柔性纤维混凝土盖板及制备方法与流程

1.本发明属于工程材料技术领域，具体涉及一种柔性纤维混凝土盖板及制备方法。


背景技术：

2.沟盖板是以水泥混凝土浇注的工程材料，广泛应用于市政道路、园林设施、住宅小区、学校、体育场馆等不同场所。传统的水泥混凝土是一种刚性材料，具有强度高、耐久性好、成本低等特点。但是，其抗拉强度远远低于抗压强度，抗拉强度与抗压强度之比仅为6％，脆性显著，塑性明显下降。因为脆性破坏会随时发生，混凝土结构的跨度不能增幅太大，当结构受弯时，荷载等于破坏荷载的15％-20％时就开始产生裂缝(这时钢筋的应力远小于屈服极限)，随着裂缝扩展会造成结构物的抗渗性降低，以致使用寿命缩短。而且水泥混凝土材料韧性差，对冲击、开裂、疲劳的抵抗能力差，这些制约着水泥混凝土材料的应用。随着化工技术的发展，人造低弹模高强纤维的出现使人们开始了对柔性纤维混凝土的探索。
3.柔性纤维的掺入，不仅使得混凝土抗拉、抗压、抗劈裂、抗弯曲等强度指标有一定提高，并且在其他性能包括纤维混凝土抗冻融性能的提高；增强混凝土的耐磨损性能、抗碎裂性能等方面都有显著作用。
4.但是柔性纤维(如聚丙烯纤维)与水泥基界面之间的吸附粘结力较弱，一定程度上削弱了且对混凝土的增强效果，目前的解决方案通常是对柔性纤维进行表面改性处理，以增加粘结强度，如发明专利cn110256023b和cn111592252a等，但改性过程会采用其他试剂，进一步增加了成本，也不符合绿色环保的理念。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种柔性纤维混凝土盖板及制备方法，实现在不对柔性纤维进行改性时，也能有效发挥纤维作用，提高混凝土盖板抗裂性能的效果。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.一种柔性纤维混凝土盖板，包括若干盖板本体，相邻两所述盖板本体通过工型连接件连接；所述盖板本体呈长方体；所述盖板本体两长边中部开设有安装槽；所述盖板本体两长边的上下表面均对称开设有两对定位槽，两对所述定位槽相同间隔设置在所述安装槽的两侧；相邻两所述盖板本体通过所述工型连接件与定位槽配合连接为一组盖板。
8.进一步的，所述盖板本体上表面设置有防滑条，所述盖板本体的下表面开设有凹槽。
9.进一步的，所述工型连接件包括第一连接件与第二连接件；所述第一连接件与第二连接件均为t型，所述第一连接件与第二连接件的中部均开设有连接孔，所述第一连接件与第二连接件通过固定件穿过所述连接孔构成所述工型连接件。
10.进一步的，所述固定件为三角螺栓，所述第一连接件与第二连接件通过所述三角螺栓与配套的六角螺母连接构成所述工型连接件。
11.进一步的，所述固定件的两端沉入所述第一连接件与第二连接件的连接孔中。
12.进一步的，相邻两所述盖板本体对应的所述定位槽分别卡接在所述工型连接件的两侧的凹槽中。
13.进一步的，所述盖板本体的四角均倒角。
14.按重量份计，所述盖板的原料包括：水泥150-180份，水170-220份，河砂250-300份，细石50-100份，聚丙烯纤维20-30份，聚丙烯酰胺10-15份、聚氨酯弹性体颗粒15-25份、疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液18-20份、膨胀剂30-50份、引气剂8-25份、聚丙烯酸盐18-25份。
15.其中，疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液可选择麦尔化工生产的hy-302、hy-303。
16.进一步的，按重量份计，所述盖板的原料包括：水泥150-160份，水170-190份，河砂250-290份，细石70-90份，聚丙烯纤维25份，聚丙烯酰胺15份、聚氨酯弹性体颗粒20份、疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液18份、膨胀剂40份、引气剂15份、聚丙烯酸盐25份。
17.进一步的，所述聚丙烯酸盐由聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钙按摩尔比1:1复配。
18.进一步的，所述细石的粒径为8-10mm。
19.进一步的，所述聚丙烯纤维为单丝纤维，其长度为20-25mm，直径为40-50μm，密度为850-900kg/m3，弹性模量为3-3.8gpa，抗拉强度为300-600mpa，断裂伸长率为15-35％。
20.进一步的，所述聚氨酯弹性体颗粒的粒径为0.01-0.05mm。
21.一种柔性纤维混凝土盖板的制备方法，包括以下步骤：
22.s1.按照权利要求1-5任一项所述的一种柔性纤维混凝土盖板的原料配比称取所需原料；
23.s2.将所述聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体颗粒和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液混合均匀待用；
