本發(fā)明屬于建筑材料，具體地，涉及一種改性玄武巖纖維筋和含改性玄武巖纖維筋的輕薄超韌公路蓋板。

背景技術(shù)：

1、隧道蓋板作為公路的組成部分，在公路運(yùn)維過(guò)程中起到重要作用。目前最常見(jiàn)的隧道蓋板為鋼筋混凝土蓋板，但存在諸多缺點(diǎn)：①自重大，鋼筋混凝土隧道蓋板厚度一般為80mm。以最常見(jiàn)的蓋板為例，長(zhǎng)、寬分別為750mm、500mm，單塊重量為75kg，導(dǎo)致安裝和更換施工難度大、效率低；②容易破損，鋼筋混凝土蓋板所用混凝土為c30及以下等級(jí)，強(qiáng)度相對(duì)較低，在運(yùn)輸、安裝和服役過(guò)程中，都極易出現(xiàn)缺棱掉角等破損情況，嚴(yán)重影響整體美觀度和使用安全性；③堿性環(huán)境下鋼筋易銹蝕和腐蝕，容易引起結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的退化和耐久性降低，使其容易失效。

2、復(fù)合纖維增強(qiáng)水泥蓋板具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐腐蝕和耐疲勞的優(yōu)點(diǎn)，其采用玄武巖纖維筋替代鋼筋，可避免銹蝕引起的性能退化問(wèn)題，同時(shí)玄武巖纖維筋還具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、性能均衡的優(yōu)點(diǎn)。玄武巖纖維筋是由玄武巖纖維和合成樹(shù)脂基體相結(jié)合，經(jīng)拉擠工藝成型的一種新型復(fù)合材料。合成樹(shù)脂在其中所起到的主要作用是粘結(jié)，目前常用的合成樹(shù)脂有環(huán)氧樹(shù)脂，玄武巖纖維與環(huán)氧樹(shù)脂基體之間界面性能有待進(jìn)一步提高，且環(huán)氧樹(shù)脂固化后脆性大，抗沖擊和抗裂性能較差，容易導(dǎo)致玄武巖纖維筋的性能穩(wěn)定性不足的問(wèn)題出現(xiàn)。因此，本發(fā)明要解決上述問(wèn)題，提供一種改性玄武巖纖維筋和含改性玄武巖纖維筋的輕薄超韌公路蓋板。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種改性玄武巖纖維筋和含改性玄武巖纖維筋的輕薄超韌公路蓋板，在環(huán)氧樹(shù)脂中加入二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增強(qiáng)增韌，在納米二氧化硅粒子表面包覆聚氨酯，一方面可以提高二氧化硅納米粒子與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性，避免了二氧化硅納米粒子在環(huán)氧樹(shù)脂中團(tuán)聚，另一方面可以利用聚氨酯優(yōu)異的柔韌性和彈性，進(jìn)一步提高環(huán)氧樹(shù)脂的柔韌性。本發(fā)明利用聚氨酯纖維和二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物協(xié)同作用，共同提高了環(huán)氧樹(shù)脂的柔韌性和抗沖擊強(qiáng)度，納米二氧化硅粒子和硅烷偶聯(lián)劑的加入，提高了玄武巖纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的界面相互作用，進(jìn)而提高了玄武巖纖維筋的性能穩(wěn)定性，從而使得制得的改性玄武巖纖維筋具有優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)性能，使用壽命更長(zhǎng)，將該改性玄武巖纖維筋加入蓋板中，可以提高蓋板的力學(xué)性能。

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題：鋼筋混凝土蓋板存在自重大、容易破損和在堿性環(huán)境下鋼筋易銹蝕和腐蝕的缺陷，復(fù)合纖維增強(qiáng)水泥蓋板具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐腐蝕和耐疲勞的優(yōu)點(diǎn)，其采用玄武巖纖維筋替代鋼筋，可以降低蓋板重量和避免銹蝕引起的性能退化問(wèn)題，但是玄武巖纖維筋中玄武巖纖維與環(huán)氧樹(shù)脂基體之間界面性能有待進(jìn)一步提高，且環(huán)氧樹(shù)脂固化后脆性大，抗沖擊和抗裂性能較差，容易導(dǎo)致玄武巖纖維筋的性能穩(wěn)定性不足的問(wèn)題出現(xiàn)。

3、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

4、一種改性玄武巖纖維筋，制備方法包括以下步驟：

5、a1、將二氧化硅納米粒子分散在去離子水和無(wú)水乙醇混合溶液中，然后加入異氰酸酯基硅烷偶聯(lián)劑，在60-70℃下攪拌反應(yīng)4-6h，過(guò)濾、洗滌、干燥，得到異氰酸酯改性二氧化硅納米粒子；

