阅读说明：本技术 应用于增强混凝土的改性玻璃钢筋、制备方法及其用途 (Modified glass reinforced bar applied to reinforced concrete, preparation method and application thereof ) 是由 池立群 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种应用于增强混凝土的改性玻璃钢筋、制备方法及其用途。该改性玻璃钢筋通过连续玻璃纤维在不饱和聚酯树脂溶液中浸渍,浸渍后的连续玻璃纤维连续挤拉成型,经切割得到,其中,不饱和聚酯树脂溶液包含：不饱和聚酯树脂、芳纶原纤纤维及无机纤维。本发明提供的改进玻璃钢筋,强度大幅提高,玻璃钢筋-钢筋与混凝土的相容性良好,解决了聚合物材料与混凝土性能差异较大的问题,从而增强混凝土的强度,以及提高混凝土材料的防腐蚀性和防渗水性。且制备方法节能环保,能制备高强度标准的混凝土材料,尤其适用于承重墙等对混凝土强度要求高的建筑材料。(The invention discloses a modified glass reinforced bar applied to reinforced concrete, a preparation method and application thereof. The modified glass reinforcing steel bar is obtained by impregnating continuous glass fibers in an unsaturated polyester resin solution, continuously extruding and drawing the impregnated continuous glass fibers, and cutting, wherein the unsaturated polyester resin solution comprises: unsaturated polyester resin, aramid fibril fiber and inorganic fiber. The improved glass reinforced bar provided by the invention has the advantages that the strength is greatly improved, the compatibility between the glass reinforced bar and the concrete is good, and the problem of larger performance difference between a polymer material and the concrete is solved, so that the strength of the concrete is enhanced, and the corrosion resistance and the water seepage resistance of the concrete material are improved. The preparation method is energy-saving and environment-friendly, can prepare the concrete material with high strength standard, and is particularly suitable for building materials such as bearing walls and the like with high requirements on the strength of the concrete.)

应用于增强混凝土的改性玻璃钢筋、制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，涉及一种应用于增强混凝土的改性玻璃钢筋、制备方法及其用途，具体涉及一种玻璃钢筋-钢筋混合增强混凝土材料中起增强作用的改性玻璃钢筋。

背景技术

承重墙为用于支撑上部楼层重量的墙体，是支撑建筑的脊梁，是决定室内安全的一个重要部分。随着现如今对于楼层高度的需求，势必对构成承重墙的混凝土的强度要求也越来越高。

混凝土基本的强度指标有三：混凝土立方体抗压强度，混凝土轴心抗压强度(或棱柱体强度)和混凝土抗拉强度。

混凝土立方体抗压强度：混凝土立方体试件的强度比较稳定，我国以该值作为混凝土强度的基本指标。根据混凝土立方体抗强度标准值的数值，《混凝土结构设计规范》GB50010-2001(以下简称《规范》)规定，混凝土强度等级分为14级：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80。其中符号C表示混凝土(Concrete)，后面的数字表示立方体抗压强度标准值，单位N/mm²。

混凝土轴心抗压强度(或棱柱体强度)：棱柱体(高度大于边长)试件比立方体试件能更好地反映混凝土构件的实际抗压能力。在工程中，钢筋混凝土轴心受压构件，如柱、屋架受压弦杆等，长度比横截面尺寸大得多，构件的混凝土强度，与混凝土棱柱体轴心抗压强度接近。在构件设计时，混凝土强度多采用轴心抗压强度。

混凝土抗拉强度：通常混凝土的抗拉强度很低，只有抗压强度的1/181/8，并且不与抗压强度成比例增大。钢筋混凝土的抗裂性、抗剪、抗扭承载力等均与混凝土的抗拉强度有关。在多轴应力状态下的混凝土强度理论中，混凝土的抗拉强度是一个非常主要的参数。

为了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺点，在混凝土中掺加纤维以改善混凝土性能的研究，发展得相当迅速。研究较多的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等。

其中，玻璃钢筋/钢筋混合增强混凝土具备诸多优良性能，如高强度、耐腐蚀、防渗漏、低重量、操作方便等等，已多有报道且付诸实用。然而，聚合物材料引入到性能差异甚大的混凝土材料中，其结构和性能尚未达到完美，有许多值得改性的方面。

发明内容

本发明的目的是改性、提高玻璃钢筋/钢筋混合增强混凝土中应用的玻璃钢筋强度和性能，通过改进玻璃钢筋，并添加水凝胶树脂，以提高玻璃钢筋、钢筋与混凝土的相容性，从而增强混凝土的强度。

为了达到上述目的，本发明提供一种应用于增强混凝土的改性玻璃钢筋，该改性玻璃钢筋通过连续玻璃纤维在不饱和聚酯树脂溶液中浸渍，浸渍后的无捻玻璃纤维长丝连续挤拉成型，经切割得到，其中，所述的不饱和聚酯树脂溶液包含：不饱和聚酯树脂、芳纶原纤纤维及无机纤维；其中：

