CN108395144B - 一种防滑耐磨混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防滑耐磨混凝土，包括以下按重量份数的原料：改性玻璃颗粒65～82份、水性环氧树脂11～16份、偶联剂3～5份、固化剂3～5份，以及改性玄武岩纤维A份；其中,改性玻璃颗粒是在每100份液态玻璃中加B份改性玄武岩纤维混匀冷却制成改性玻璃颗粒中间品，再用磨料颗粒喷吹处理制成，改性玄武岩纤维是将玄武岩纤维用醋酸溶液浸泡实现表面蚀刻糙化制成，A为5～8，B为7.5～10.4。本发明还提供了上述混凝土的制备方法,通过采用效果更好的超声波分散代替传统的分散剂。本发明制备的混凝土不仅具有良好的透光率，抗压强度进一步显著提升，还具有良好的防滑、耐磨性能，延长了道路使用寿命，降低了交通安全事故发生率。

Description

一种防滑耐磨混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于工程材料技术领域，特别是一种防滑耐磨混凝土及其制备方法。

背景技术

目前,在太阳能光伏发电公路的发展过程中，所选用的混凝土存在下列几个技术瓶颈：(1)如何增强光伏公路中运用的混凝土的强度,以保护混凝土下方的光伏发电板在承受汽车碾压时不受损伤；(2)所选用混凝土层既具有良好的透光性，又能为行驶车辆提供足够的摩擦力，避免车辆打滑造成交通事故；(3)能够适应多种不同的使用环境，降低甚至消除过高或过低温度、空气湿度对混凝土性能的影响。

现有技术中，如专利号为2017101071578的发明专利“一种透明树脂混凝土及其制备方法”所提供的一种透明树脂混凝土，通过在原料中加入了各种常见的强化纤维，一定程度上提高了混凝土的抗压强度，但是制备的混凝土也存下列问题：(1)混凝土透光性不好，最高不超过30％，太阳能的利用率不高；(2)制备的混凝土耐磨性不好，长期使用磨损严重，甚至损坏下方的光伏电池等发电设备等情况；(3)混凝土的防滑性不强，路面湿滑时可能会出现车辆打滑现象，存在一定交通隐患；(4)采用普通玻璃颗粒和强化纤维作为混凝土的主要原料，但强化纤维与玻璃颗粒等原料的结合度不高，对混凝土的整体强度也有一定影响。又如专利号为201610959259的发明专利“太阳能光伏发电路面及其应用”所提供的一种太阳能光伏发电路面，其实施例虽采用钢化玻璃颗粒为主要原料，抗压强度有所提高，但仍处于较低水平；钢化玻璃还存在一定的自爆率，对车辆行驶安全带来隐患，也增加了路面维修更换的频率。

因此，需要发明一种防滑耐磨混凝土，与现有技术相比，在保证较高的透光性的基础上，进一步显著提升抗压强度性能，并兼具良好的防滑、耐磨、耐腐蚀、耐候性，减少温度、空气湿度对混凝土使用寿命的影响，提高混凝土的适应性。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种防滑耐磨混凝土，通过以下技术方案实现。

一种防滑耐磨混凝土，所述防滑耐磨混凝土包括以下重量份数的原料：改性玻璃颗粒65～82份、水性环氧树脂11～16份、偶联剂3～5份、固化剂3～5份，以及改性玄武岩纤维A份；

所述改性玻璃颗粒的制备方法包括：先在每100份的液态玻璃中加入B份改性玄武岩纤维混匀，然后冷却制成改性玻璃颗粒中间品，最后将改性玻璃颗粒中间品的表面用磨料颗粒喷吹处理制得，且最终改性玻璃颗粒粒径为3.5～4.5mm；

所述改性玄武岩纤维是将玄武岩纤维放入醋酸溶液中浸泡，进行表面蚀刻糙化处理制成；

其中，所述改性玻璃颗粒、水性环氧树脂、偶联剂、固化剂均无色透明；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述A＝5～8，所述B＝7.5～10.4。

上面所述改性玻璃颗粒是先在750～850℃的液态玻璃中加入所述改性玄武岩纤维混匀，由于改性玄武岩纤维熔点约为1500℃，故改性玄武岩纤维为固态；再冷却制成改性玻璃颗粒中间品，最后将改性玻璃颗粒中间品的表面用磨料颗粒喷吹处理制得，且最终改性玻璃颗粒粒径为3.5～4.5mm。