24.s3.将所述水泥、水、河砂、细石、聚丙烯酰胺、膨胀剂、引气剂和聚丙烯酸盐混合并搅拌均匀后，再加入混合均匀的所述聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体颗粒和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液，再分散均匀，得到混凝土浆液；
25.s4.将所述混凝土浆液倒入盖板模具中，养护后进行脱模，得到所述柔性纤维混凝土盖板。
26.进一步的，其特征在于，步骤s4中，所述养护包括以下步骤：
27.s41.在混凝土初凝后，向其表面洒水，同时覆盖保温膜，养护4-5天；
28.s42.撤去保温膜，将混凝土进行蓄水养护9-10天。
29.本发明还提供一种柔性纤维混凝土盖板在建筑工程中的应用。
30.研究发现，在混凝土盖板硬化过程中，伴随着各种收缩(如化学收缩、温度收缩、塑性收缩、干缩和自收缩等)的增大，导致混凝土产生许多微裂纹，这是混凝土抗裂性能差的主要原因。
31.本发明在混凝土盖板组分中加入聚丙烯酰胺，其具有一定的保水性能，能够减少水泥硬化过程中水分的散失，一定程度上避免了在骨料与硬化体的粘结界面、硬化体内部之间产生的毛细通道，进而减少了粘结界面处与硬化体内部因毛细管压力产生的裂纹；同时，由于聚丙烯酰胺的亲水性，对聚丙烯纤维与水泥基体之间的连结力的增强也有一定促进作用。
32.本发明在制备时，先将聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体颗粒和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液混合均匀，此时在聚丙烯纤维和聚氨酯弹性体颗粒表面附着了一定量的疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液，再将混合物与其他原料混合时，由于乳液的疏水作用，附着于聚丙烯纤维和聚氨酯弹性体颗粒表面的乳液不易流失，在水泥硬化过程中，乳液与基体发生化学反应，分子内或分子间产生胶束结构，导致乳液黏度增大或固化，与基体之间形成紧密的连结，进而增大了聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体和水泥基体三者两两之间的连结力。聚氨酯弹性体除具有填充孔隙的作用外，当混凝土发生收缩时，可发生形变，抵御一部分力，延缓混凝土开裂。
33.当外界的二氧化碳气体沿孔隙进入混凝土内部时，可能会与水泥水化生成的氢氧化钙反应生成碳酸钙，与氢氧化钙相比，碳酸钙的体积减少了12％，这也是引起混凝土收缩开裂的原因，本发明在组分中加入聚丙烯酸盐，其中的聚丙烯酸钙能与游离的钙离子结合，降低了游离钙离子的数量，在一定程度上能够抑制碳酸钙的生成，而聚丙烯酸钠呈弱碱性，其分布与混凝土孔隙中，可起到中和二氧化碳，避免其与氢氧化钙反应的作用。
34.本发明的有益效果是：本发明通过混凝土各组分之间的作用，能够增加聚丙烯纤维与水泥基体间的连结力，提升聚丙烯纤维的增强效果，且从引起混凝土开裂的微观原因出发，针对性的加入聚丙烯酰胺和聚丙烯酸盐等，有效提升了混凝土盖板的抗裂效果。
附图说明
35.图1为本发明制备的盖板本体结构仰视图；
36.图2为本发明制备的盖板本体结构俯视图；
37.图3为本发明的图1的a-a剖视图；
38.图4为本发明的图1的b-b剖视图；
39.图5为本发明的图1的c-c剖视图；
40.图6为本发明的t型连接件正视图；
41.图7为本发明的t型连接件俯视图；
42.图8为本发明的t型连接件仰视图；
43.图9为本发明若干盖板本体连接示意图；
44.图10为图9的局部结构放大图；
45.图中：1、盖板本体；2、工型连接件；21、第一连接件；22、第二连接件；23、连接孔；3、防滑条；4、凹槽；5、安装槽；6、定位槽；7、三角螺栓。
具体实施方式
46.下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
47.以下各实施例中，所述聚丙烯酸盐由聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钙按摩尔比1:1复配，所述细石的粒径为8-10mm，所述聚丙烯纤维购自四川佳邦汇新材料公司，所述聚氨酯弹性体颗粒的粒径为0.01-0.05mm，水泥选用po42.5水泥，疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液选择麦尔化工生产的hy-302，膨胀剂和引气剂均购自市场。
48.实施例1
