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超早強(qiáng)聚羧酸減水劑在預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管中的應(yīng)用

文檔序號(hào):9802726閱讀:659來源:國(guó)知局
超早強(qiáng)聚羧酸減水劑在預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于混凝土應(yīng)用領(lǐng)域,涉及超早強(qiáng)聚羧酸減水劑在預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管中 的應(yīng)用,尤其涉及一種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的生產(chǎn)和應(yīng)用,至今已有70多年歷史。1939年法國(guó)邦納管道 公司首先設(shè)計(jì)并制造了預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCPK20世紀(jì)40年代歐美競(jìng)相開發(fā)PCCP,美 國(guó)是生產(chǎn)和使用PCCP最多的國(guó)家,迄今為止,美國(guó)已使用PCCP28000km,最大管徑達(dá)7600mm。 除美國(guó)外,目前PCCP已在美洲、歐洲、非洲及亞洲的十多個(gè)國(guó)家得到廣泛使用,近年來使用 PCCP最多的國(guó)家是非洲的利比亞。
[0003] 我國(guó)開發(fā)研制生產(chǎn)PCCP起步較晚,20世紀(jì)80年代才開始研制。雖然我國(guó)生產(chǎn)使用 PCCP的歷史僅有二十多年,但由于恰逢國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,城市化進(jìn)程加快的有利時(shí)機(jī),經(jīng) 過自主研發(fā),引進(jìn)技術(shù)與設(shè)備消化,產(chǎn)品已能完全國(guó)產(chǎn)化。
[0004] PCCP管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe)式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的英文 縮寫,是由預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼筒、混凝土構(gòu)成的復(fù)合管材,這種管材是在帶鋼筒的混凝土管芯 上,環(huán)向纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲,最后在外部噴制致密的水泥砂漿保護(hù)層而制成的。它充分而又綜 合地發(fā)揮了鋼材的抗拉、易密封和混凝土的抗壓、耐腐蝕性能,具有高密封性、高強(qiáng)度和高 抗?jié)B的特性。
[0005] PCCP管從結(jié)構(gòu)形式上分為兩種:一種為內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP-L),即 在鋼筒內(nèi)壁成型混凝土,在鋼筒外面纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲,然后噴射砂漿保護(hù)層而制成的 管材;一種是埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP-E),是指鋼筒和鋼筒內(nèi)、外兩側(cè)混凝土層組 成管芯并在管芯混凝土外側(cè)纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲,然后制作水泥砂漿保護(hù)層而制成的管 子。
[0006] PCCP由以下部分構(gòu)成:
[0007] 1.高強(qiáng)度混凝土管芯:它是管道的主要結(jié)構(gòu)部分,可提供光滑的內(nèi)表面以利水流。 該管芯內(nèi)的鋼筒起防滲作用和提供縱向抗拉強(qiáng)度,并可增加環(huán)向強(qiáng)度。在PCCP-E型管道中, 鋼筒嵌在混凝土管芯中,在PCCP-L型管道中,鋼筒包在混凝土管芯的外部。鋼筒兩端連接鋼 制承、插口換和彈性〇型橡膠環(huán),它可為管與管間的連接提供止水并可使相鄰兩管中心對(duì) 齊。PCCP-E型管混凝土在鋼模內(nèi)立式澆筑,多用于大管徑PCCP管,PCCP-L型管的混凝土靠離 心澆筑或在鋼筒內(nèi)徑向壓實(shí)澆筑,多用于小管徑PCCP管。
[0008] 2.冷拉預(yù)應(yīng)力鋼絲:以一定的拉應(yīng)力螺旋式纏繞在管芯上,在管芯上產(chǎn)生均勻的 預(yù)壓應(yīng)力,以抵償由內(nèi)壓和外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力??筛鶕?jù)具體運(yùn)行條件設(shè)計(jì)鋼絲直徑、預(yù)壓 應(yīng)力和纏絲密度,以提供所需的最佳預(yù)應(yīng)力。
[0009] 3 . -個(gè)密實(shí)的水泥砂漿保護(hù)層:保護(hù)高強(qiáng)度鋼絲和管芯,使之免受物理?yè)p壞和外 界腐蝕。
[0010] 4.鋼制承、插口接頭:焊在鋼筒的兩端,是PCCP的連接件和密封件。
[0011] PCCP管具有以下技術(shù)及經(jīng)濟(jì)特點(diǎn):設(shè)計(jì)方法先進(jìn)、安全;承受較高的內(nèi)壓和外荷 載;良好的抗?jié)B性及耐久性;接頭密封好;耐腐蝕性能好;良好的通水能力;安裝速度快;能 夠抵抗一定的推力;PCCP半剛性接頭對(duì)地基適應(yīng)性好;抗震能力強(qiáng);可以制作各類配件和異 型管;工程造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用低。