因此，上述防滑耐磨混凝土，不仅直接以改性玄武岩纤维作为混凝土制备的原材料，还在在另一种原材料改性玻璃颗粒的制备中也预先加入了改性玄武岩纤维，即在原料的制备，以及最终混凝土的制备过程中均使用了相同的改性玄武岩纤维。这种将改性玄武岩纤维复合多重使用的方式，能够提高玻璃颗粒本自身的抗压强度、提高玻璃颗粒表面粗糙程度，进而提高最终制备的混凝土的防滑耐磨性能。

优选地，所述防滑耐磨混凝土，包括以下重量份数的原料：所述防滑耐磨混凝土包括以下重量份数的原料：改性玻璃颗粒75份、水性环氧树脂14份、偶联剂5份、固化剂5份，以及改性玄武岩纤维8份。

优选地，所述磨料颗粒为金刚砂，且所述金刚砂的粒度为1.25～3.5μm。

更优选地，所述金刚砂的粒度为2.5μm。

优选地，对所述玄武岩纤维进行表面蚀刻糙化处理的醋酸溶液浓度为2.8～3.6mol/L，浸泡时间为1.2～1.4h。

优选地，对所述玄武岩纤维进行表面蚀刻糙化处理的醋酸溶液浓度为3.2mol/L。

优选地，所述改性玄武岩纤维的直径为25～40μm，长度为3～5mm。

优选地，所述改性玻璃颗粒的制备方法包括：先在每100份的液态玻璃中加入8.3份改性玄武岩纤维混匀，然后冷却制成改性玻璃颗粒中间品，最后将改性玻璃颗粒中间品的表面用磨料颗粒喷吹处理制得。

本发明还提供了所述的一种防滑耐磨混凝土的制备方法，包括以下步骤：

S1、所述改性玄武岩纤维的制备：将玄武岩纤维浸入醋酸溶液中，20℃下浸泡1.2～1.4h，取出后用纯水多次洗涤至中性，再放入80℃烘箱中干燥24h，冷却制成改性玄武岩纤维备用；

S2、按重量份数取所述水性环氧树脂、偶联剂，以及步骤S1制备的所述改性玄武岩纤维A份，搅拌混匀，再进行超声波分散，超声波频率为25～35Hz，得混合液备用；所述A＝5～8；

S3、所述改性玻璃颗粒的制备：750～850℃下在每100份液态玻璃中加入B份步骤S1制备的改性玄武岩纤维混匀，然后冷却制得改性玻璃颗粒中间品，最后用一定粒度的磨料颗粒对改性玻璃颗粒中间品的表面进行喷吹处理，喷吹的高压空气为4～7kg/cm²；所述B＝7.5～10.4；

S4、将所述改性玻璃颗粒、固化剂加入到所述混合液中，搅拌均匀，得混合料备用；

S5、在模具中涂布脱模剂，将所述混合料倒入模具固化，得混凝土成品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明制备的防滑耐磨混凝土，虽然使用了有色的改性玄武岩纤维，但因其直径和长度均非常小，对光线的透过型几乎没有影响，因而制备的混凝土具有非常高的透光性，有效保证了太阳能的最大利用；

2.以利用醋酸浸泡处理的改性玄武岩纤维，以及利用金刚砂表面喷吹处理的改性玻璃颗粒为原料，使制备的防滑耐磨混凝土抗压强度进一步提高，并且具有非常好的防滑性和耐磨性，减少了受损几率，使混凝土使用寿命大大延长；能避免选用钢化玻璃颗粒带来的自爆隐患影响道路行车安全；

3.在改性玻璃颗粒制备之间就已在普通玻璃颗粒中混如了改性玄武岩纤维，使改性玻璃颗粒本身的强度进一步提高，通过原料之间的结合促进作用，进而提高了防滑耐磨混凝土的抗压强度。

4.选用水性环氧树脂，相比普通环氧树脂加稀释剂的方式，与混凝土其他原料的混合更均匀，更无毒环保，固化速度更快；

5.在混凝土制备过程中采用超声波进行改性玄武岩纤维的分散处理，相比采用传统纤维分散剂，分散效果更好，无需做长期搅拌。

具体实施方式

以下将对本专利中各实施例和比较例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利所保护的范围。

以下实施例1～7和比较例1～10中：

S1、所述改性玄武岩纤维的制备：将玄武岩纤维浸入一定浓度的醋酸溶液中，20℃下浸泡1.2～1.4h，取出后用纯水多次洗涤至中性，再放入80℃烘箱中干燥24h，冷却制成改性玄武岩纤维备用；

S2、按实施例和比较例要求的重量份数取所述水性环氧树脂、偶联剂，以及步骤S1制备的所述改性玄武岩纤维，搅拌混匀，再进行超声波分散，超声波频率为25～35Hz，得混合液备用；