6、進(jìn)一步地，步驟a1中，二氧化硅納米粒子、去離子水、無(wú)水乙醇和異氰酸酯基硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為(11-15)：(300-380)：(45-58)：(10-20)。

7、a2、將二異氰酸酯加入n,n-二甲基甲酰胺中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌升溫至65℃，然后滴加聚醚二元醇，繼續(xù)升溫至80-90℃反應(yīng)2-3h，得到端異氰酸酯基預(yù)聚物；在冰水浴條件下向端異氰酸酯基預(yù)聚物中滴加二異丙醇胺，滴加完成后攪拌30-40min，得到羥基封端預(yù)聚物；向羥基封端預(yù)聚物中加入多異氰酸酯和催化劑1，在50-70℃下反應(yīng)13-15h，得到異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚體；

8、上述制備過(guò)程中，首先利用二異氰酸酯和聚醚二元醇反應(yīng)，生成端異氰酸酯基預(yù)聚物；然后將端異氰酸酯基預(yù)聚物的異氰酸酯基團(tuán)和二異丙醇胺的亞胺基團(tuán)反應(yīng)，在端異氰酸酯基預(yù)聚物的端基上引入2個(gè)羥基，再利用端基上的2個(gè)羥基與三異氰酸酯反應(yīng)，從而在每個(gè)端基上引入4個(gè)異氰酸酯基團(tuán)，得到多異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚體。

9、進(jìn)一步地，步驟a2中，聚醚二元醇和二異氰酸酯的摩爾比為1：(2-2.5)。

10、進(jìn)一步地，步驟a2中，端異氰酸酯基預(yù)聚物和二異丙醇胺的摩爾比為1：(2-2.3)。

11、進(jìn)一步地，步驟a2中，羥基封端預(yù)聚物和多異氰酸酯的摩爾比為1：(4-4.5)。

12、進(jìn)一步地，步驟a2中，催化劑的質(zhì)量為羥基封端預(yù)聚物和多異氰酸酯總質(zhì)量的0.05-0.15%。

13、進(jìn)一步地，步驟a2中，聚醚二元醇包括聚乙二醇、聚丙二醇和聚四亞甲基醚二醇中的至少一種。

14、進(jìn)一步地，步驟a2中，二異氰酸酯包括六亞甲基二異氰酸酯、異氟爾酮二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷-4,4’-二異氰酸酯和甲基環(huán)己烷二異氰酸酯中的至少一種。

15、進(jìn)一步地，步驟a2中，多異氰酸酯包括雙環(huán)庚烷三異氰酸酯、1,6,11-十一烷三異氰酸酯、1,3,6-六亞甲基三異氰酸酯、三(異氰酸酯己基)異氰脲酸酯中的至少一種。

16、進(jìn)一步地，步驟a2中，催化劑1為有機(jī)錫催化劑。

17、a3、將異氰酸酯改性二氧化硅納米粒子分散在丁酮中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌升溫至65-70℃，加入異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚體、3-氨丙基三羥基硅烷和催化劑2，繼續(xù)升溫至80-90℃攪拌反應(yīng)3-5h，得到二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物；

18、上述制備過(guò)程中，利用3-氨丙基三羥基硅烷作為橋梁，將異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚體和二氧化硅納米粒子通過(guò)化學(xué)鍵接枝在一起，從而在二氧化硅納米粒子表面包覆有聚氨酯。由于3-氨丙基三羥基硅烷含有三個(gè)羥基，異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚體每個(gè)端基含有4個(gè)異氰酸酯基團(tuán)，從而提高了二氧化硅納米粒子表面包覆的聚氨酯的交聯(lián)密度。另外，3-氨丙基三羥基硅烷的引入提供了si-o鏈段，進(jìn)一步提高了柔韌性。

19、進(jìn)一步地，步驟a3中，異氰酸酯改性二氧化硅納米粒子、異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚體、3-氨丙基三羥基硅烷和催化劑2的質(zhì)量比為(12-15)：(58-76)：(33-39)：(0.5-1.5)。

20、進(jìn)一步地，步驟a3中，催化劑2為有機(jī)錫催化劑。

21、a4、在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將環(huán)氧樹(shù)脂在75-80℃下攪拌0.5-1h，然后加入二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物和催化劑3，反應(yīng)2-4h，反應(yīng)結(jié)束后，加入聚氨酯纖維、固化劑和偶聯(lián)劑，攪拌均勻，得到環(huán)氧樹(shù)脂混合物；