49.如图1-10所示，本实施例提供了一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板连接结构，包括若干盖板本体1，相邻两所述盖板本体1通过工型连接件2连接；所述盖板本体1呈长方体；所述盖板本体1两长边的上下表面均对称开设有两对定位槽6，两对所述定位槽6相同间隔设置在所述安装槽5的两侧；相邻两所述盖板本体1通过所述连接件与定位槽6配合连接为一组盖板。作为较优的实施方案，所述盖板本体1上表面设置有防滑条3，所述盖板本体1的下表面开设有凹槽4；所述盖板本体1两长边中部开设有安装槽5。
50.一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板连接结构，盖板本体1上表面设置有凸起的防滑条3，提高盖板本体1上表面的摩擦力，避免工人意外滑倒；盖板本体1的下表面开设有凹槽4，减轻盖板本体1的质量，提高经济效应；盖板本体1两长边开设的安装槽5，便于通过工具将盖板本体1吊起。通过工型连接件2将若干盖板本体1连接成一组盖板，一方面，防止单块的盖板本体1被外力破坏其安装的稳定性；另一方面，若干盖板本体1构成一组盖板，防止盖板本体1的丢失。本装置结构简单，能够提高盖板本体1安装的稳定性，并且具有一定的电缆防盗效果。作为较优的实施方案，盖板本体1为长方体，长边为790cm，宽为490cm，高为25cm，盖板本体1的下表面开设有8个长为220cm，宽为120cm，深的13cm的凹槽4，呈矩阵分布，长方体的中部不开设凹槽4。所述防滑条3凸起的高度为2cm；所述安装槽5为呈矩形，长300c，宽9cm，贯穿盖板本体1；定位槽6长40cm，宽25cm，深4cm，上下表面对称设置；两对定位槽6以77cm的间距设置在安装槽5的两侧。凹槽4、防滑条3、安装槽5、定位槽6均做倒角处理。
51.所述工型连接件2包括第一连接件21与第二连接件22；所述第一连接件21与第二连接件22均为t型，所述第一连接件21与第二连接件22的中部均开设有连接孔23，所述第一连接件21与第二连接件22通过固定件穿过所述连接孔23构成所述工型连接件2。作为较优的实施方案，所述第一连接件21与第二连接件22的外形尺寸一致，两者开设的连接孔23与固定件的形状与尺寸匹配；具体的，所述第一连接件21与第二连接件22为垂直设置的两长方体上下垂直设置构成的t型连接件，上方长方体长58cm，宽38cm，高5cm；下方长方体的长38cm，宽20cm，高9cm。两t型连接件对称设置，构成工型连接件2，并且述第一连接件21与第二连接件22的四角均倒角处理。
52.进一步的是，所述固定件为三角螺栓7，所述第一连接件21与第二连接件22通过所述三角螺栓7与配套的六角螺母连接构成所述工型连接件2。作为较优的实施方案，三角螺栓7为外圆内三角的构造的防盗螺栓，防盗螺栓需特定的配套三角钥匙才能打开，防止普通工具随意打开，导致电缆的丢失。值得说明的是，在轨道工程中，特定结构中使用同一型号的三角螺栓7，使轨道工程建设中此型号的螺栓具有通用性，内部工作人员可使用特定工具进行结构检修、更换零件等工程，简化工人的工作量，保证工人的工作效率。
53.进一步的是，所述固定件的两端沉入所述第一连接件21与第二连接件22的连接孔23中，避免固定件两头裸露在外，一方面保证盖板本体1安装的平整性，另一方面，避免固定件两端在外导致固定件开启容易，造成内部电缆的丢失。值得说明的是，所述第一连接件21与第二连接件22上的连接孔23与三角螺栓7的性状匹配，第一连接件21上开设圆形阶梯通孔，使三角螺栓7头沉入孔中；第二连接件22上开设为为正六边形与圆形组合的阶梯通孔，使六角螺母沉入孔中。
54.进一步的是，相邻两所述盖板本体1对应的所述定位槽6分别卡接在所述工型连接件2的两侧的凹槽4中，工型连接件2的尺寸与凹槽4的尺寸匹配，保证工型连接件2能够稳定
连接各盖板本体1。
55.进一步的是，所述盖板本体1的四角均倒角，倒角的尺寸为4cm。
56.进一步的是，所述盖板本体1的厚度为2-3cm，优选为2.5cm。
57.一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板的制备方法，包括以下步骤：
58.s1.称取水泥150份，水170份，河砂280份，细石70份，聚丙烯纤维25份，聚丙烯酰胺15份，聚氨酯弹性体颗粒20份，疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液18份，膨胀剂40份，引气剂15份，聚丙烯酸盐25份；
59.s2.将所述聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体颗粒和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液混合均匀待用；
60.s3.将所述水泥、水、河砂、细石、聚丙烯酰胺、膨胀剂、引气剂和聚丙烯酸盐混合并搅拌均匀后，再加入混合均匀的所述聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体颗粒和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液，再分散均匀，得到混凝土浆液。