S3、所述改性玻璃颗粒的制备：750～850℃下在每100份液态玻璃中加入8.33份步骤S1制备的改性玄武岩纤维混匀，然后冷却制得改性玻璃颗粒中间品，最后用一定粒度的金刚砂对改性玻璃颗粒中间品的表面进行喷吹处理，喷吹的高压空气为4～7kg/cm²；

S4、按实施例和比较例要求选取所述改性玻璃颗粒、固化剂加入到所述混合液中，搅拌均匀，得混合料备用；

S5、在模具中涂布脱模剂，将所述混合料倒入模具固化，得混凝土成品。

实施例1～7和比较例1～10

实施例1～7和比较例1～10中提供的一种防滑耐磨混凝土，包括按重量份数的改性玻璃颗粒、水性环氧树脂、改性玄武岩纤维、偶联剂、固化剂；其中，所述改性玻璃颗粒、水性环氧树脂、偶联剂、固化剂均无色透明。

具体地，实施例1～7和比较例1～10中的各原料重量份数、金刚砂粒度、醋酸溶液浓度见下表1。

表1实施例1～7和比较例1～10的混凝土各原料重量份数、金刚砂粒度、醋酸溶液浓度汇总表

注：表1中，“改性玻璃颗粒”的制备方法为750～850℃下在每100份液态玻璃中加入8.3份步骤S1制备的改性玄武岩纤维混匀，然后冷却制得改性玻璃颗粒中间品，最后用一定粒度的磨料颗粒对改性玻璃颗粒中间品的表面进行喷吹处理，喷吹的高压空气为4～7kg/cm2.即“改性玻璃颗粒”中所含改性玄武岩纤维比例占改性玻璃颗粒总重量的1/13。

比较例11

本比较例提供的一种防滑耐磨混凝土，包括以下重量份数的原料：玻璃颗粒75份、水性环氧树脂14份、改性玄武岩纤维A份、偶联剂5份、固化剂5份。所述玻璃颗粒、水性环氧树脂、偶联剂、固化剂均无色透明。所述玻璃颗粒为未经表面处理的普通玻璃颗粒，且玻璃颗粒粒径为3.5～4.5mm；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述A＝8。

本比较例的防滑耐磨混凝土的具体制备方法如下：

S1、所述改性玄武岩纤维的制备：将玄武岩纤维浸入3.2mol/L的醋酸溶液中，20℃下浸泡1.2～1.4h，取出后用纯水多次洗涤至中性，再放入80℃烘箱中干燥24h，冷却制成改性玄武岩纤维备用；

S2、按重量份数取所述水性环氧树脂、偶联剂，以及A份步骤S1制备的所述改性玄武岩纤维，搅拌混匀，再进行超声波分散，超声波频率为25～35Hz，得混合液备用；

S3、将所述玻璃颗粒、固化剂加入到所述混合液中，搅拌均匀，得混合料备用；

S4、在模具中涂布脱模剂，将所述混合料倒入模具固化，得混凝土成品。

比较例12

本比较例提供的一种防滑耐磨混凝土，包括以下重量份数的原料：改性玻璃颗粒75份、水性环氧树脂14份、玄武岩纤维A份、偶联剂5份、固化剂5份；

其中，所述改性玻璃颗粒、水性环氧树脂、偶联剂、固化剂均无色透明；所述玄武岩纤维为未经表面处理的普通玄武岩纤维；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述A＝8。

本比较例的防滑耐磨混凝土的具体制备方法如下：

S1、所述改性玄武岩纤维的制备：将玄武岩纤维浸入3.2mol/L的醋酸溶液中，20℃下浸泡1.2～1.4h，取出后用纯水多次洗涤至中性，再放入80℃烘箱中干燥24h，冷却制成改性玄武岩纤维备用；

S2、按重量份数取所述水性环氧树脂、偶联剂，以及A份步骤S1制备的所述改性玄武岩纤维，搅拌混匀，再进行超声波分散，超声波频率为25～35Hz，得混合液备用；

S3、所述改性玻璃颗粒的制备：750～850℃下在每100份液态玻璃中加入8.3份步骤S1制备的改性玄武岩纤维混匀，然后冷却制得改性玻璃颗粒中间品，最后用粒度为2.5μm的金刚砂对改性玻璃颗粒中间品的表面喷吹处理制得，喷吹的高压空气为4～7kg/cm²；