[0012] 在傳統(tǒng)工藝中,混凝土管芯的形成過程中,需要對(duì)混凝土澆筑后形成的混凝土管 芯初體進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)。蒸汽養(yǎng)護(hù)分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個(gè)階段,靜停時(shí)間不少于1小 時(shí);升溫速度不大于22°c/h;養(yǎng)護(hù)制度應(yīng)使混凝土料達(dá)到脫模強(qiáng)度。管芯混凝土脫模強(qiáng)度 PCCP-L管不低于30MPa,PCCP-E管不低于20MPa。
[0013] PCCP-L管可采用一次養(yǎng)護(hù),恒溫最高溫度不高于85°C ;PCCP_E管采用二次養(yǎng)護(hù)法, 第一次達(dá)到脫模強(qiáng)度,第二次達(dá)到纏絲強(qiáng)度,最高養(yǎng)護(hù)溫度不超過60°C。蒸汽養(yǎng)護(hù)不僅操作 復(fù)雜,而且耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、不環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供了一種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝 土管的制備方法,本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管制備方法可實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的免 蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù),還可提高預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的強(qiáng)度,同時(shí)具有操作簡(jiǎn)單,生產(chǎn)安全、成本低廉、 節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
[0015] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的制備方法,包括:在帶有鋼 筒的混凝土管芯外側(cè)纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲,然后噴制水泥砂漿保護(hù)層,即制得預(yù)應(yīng)力鋼筒 混凝土管;所述混凝土管芯通過將混凝土澆筑后形成的混凝土管芯初體進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)而形 成;
[0016] 其中,所述混凝土的原料包括水泥、集料、水和超早強(qiáng)聚羧酸減水劑,所述超早強(qiáng) 聚羧酸減水劑為式(1)或式(2)所示的化合物;
[0017] 所述式(1)所示的化合物的結(jié)構(gòu)式如下:
[0018]
[0019] 所述式(2)所示的化合物的結(jié)構(gòu)式如下:
[0020]
[0021 ] 其中a均為1~80的整數(shù),b均為1~80的整數(shù),c均為1~50的整數(shù);1均為1~50的整 數(shù);
[0022] R 為 Η或 CH3;
R3和R4分別獨(dú)自為 久
; C1-3烷基;X均為Cl、Br或I;m均為5~200的整數(shù),n均為0~50的整數(shù),z均為1~150的整數(shù)。
[0026] 在上述技術(shù)方案中,本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的制備方法,用自然養(yǎng)護(hù)工序 替代了原管片生產(chǎn)工藝中的常壓蒸養(yǎng)工序,不需要用蒸汽,完全依靠自然條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù),降 低了生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性。自然養(yǎng)護(hù)是指在自然氣溫條件下(高于5 °C ),對(duì)混凝土采取覆蓋、澆水潤(rùn)濕、擋風(fēng)、保溫等養(yǎng)護(hù)措施。
[0027] 在上述技術(shù)方案中,本發(fā)明中自然養(yǎng)護(hù)的實(shí)現(xiàn)主要是由于使用了超早強(qiáng)聚羧酸減 水劑。本發(fā)明的超早強(qiáng)聚羧酸減水劑既保持了普規(guī)早強(qiáng)聚羧酸減水劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念,即 采用的是長(zhǎng)側(cè)鏈,短主鏈,分子結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成倒T型,呈現(xiàn)梳型結(jié)構(gòu),這樣的分子結(jié)構(gòu)可以利 用強(qiáng)空間位阻效應(yīng)保證分散作用,同時(shí)短主鏈降低減水劑在水泥顆粒的覆蓋面積,保證水 泥正常水化反應(yīng);更為重要的是,本發(fā)明的超早強(qiáng)聚羧酸減水劑利用特殊催化劑實(shí)現(xiàn)高分 子中高度規(guī)整和采用促水化基團(tuán)大單體,利用疊加效應(yīng),實(shí)現(xiàn)超早強(qiáng)效果。
[0028] 在上述技術(shù)方案中,本發(fā)明的膠凝材料中可同原蒸養(yǎng)工藝一樣,使用水泥(優(yōu)選 地,可加入粉煤灰),不需要摻加任何其它增強(qiáng)摻合材,通過使用本發(fā)明的超早強(qiáng)聚羧酸減 水劑,加速水泥水化作用,達(dá)到拆模及出廠強(qiáng)度。
[0029] 優(yōu)選地,所述式(1)所示的超早強(qiáng)聚羧酸減水劑由以下方法制備而成:
[0030] (la)甲氧基羥基PEG中間體的合成
[0031]向封閉的高壓釜內(nèi),注入甲醇、環(huán)氧乙烷或環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物、環(huán)氧鹵 丙烷、催化劑,攪拌,80-150 °C下反應(yīng)2-1 Oh,即得反應(yīng)產(chǎn)物甲氧基羥基PEG中間體;