61.s4.将所述混凝土浆液倒入盖板模具中，养护后进行脱模，得到所述柔性纤维混凝土盖板，所述养护包括以下步骤：
62.s41.在混凝土初凝后，向其表面洒水，同时覆盖保温膜，养护5天；
63.s42.撤去保温膜，将混凝土进行蓄水养护10天。
64.实施例2
65.本实施例制备的一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板，其结构和尺寸与实施例1相同。
66.一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板的制备方法，包括以下步骤：
67.s1.称取水泥180份，水200份，河砂300份，细石70份，聚丙烯纤维30份，聚丙烯酰胺10份，聚氨酯弹性体颗粒15份，疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液18份，膨胀剂45份，引气剂20份，聚丙烯酸盐18份；
68.s2.将所述聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体颗粒和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液混合均匀待用；
69.s3.将所述水泥、水、河砂、细石、聚丙烯酰胺、膨胀剂、引气剂和聚丙烯酸盐混合并搅拌均匀后，再加入混合均匀的所述聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体颗粒和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液，再分散均匀，得到混凝土浆液。
70.s4.将所述混凝土浆液倒入盖板模具中，养护后进行脱模，得到所述柔性纤维混凝土盖板，所述养护包括以下步骤：
71.s41.在混凝土初凝后，向其表面洒水，同时覆盖保温膜，养护4天；
72.s42.撤去保温膜，将混凝土进行蓄水养护9天。
73.对比例1
74.对比例1提供一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板，其结构和尺寸与实施例1相同。
75.一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板的制备方法，与实施例1的区别在于，原料中不含疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液，制备时，省略步骤s2，直接将各原料混合后搅拌均匀。
76.对比例2
77.对比例2提供一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板，其结构和尺寸与实施例1相同。
78.一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板的制备方法，与实施例1的区别在于，原料中不含聚氨酯弹性体颗粒，制备时，步骤s2为：将所述聚丙烯纤维和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液
混合均匀待用。
79.对比例3
80.对比例3提供一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板，其结构和尺寸与实施例1相同。
81.一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板的制备方法，与对比例1的区别在于，原料中不含聚丙烯酰胺，其余制备方法相同。
82.对比例4
83.对比例4提供一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板，其结构和尺寸与实施例1相同。
84.一种电缆沟柔性纤维混凝土盖板的制备方法，与实施例1的区别在于，原料中不含聚丙烯酸盐，其余制备方法相同。
85.性能测试：
86.当前混凝土盖板的性能指标缺乏相关规范，本发明不对制备的柔性纤维混凝土盖板进行测试，而是依据相关标准对以各实施例和对比例中盖板的原料浇注的混凝土试件进行测试，试件性能反映盖板性能。
87.参照标准及方法如下：
88.抗折强度、抗压强度、劈裂实验：jtj053－94《公路工程水泥混凝土试验规程》
89.冲击韧性：落重冲击法，使用钢球从一定高度自由下落冲击放置在试件中心的钢球，当试件下边缘出现裂缝，记录下冲击次数，即初裂冲击次数。然后继续进行冲击循环，直至试件中裂缝贯穿整个截面时，再次记下冲击次数，即为破坏冲击次数。试件尺寸为100mm
×
100mm
×
400mm。
90.混凝土的冲击韧性按下式计算：
91.w＝nmgh
92.式中w——混凝土的冲击韧性，n.m；
93.n——破坏时的冲击次数；
94.m——钢锤的重量，4kg；