S4、将所述改性玻璃颗粒、固化剂加入到所述混合液中，搅拌均匀，得混合料备用；

S5、在模具中涂布脱模剂，将所述混合料倒入模具固化，得混凝土成品。

比较例13

本比较例提供的一种防滑耐磨混凝土，包括以下重量份数的原料：玻璃颗粒75份、水性环氧树脂14份、玄武岩纤维A份、偶联剂5份、固化剂5份；

其中，所述玻璃颗粒、水性环氧树脂、偶联剂、固化剂均无色透明；所述玻璃颗粒和玄武岩纤维均未经任何改性处理；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述A＝8。

本比较例的防滑耐磨混凝土的具体制备方法如下：

S1、按重量份数取所述水性环氧树脂、玄武岩纤维、偶联剂，搅拌混匀，进行超声波分散，超声波频率为25～35Hz，得混合液备用；

S2、将所述玻璃颗粒、固化剂加入到所述混合液中，搅拌均匀，得混合料备用；

S3、在模具中涂布脱模剂，将所述混合料倒入模具固化，得混凝土成品。

比较例14

本比较例提供的一种防滑耐磨混凝土，包括以下重量份数的原料：普通改性玻璃颗粒75份、水性环氧树脂14份、改性玄武岩纤维A份、偶联剂5份、固化剂5份；

其中，所述普通改性玻璃颗粒、水性环氧树脂、偶联剂、固化剂均无色透明；所述普通改性玻璃颗粒中未混入改性玄武岩纤维，而是直接将普通玻璃颗粒表面用粒度为2.5μm的金刚砂喷吹处理制得，最终普通改性玻璃颗粒粒径为3.5～4.5mm；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述A＝8。

本比较例的防滑耐磨混凝土的具体制备方法如下：

S1、所述改性玄武岩纤维的制备：将玄武岩纤维浸入3.2mol/L的醋酸溶液中。20℃下浸泡1.2～1.4h，取出后用纯水多次洗涤至中性，再放入80℃烘箱中干燥24h，冷却制成改性玄武岩纤维备用；

S2、按重量份数取所述水性环氧树脂、偶联剂，以及A份步骤S1制备的所述改性玄武岩纤维，搅拌混匀，进行超声波分散，超声波频率为25～35Hz，得混合液备用；

S3、所述普通改性玻璃颗粒的制备：将普通玻璃颗粒用粒度为2.5μm的金刚砂对改性玻璃颗粒中间品的表面进行喷吹处理，喷吹的高压空气为4～7kg/cm²；

S4、将所述改性玻璃颗粒、固化剂加入到所述混合液中，搅拌均匀，得混合料备用；

S5、在模具中涂布脱模剂，将所述混合料倒入模具固化，得混凝土成品。

应用例：测定比较按照实施例1～7和比较例1～14制备的混凝土样件的相关参数。

(1)防滑性、耐磨性试验。

采用公路工程水泥及水泥混凝土试验规程JTG_E30-2005上的方法对实施例1～7和比较例1～13制备的混凝土样件的防滑性(路面摆值)、耐磨性(磨耗量)、抗压强度进行测试。测试结果如下表2。

(2)透光性测试

将实施例1～7和比较例1～14制备的混凝土样件利用太阳能测试仪在开口暗箱中进行透光率测试。测试结果如下表2

表2实施例1～7和比较例1～14制备的混凝土样件的相关参数测试结果汇总表

通过比较实施例1～3，比较例1、2制备的混凝土样件的测试结果可以看出，实施例1～3的各项参数均好于比较例1、2，其中，实施例1的最好。由此说明，实施例1～3采用的各原料重量份数较优，且实施例1的最优。

通过比较实施例1、4、5，比较例3、4制备的混凝土样件的测试结果可以看出，实施例1、4、5中用于对普通玻璃颗粒表面喷吹处理的金刚砂的粒度较好，以及用于表面蚀刻糙化处理的醋酸溶液的浓度较好，且实施例1的最优。

通过比较实施例1、6、7，比较例5、6制备的混凝土样件的测试结果可以看出，实施例1、6、7中用于对玄武岩纤维进行表面蚀刻糙化处理的醋酸溶液的浓度较好，且实施例1的最优。

通过比较实施例1和比较例7～10制备的混凝土样件的测试结果可以看出，实施例1的选用直径和长度范围内的改性玄武岩纤维所制备的混凝土的各项参数均较优；选用直径或长度大于该范围的改性玄武岩纤维，虽然相比其他比较例抗压强度有所增加，但透光率明显较低；采用小于该范围的改性玄武岩纤维虽然相比其他比较例透光率有所增加，但混凝土的抗压强度明显较低。因此，采用实施例1的改性玄武岩纤维的直径和长度范围最优。