22、上述制備過(guò)程中，將二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物上的異氰酸酯基和環(huán)氧樹(shù)脂上的羥基反應(yīng)，從而使得二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物和環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合，從而提高了二氧化硅納米粒子和環(huán)氧樹(shù)脂的相容性。同時(shí)，本發(fā)明還在環(huán)氧樹(shù)脂混合物中加入了聚氨酯纖維，利用聚氨酯纖維的彈性對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增韌，由于環(huán)氧樹(shù)脂混合物中含有聚氨酯樹(shù)脂，使得聚氨酯纖維均勻分散在環(huán)氧樹(shù)脂混合物中。

23、進(jìn)一步地，步驟a4中，環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚a環(huán)氧樹(shù)脂。

24、進(jìn)一步地，步驟a4中，環(huán)氧樹(shù)脂、二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物、催化劑3、聚氨酯纖維、固化劑和偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為(150-200)：(13-16)：(0.9-1.3)：(4.5-9.5)：(40-70)：(20-40)。

25、進(jìn)一步地，步驟a4中，聚氨酯纖維的長(zhǎng)度為3-6mm。

26、進(jìn)一步地，步驟a4中，催化劑3為有機(jī)錫催化劑。

27、進(jìn)一步地，步驟a4中，偶聯(lián)劑為kh550、kh560、kh570中的至少一種。

28、a5、將玄武巖纖維拉紗后，放入環(huán)氧樹(shù)脂混合物中進(jìn)行浸膠，得到含膠復(fù)合纖維筋；將含膠復(fù)合纖維筋用纏繞線(xiàn)進(jìn)行纏繞后，用石英砂進(jìn)行噴砂，噴砂結(jié)束后進(jìn)行固化定型，得到改性玄武巖纖維筋。

29、進(jìn)一步地，步驟a5中，玄武巖纖維的直徑為10-20μm。

30、進(jìn)一步地，步驟a5中，玄武巖纖維和環(huán)氧樹(shù)脂混合物的質(zhì)量比為(30-35)：(115-130)。

31、進(jìn)一步地，步驟a5中，固化定型過(guò)程中拉擠速度為590-640mm/min，牽引力為0.5-0.65t，壓力為0.7-1.1mpa，溫度為100-120℃。

32、上述改性玄武巖纖維筋制備過(guò)程中，在環(huán)氧樹(shù)脂中加入二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增強(qiáng)增韌，在納米二氧化硅粒子表面包覆聚氨酯，一方面可以提高二氧化硅納米粒子與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性，避免了二氧化硅納米粒子在環(huán)氧樹(shù)脂中團(tuán)聚，另一方面可以利用聚氨酯優(yōu)異的柔韌性和彈性，進(jìn)一步提高環(huán)氧樹(shù)脂的柔韌性。本發(fā)明在二氧化硅納米粒子表面包覆的聚氨酯交聯(lián)密度高，提高了聚氨酯的韌性，且聚氨酯中含有多異氰酸酯基團(tuán)，異氰酸酯基團(tuán)與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，可以進(jìn)一步提高固化后的環(huán)氧樹(shù)脂的交聯(lián)密度，進(jìn)而起到更好的增韌效果，顯著提高了環(huán)氧樹(shù)脂的抗沖擊性能。二氧化硅和硅烷偶聯(lián)劑的加入，提高了玄武巖纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的界面相互作用，進(jìn)而提高了改性玄武巖纖維筋的性能穩(wěn)定性。本發(fā)明還在環(huán)氧樹(shù)脂中加入了聚氨酯纖維，聚氨酯纖維和二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物協(xié)同作用，共同提高了環(huán)氧樹(shù)脂的柔韌性和抗沖擊強(qiáng)度。

33、本發(fā)明還提供一種含上述改性玄武巖纖維筋的輕薄超韌公路蓋板，包括以下重量份數(shù)的組分：普通硅酸鹽水泥20-30份、粉煤灰25-45份、硅灰10-20份、無(wú)水硫鋁酸鈣5-10份、聚丙烯纖維1-2份，聚甲醛纖維1-2份，玄武巖纖維0.5-2份，丙烯酸乳液3-5份，減水劑0.5-1份，機(jī)制砂1-10份，碎石5-10份，水15-20份，納米偏高嶺土0.1-0.5份。