[0032] 其中,環(huán)氧鹵丙烷為環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧溴丙烷或環(huán)氧碘丙烷;其反應(yīng)式如下:
[0033]
[0034] (2a)甲氧基PEG活性大單體的合成
[0035]向反應(yīng)器中加入步驟la)中合成的甲氧基羥基PEG中間體、烯酸、催化劑和阻聚劑, 攪拌,70-170 °C下反應(yīng)3-15h,即得反應(yīng)產(chǎn)物甲氧基PEG活性中間體;
[0036]其中,烯酸為丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐或衣康酸;其反應(yīng)式如下:
[0037]
吟 s
[0038] (3a)活性大單體的合成
[0039] 向反應(yīng)器中加入季銨鹽化反應(yīng)物和阻聚劑,升溫至10-80°C,緩慢滴加步驟2a)中 合成的甲氧基PEG活性中間體的季銨鹽化反應(yīng)物溶液,滴加完畢后,于10_80°C條件下,繼續(xù) 保溫反應(yīng)l-l〇h,即得所述活性大單體;其反應(yīng)式如下:
[0040]
久 ;
[0041 ]其中,所述季銨鹽化合物為N(R2R3R4),其中R2、R 3和R4分別獨(dú)自為C1-3烷基。
[0042] (4a)式(1)所示的超早強(qiáng)聚羧酸減水劑的合成
[0043] 將步驟3a)合成的活性大單體,甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸和馬來酸酐中的一種, APEG、VPEG、HPEG和TPEG中的一種,水和分子量調(diào)節(jié)劑混合,升溫至85~95°C,滴加引發(fā)劑, 滴加完畢后保溫,然后降溫至45~50°C,調(diào)節(jié)pH至7.0-8.0,得到所述超早強(qiáng)聚羧酸減水劑。
[0044] 優(yōu)選地,所述步驟(la)中甲醇,環(huán)氧乙烷和環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物中的一 種和環(huán)氧鹵丙烷的摩爾比為甲醇:環(huán)氧乙烷和環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物中的一種:環(huán) 氧齒丙烷=1:5~250:1~150;所述步驟2a)中,甲氧基羥基PEG中間體與稀酸的摩爾比為1: 1.0~8.0;所述步驟3a)中,季銨鹽化反應(yīng)物與所述甲氧基PEG活性中間體的摩爾比為0.2~ 2:1;所述步驟(4a)中,所述甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸和馬來酸酐中的一種,APEG、VPEG、 HPEG和TPEG中的一種與活性大單體的摩爾比為APEG、VPEG、HPEG和TPEG中的一種:甲基丙烯 酸、丙稀酸、衣康酸和馬來酸酐中的一種:活性大單體=1~6.0:1.0:1.0~3.0。
[0045] 優(yōu)選地,所述步驟(la)中的催化劑為氫化鈉或鈉;所述步驟(2a)中的催化劑為甲 磺酸和對(duì)甲基苯磺酸中的至少一種;所述步驟(2a)、(3a)中的阻聚劑均為對(duì)苯二酚或?qū)?醚苯酚;所述步驟(2a)中阻聚劑的用量為所述甲氧基羥基PEG中間體摩爾數(shù)的0.002%~ 0.010%,所述步驟(3a)中阻聚劑的用量為所述甲氧基PEG活性大單體摩爾數(shù)的0.002%~ 0.010%;所述步驟(4a)中分子量調(diào)節(jié)劑為巰基化合物和異丙醇中的至少一種,所述分子量 調(diào)節(jié)劑的用量為所述活性大單體,甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸和馬來酸酐中的一種,APEG、 VPEG、HPEG和TPEG中的一種的總摩爾數(shù)的0.005~5% ;所述巰基化合物為3-巰基丙酸、巰基 乙酸、巰基乙醇或吊白塊;所述步驟(4a)中所述引發(fā)劑是雙氧水、過硫酸鉀、過硫酸銨和過 氧化苯甲酰的水溶液中的一種;所述引發(fā)劑的用量為所述活性大單體,甲基丙烯酸、丙烯 酸、衣康酸和馬來酸酐中的一種與APEG、VPEG、HPEG和TPEG中的一種的總摩爾數(shù)的0.05%~ 5%;所述步驟(4a)中,所述引發(fā)劑的滴加時(shí)間為1~10h,所述保溫時(shí)間為1~12h。
[0046]優(yōu)選地,所述式(2)所示的超早強(qiáng)聚羧酸減水劑由以下方法制備而成:
[0047] (lb)甲氧基羥基PEG中間體的合成
[0048]向封閉的高壓釜內(nèi),注入甲醇、環(huán)氧乙烷或環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物、環(huán)氧鹵 丙烷、催化劑,攪拌,80-150 °C下反應(yīng)2-1 Oh,即得反應(yīng)產(chǎn)物甲氧基羥基PEG中間體;
[0049] 其中,環(huán)氧鹵丙烷為環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧溴丙烷或環(huán)氧碘丙烷;其反應(yīng)式如下:
[0050]
[00511 (2b)甲氧基PEG活性大單體的合成
[0052]向反應(yīng)器中加入步驟lb)中合成的甲氧基羥基PEG中間體、烯酸、催化劑和阻聚劑, 攪拌,70-170 °C下反應(yīng)3-15h,即得反應(yīng)產(chǎn)物甲氧基PEG活性中間體;
[0053] 其中,烯酸為丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐或衣康酸;其反應(yīng)式如下:
[0054]
V ?
[0055] (3b)活性大單體的合成
[0056] 向反應(yīng)器中加入季銨鹽化反應(yīng)物和阻聚劑,升溫至10-80°C,緩慢滴加步驟2b)中 合成
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