通过比较实施例1，比较例11、12、13制备的混凝土样件的测试结果可以看出，同时采用改性玻璃颗粒和改性玄武岩纤维制备的混凝土的抗压强度明显较好；单一采用改性玻璃或改性玄武岩纤维制备的混凝土的抗压强度明显较差；而采用普通玻璃、普通玄武岩纤维制备的混凝土的抗压强度最差。这说明按照本发明所述的方法改性的玻璃颗粒和改性玄武岩纤维对提高制备的混凝土的抗压强度有显著积极影响，且两者有协同促进作用，而采用普通玻璃和普通玄武岩纤维制备的混凝土则达不到同样高的抗压强度。

通过比较实施例1和比较例14，虽然比较例14相比其他比较例，其耐磨性、防滑性、7d抗压强度更好，但与实施例1仍有很大差距，而透光率处于良好水平。这说明，在改性玻璃颗粒制备时，在改性玻璃颗粒中间品中加入改性玄武岩纤维，能进一步提高混凝土的耐磨性、防滑性和抗压强度。

Claims (8)

1.一种防滑耐磨混凝土，其特征在于，所述防滑耐磨混凝土包括以下重量份数的原料：改性玻璃颗粒75份、水性环氧树脂14份、偶联剂5份、固化剂5份，以及改性玄武岩纤维A份；

所述改性玻璃颗粒的制备方法包括：先在每100份的液态玻璃中加入B份改性玄武岩纤维混匀，然后冷却制成改性玻璃颗粒中间品，最后将改性玻璃颗粒中间品的表面用磨料颗粒喷吹处理制得，且最终改性玻璃颗粒粒径为3.5～4.5mm；

所述改性玄武岩纤维是将玄武岩纤维放入醋酸溶液中浸泡，进行表面蚀刻糙化处理制成；

其中，所述改性玻璃颗粒、水性环氧树脂、偶联剂、固化剂均无色透明；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述A＝8，所述B＝7.5～10.4。

2.根据权利要求1所述的一种防滑耐磨混凝土，其特征在于，所述磨料颗粒为金刚砂，且所述金刚砂的粒度为1.25～3.5μm。

3.根据权利要求2所述的一种防滑耐磨混凝土，其特征在于，所述金刚砂的粒度为2.5μm。

4.根据权利要求1、3任一项所述的一种防滑耐磨混凝土，其特征在于，对所述玄武岩纤维进行表面蚀刻糙化处理的醋酸溶液浓度为2.8～3.6mol/L，浸泡时间为1.2～1.4h。

5.根据权利要求4所述的一种防滑耐磨混凝土，其特征在于，对所述玄武岩纤维进行表面蚀刻糙化处理的醋酸溶液浓度为3.2mol/L。

6.根据权利要求1、3、5任一项所述的一种防滑耐磨混凝土，其特征在于，所述改性玄武岩纤维的直径为25～40μm，长度为3～5mm。

7.根据权利要求1、3、5任一项所述的一种防滑耐磨混凝土，其特征在于，所述改性玻璃颗粒的制备方法包括：先在每100份的液态玻璃中加入8.3份所述改性玄武岩纤维混匀，然后冷却制成改性玻璃颗粒中间品，最后将改性玻璃颗粒中间品的表面用磨料颗粒喷吹处理制得。

8.一种权利要求1、3、5中任一项所述的防滑耐磨混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述改性玄武岩纤维的制备：将玄武岩纤维浸入醋酸溶液中，20℃下浸泡1.2～1.4h，取出后用纯水多次洗涤至中性，再放入80℃烘箱中干燥24h，冷却制成改性玄武岩纤维备用；

S2、按重量份数取所述水性环氧树脂、偶联剂，以及A份步骤S1制备的所述改性玄武岩纤维，搅拌混匀，再进行超声波分散，超声波频率为25～35Hz，得混合液备用；所述A＝8；

S3、所述改性玻璃颗粒的制备：750～850℃下在每100份液态玻璃中加入B份步骤S1制备的改性玄武岩纤维混匀，然后冷却制得改性玻璃颗粒中间品，最后用一定粒度的磨料颗粒对改性玻璃颗粒中间品的表面进行喷吹处理，喷吹的高压空气为4～7kg/cm²；所述B＝7.5～10.4；

S4、将所述改性玻璃颗粒、固化剂加入到所述混合液中，搅拌均匀，得混合料备用；

S5、在模具中涂布脱模剂，将所述混合料倒入模具固化，得混凝土成品。