸墙混凝土的新型抗冲撞保护材料。将该聚脲材料涂覆在 混凝土表面,测试分析材料的抗冻融、抗碳化以及抗冲磨性能;在室内性能试验的基础上,将该材料用于葛洲坝和 三峡大坝的船闸闸墙,进行现场生产性试验。试验结果表明,该聚脲材料具有显著的耐候性和抗冲撞性能,有望解 决船闸闸墙混凝土保护这一世界性难题。 关键词抗冲撞;聚脲;聚天门冬氨酸酯;异氰酸酯 中图分类号TV49 文献标志码A 1 研究背景 船闸是重要的通航建筑物,不仅承担频繁的通 航任务,同时对水利枢纽的正常、安全服役起到关键 作用。船闸闸墙混凝土因长期受到船只的碰撞和摩 擦,破损问题非常突出,最严重的部位甚至已露出了 钢筋并出现锈蚀。此类问题不仅严重影响了船闸闸 墙的美观;并且随着时间的推移,极有可能影响到水 利水电工程功能的正常、高效发挥,继而对国家的防 洪安全、水利航运、电力能源产生负面影响。如何采 取有效的措施以防止或减少船闸闸墙混凝土的碰 撞、摩擦破损等问题是一个世界性的难题,应尽快解 决这一问题。 聚脲弹性体polyurea elastomer是国外近l0年 来研发出的一种新型无溶剂、无污染的绿色材料,是 继高固体分涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂 料等低无污染涂料之后的新一代环保涂料。聚 脲弹性体突破了传统环保型涂料的局限,将塑料、橡 胶、涂料、玻璃钢等多种材料的功能集于一身,适用 于混凝土的裂缝修补以及表面防护 j。聚天门冬 氨酸酯聚脲是继芳香族和脂肪族聚脲之后的第3代 聚脲材料,具有反应速度可调、对基材的附着力好、 可低温固化、涂层不易泛黄、不易发泡等诸多优点, 在国内外得到越来越广泛的关注 。 本文拟采用聚天门冬氨酸酯和异氰酸酯为主要 原料,制备一种具有优异抗冲撞性和耐候性的脂肪 族聚脲材料 J,并对其力学性能和耐久性进行室 内研究及现场生产性试验,从而判断制备的聚脲材 料是否适合作为船闸混凝土的新型抗冲撞材料。 2试验 2.1 原材料 聚天门冬氨酸酯A和脂肪族异氰酸酯B均购 自Bayer公司。 硅微粉、硅烷偶联剂、活性稀释剂购自武汉道尔 化工有限公司。 2.2聚天门冬氨酸酯聚脲材料的制备 以添加硅微粉的聚天门冬氨酸酯为A组分,不 同结构的脂肪族异氰酸酯为B组分,A组分与B组 分反应后制得聚脲材料,基本配方如表1所示。 2.3力学性能试验 利用万能试验机深圳市瑞格尔仪器有限责任 公司,RGM一30A型和冲击实验机承德试验机有 限责任公司,lJJ一5O型测试材料的力学性能。试 件按照国家标准规定的方法制作,28 d后进行性能 测试。 收稿日期201102-14 基金项目科技部国际科技合作计划专项2010DFB70470;科技部科研院所技术开发研究专项资金2011EG136224;国家自然科学基金 青年基金项目51009014;水利部科技推广项目TG1113 作者简介冯菁1983.,女,江苏常州人,工程师,主要从事水工新材料研发,电话027-82927839电子信箱fengjingmail.crsri.en。 通讯作者韩炜1976一,男,河南新乡人,高级工程师,主要从事水工新材料研究,电话027-82820004电子信箱willecust163. tom。 第2期 冯 菁等 新型聚脲混凝土保护材料开发及工程应用研究 67 enee Meeting,Orlando,Florida,USA,Nov.2830, 2001. YLLGOR E.YLLGOR J.YURTSEVER E.Hydrogen Bonding and Polyurethane MorphologyIQuantum Mechanical Catculations of Hydrogen Bond Energies and Vibrational Spectroscopy of Model Compounds[J].Poly mer,2002,432465516559. DANIELEIER K。BRITSCH C M.GERTZMANN R。et a1.Polyaspartate Resins with Good Hardness and Flexi bilityU S,US2004/0063894 A1[P].2004810. [8] SHETH J P,KLINEDINST D B,WILKES G L,et a1. Role of Chain Symmetry and Hydrogen Bonding in Seg mented Copolymers with Monodisperse Hard Segments [J].Polymer,2005,461873177322. 编辑周晓雁 Aliphatic Polyurea Coating Materials Based on Novel Polyaspartic EsterPreparation and Application FENG Jing,HAN Wei,LI Zhen,WANG Zai.Qin, Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China AbstractIt’s of great importance to protect the shiplock concrete wall from damages by crash and abrasion with ships and to maintain its durability.A series of polyurea materials based on polyaspartic esters were prepared.By analyzing the mechanical properties of these materials,the optimal polyurea material was selected and was coated on concrete to test its freezethaw resistance,carbonation resistance,and anti-abrasion ability.Based on these in door tests,the selected polyurea material was applied to the Gezhouba Dam and the Three Gorges Dam to per insitu productive test.All the test results indicated that the prepared polyurea material is a promising protective coating material of remarkable weatherability and impact resistance.This polyurea material is expected to solve the worldwide difficulty of protecting shiplock concrete wal1. Key wordsimpact resistance;polyurea;polyaspartie esters;isocyanate 一 客客客盎盎 客套盎盎叠 客客客客 客客客 客 上接第63页 [2]张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M].北京科 学出版社,2001.ZHANG Lide,MOU Jimei.Nano materials and Nanostmctures[M].BeijingScience Press,2001.in Chinese [3] 陈敬中.现代晶体化学一理论与方法[M].北京高等 教育出版社,2001.CHEN Jingzhong.Modem Crystal ChemistryTheory and s[M].BeijingHigher Education Press,2001.in Chinese 客 客 盒 盎客套盎 客 会客套客 张志煜,崔作林.纳米技术与纳米材料[M].北京国 防工业出版社,20003381.ZHANG Zhikun,CUI Zuolin.Nanotectmology and Nanomaterials[M].Bei jingNational Defense Industry Press,2000338 1. in Chinese 编辑周晓雁 Determination of Optimal Nanoparticle Size of Pyrophyllite Theoretical Calculation and Analysis LIAO Lingmin,HAN Wei,WANG Zaiqin,LI Zhen,FENG Jing Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China AbstractWith the development of nanoscience and nanotechnology,the study on nano pyrophyllite is of great im portance.According to the cell parameters and the atomic arrangement of pyrophyllite,the minimum size of pyro. phyllite nanoparticle was supposed.Moreover,the crystal cell number,atomicity ,the atomicity on the superficial layer of001crystal plane and its proportion for pyrophyllite nanoparticles of different nanosizes are theoretically calculated,and their variations with the nanoparticle size as well as their influence on the overall property of PYro. phyllite are analyzed.Based on crystal structure and crystal chemistry theory,the optimum pyrophyllite nanoparti. cle size was theoretically determined to be about 155 nm. Key wordspyrophyllite;crystal structure;nanoparticle;crystal cell;atom

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