95.h——冲击锤下落高度，0.4m；
96.g——9.80n/kg。
97.测试结果如下表1和表2所示：
98.表1
99.100.表2
[0101][0102]
由表1和表2可以看出，实施例与对照例相比，各项力学性能都有一定程度的上升，相较于对比例1和对比例3，实施例的抗裂性能提升明显。
[0103]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种柔性纤维混凝土盖板，其特征在于，包括若干盖板本体(1)，相邻两所述盖板本体(1)通过工型连接件(2)连接；所述盖板本体(1)呈长方体；所述盖板本体(1)两长边中部开设有安装槽(5)；所述盖板本体(1)两长边的上下表面均对称开设有两对定位槽(6)，两对所述定位槽(6)相同间隔设置在所述安装槽(5)的两侧；相邻两所述盖板本体(1)通过所述工型连接件(2)与定位槽(6)配合连接为一组盖板；按重量份计，所述盖板的原料包括：水泥150-180份，水170-220份，河砂250-300份，细石50-100份，聚丙烯纤维20-30份，聚丙烯酰胺10-15份，聚氨酯弹性体颗粒15-25份，疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液18-20份，膨胀剂30-50份，引气剂8-25份，聚丙烯酸盐18-25份。2.根据权利要求1所述的一种柔性纤维混凝土盖板，其特征在于，按重量份计，所述盖板的原料包括：水泥150-160份，水170-190份，河砂250-290份，细石70-90份，聚丙烯纤维25份，聚丙烯酰胺15份，聚氨酯弹性体颗粒20份，疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液18份，膨胀剂40份，引气剂15份，聚丙烯酸盐25份。3.根据权利要求1所述的一种柔性纤维混凝土盖板，其特征在于，所述聚丙烯酸盐由聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钙按摩尔比1:1复配。4.根据权利要求1所述的一种柔性纤维混凝土盖板，其特征在于，所述细石的粒径为8-10mm。5.根据权利要求1所述的一种柔性纤维混凝土盖板，其特征在于，所述聚丙烯纤维为单丝纤维，其长度为20-25mm，直径为40-50μm，密度为850-900kg/m3，弹性模量为3-3.8gpa，抗拉强度为300-600mpa，断裂伸长率为15-35％。6.根据权利要求1所述的一种柔性纤维混凝土盖板，其特征在于，所述聚氨酯弹性体颗粒的粒径为0.01-0.05mm。7.一种柔性纤维混凝土盖板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.按照权利要求1-6任一项所述的一种柔性纤维混凝土盖板的原料配比称取所需原料；s2.将所述聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体颗粒和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液混合均匀待用；s3.将所述水泥、水、河砂、细石、聚丙烯酰胺、膨胀剂、引气剂和聚丙烯酸盐混合并搅拌均匀后，再加入混合均匀的所述聚丙烯纤维、聚氨酯弹性体颗粒和疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液，再分散均匀，得到混凝土浆液；s4.将所述混凝土浆液倒入盖板模具中，养护后进行脱模，得到所述柔性纤维混凝土盖板。8.根据权利要求7所述的一种柔性纤维混凝土盖板的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述养护包括以下步骤：s41.在混凝土初凝后，向其表面洒水，同时覆盖保温膜，养护4-5天；s42.撤去保温膜，将混凝土进行蓄水养护9-10天。9.权利要求1-8任一项所述的一种柔性纤维混凝土盖板在建筑工程中的应用。

技术总结
本发明属于工程材料技术领域，具体涉及一种柔性纤维混凝土盖板及制备方法，按重量份计，所述盖板的原料包括：水泥150-180份，水170-220份，河砂250-300份，细石50-100份，聚丙烯纤维20-30份，聚丙烯酰胺10-15份、聚氨酯弹性体颗粒15-25份、疏水改性聚丙烯酸酯共聚乳液18-20份、膨胀剂30-50份、引气剂8-25份、聚丙烯酸盐18-25份，本发明通过混凝土各组分之间的作用，能够增加聚丙烯纤维与水泥基体间的连结力，提升聚丙烯纤维的增强效果，且从引起混凝土开裂的微观原因出发，针对性的加入聚丙烯酰胺和聚丙烯酸盐，有效提升了混凝土盖板的抗裂性能。裂性能。裂性能。


技术研发人员：鲜辉 叶跃忠 刘东民 黄涛 李卓
受保护的技术使用者：四川昊龙高科轨道交通新材料科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/7/12