34、所述含改性玄武巖纖維筋的輕薄超韌公路蓋板包括改性玄武巖纖維筋和玄武巖格柵；每塊含改性玄武巖纖維筋的輕薄超韌公路蓋板含有三根改性玄武巖纖維筋。

35、進(jìn)一步地，改性玄武巖纖維筋的直徑為4-8mm。

36、進(jìn)一步地，玄武巖格柵的網(wǎng)孔尺寸為20mm×20mm，厚度為0.5-1mm。

37、進(jìn)一步地，聚丙烯纖維的長(zhǎng)度為18-20mm，直徑為0.3-0.5mm。

38、進(jìn)一步地，聚甲醛纖維的長(zhǎng)度為8-14mm，直徑為0.1-0.3mm。

39、進(jìn)一步地，玄武巖纖維的長(zhǎng)度為3-20mm，直徑為13-20μm。

40、進(jìn)一步地，機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)為2.5-2.6。

41、進(jìn)一步地，碎石的粒徑為5-10mm。

42、進(jìn)一步地，減水劑為聚羧酸系高性能減水劑。

43、進(jìn)一步地，上述含改性玄武巖纖維筋的輕薄超韌公路蓋板的制備方法，包括以下步驟：

44、s1、按照重量份數(shù)稱(chēng)取各原料；

45、s2、將除纖維外的所有稱(chēng)好的干料，倒入攪拌機(jī)中，啟動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌1min；

46、s3、在攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，勻速倒入稱(chēng)好的水、丙烯酸乳液、減水劑，繼續(xù)攪拌2min；

47、s4、在攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，勻速放入聚丙烯纖維、聚甲醛纖維和玄武巖纖維，繼續(xù)攪拌4min至料漿均勻；

48、s5、將模具均勻涂刷脫模劑，備用；按與蓋板相搭配的尺寸準(zhǔn)備改性玄武巖纖維筋和玄武巖格柵，將模具放置在振動(dòng)臺(tái)上，開(kāi)啟振動(dòng)臺(tái)；

49、s6、將攪拌好的適量料漿(填滿(mǎn)半個(gè)模具)注入模具，料漿流平后，沿蓋板長(zhǎng)度方向放入3根改性玄武巖纖維筋，接著將玄武巖格柵放在改性玄武巖纖維筋上，繼續(xù)注入料漿，直至將整個(gè)模具填滿(mǎn)；

50、s7、將裝滿(mǎn)料漿的模具轉(zhuǎn)移至養(yǎng)護(hù)平臺(tái)上，用塑料薄膜將蓋板連同模具一起覆蓋；保濕或者蒸汽養(yǎng)護(hù)24h，脫模，然后將蓋板整齊疊放在托盤(pán)上、打包，即得含改性玄武巖纖維筋的輕薄超韌公路蓋板。

51、本發(fā)明的有益效果：

52、（1）本發(fā)明技術(shù)方案中，在環(huán)氧樹(shù)脂中加入二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增強(qiáng)增韌，在納米二氧化硅粒子表面包覆聚氨酯，一方面可以提高二氧化硅納米粒子與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性，避免了二氧化硅納米粒子在環(huán)氧樹(shù)脂中團(tuán)聚，另一方面可以利用聚氨酯優(yōu)異的柔韌性和彈性，進(jìn)一步提高環(huán)氧樹(shù)脂的柔韌性。

53、（2）本發(fā)明技術(shù)方案中，本發(fā)明在二氧化硅納米粒子表面包覆的聚氨酯交聯(lián)密度高，提高了聚氨酯的韌性，且聚氨酯中含有多異氰酸酯基團(tuán)，異氰酸酯基團(tuán)與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，可以進(jìn)一步提高固化后的環(huán)氧樹(shù)脂的交聯(lián)密度，進(jìn)而起到更好的增韌效果，顯著提高了環(huán)氧樹(shù)脂的抗沖擊性能。

54、（3）本發(fā)明技術(shù)方案中，環(huán)氧樹(shù)脂中加入了聚氨酯纖維，聚氨酯纖維和二氧化硅納米粒子-聚氨酯復(fù)合物協(xié)同作用，共同提高了環(huán)氧樹(shù)脂的柔韌性和抗沖擊強(qiáng)度，納米二氧化硅粒子和硅烷偶聯(lián)劑的加入，提高了玄武巖纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的界面相互作用，進(jìn)而提高了玄武巖纖維筋的性能穩(wěn)定性，從而使得制得的改性玄武巖纖維筋具有優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)性能，使用壽命更長(zhǎng)，將該改性玄武巖纖維筋加入蓋板中，可以提高蓋板的力學(xué)性能，減輕自重。