连续玻璃纤维 60-70重量份；

不饱和聚酯树脂 20-30重量份；

芳纶原纤纤维 1-3重量份；

无机纤维 10-20重量份；

所述的无机纤维选择硅灰石、碳酸钙及凹凸棒土中的一种或任意两种以上的混合。

较佳地，所述的不饱和聚酯树脂的基体选自：邻苯二甲酸型、间苯二甲酸型、双酚A型和乙烯基酯型、卤代不饱和聚酯树脂组成的群组。

较佳地，所述的改性玻璃钢筋拉伸强度为200-700MPa，弯曲强度为300-500MPa。

较佳地，所述的无机纤维的长径比为(10-20):1，所述的改性玻璃钢筋的拉伸强度可达到200-400MPa，弯曲强度可达到300-400MPa。

较佳地，所述的不饱和聚酯树脂溶液还包含：3-6重量份聚丙烯树脂或聚酰胺树脂，所述的改性玻璃钢筋为热塑性玻璃钢筋，拉伸强度可达到400-700MPa，弯曲强度可达到400-500MPa。

本发明还提供了一种根据上述的应用于增强混凝土的改性玻璃钢筋的制备方法，其包含：

步骤1，将芳纶原纤纤维、无机纤维均匀混入不饱和聚酯体系，得到不饱和聚酯树脂溶液；

步骤2，将所述的不饱和聚酯树脂溶液浸渍连续玻璃纤维；

步骤3，对浸渍后的连续玻璃纤维采取连续挤拉工艺成型，切割，得到改性玻璃钢筋。

较佳地，步骤1中，还向不饱和聚酯体系中混入聚丙烯树脂或聚酰胺树脂。

本发明还提供了一种根据上述的改性玻璃钢筋的用途，其能部分代替钢筋或全部代替钢筋，增强混凝土材料。

较佳地，所述的增强混凝土材料包含：

S1，将玻璃钢筋或玻璃钢筋与钢筋的组合集束成钢筋笼，制模；

S2，在制备混凝土的每百份重量水中添加10-20重量份的水凝胶树脂，制备混凝土；

S3，将S2混有水凝胶的混凝土加入到S1的制模中养护，得到增强混凝土材料。

较佳地，所述的增强混凝土材料能用于承重墙。

连续长丝玻璃纤维连续挤拉工艺制备的玻璃钢筋是各向异性材料，为提高材料的横向性能，本发明在浸渍的不饱和聚酯树脂中引入了芳纶原纤纤维、高长径比的无机纤维填料，在大大提高横向强度的同时，提高玻璃钢筋的综合性能，包括纵向强度。

本发明采用连续长丝玻璃纤维连续挤拉工艺制备热固性树脂基和热塑性树脂基玻璃钢筋，采用的连续玻璃纤维为长纤维，相对于几毫米长度的玻璃纤维(常规的短纤维)增强，可成倍提高玻璃钢筋的拉伸强度和弯曲强度，同时克服一般玻璃钢产品强度的随机不均匀性，对于玻璃钢筋/钢筋混合增强的混凝土可更多采用玻璃钢筋，保持和提高材料的综合性能。

本发明的有益效果：1)改进玻璃钢筋的强度大幅提高；2)重量轻，能有效减轻建筑荷载，减轻劳动强度，提高生产效率；3)玻璃钢筋-钢筋与混凝土的相容性良好，解决了聚合物材料与混凝土性能差异较大的问题；用于增强混凝土提供的增强混凝土材料的强度大幅提高，且，提高了混凝土材料的防腐蚀性和防渗水性；4)制备方法节能环保，能制备高强度标准的混凝土材料，尤其适用于承重墙等对混凝土强度要求高的建筑材料。

具体实施方式

本文所述的“混凝土”为市售普通混凝土，指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。

本文所述的“钢筋(Rebar)”是指钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材，其横截面为圆形，有时为带有圆角的方形。包括光圆钢筋、带肋钢筋、扭转钢筋等。

玻璃纤维(英文原名为：glass fiber)是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石七种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。

本发明所述的“拉挤工艺”是一种连续生产复合材料型材的方法，它是将纱架上的无捻玻璃纤维粗纱和其他连续增强材料、聚酯表面毡等进行树脂浸渍，然后通过保持一定截面形状的成型模具，并使其在模内固化成型后连续出模，形成拉挤制品。

本文所述的“玻璃钢筋-钢筋混合增强混凝土材料”是指玻璃钢筋、钢筋一起增强混凝土。

本发明所提供的玻璃钢筋，包括热固性树脂基玻璃钢筋和热塑性树脂基玻璃钢筋。本发明对玻璃钢筋性能的提高包含：玻璃钢筋强度的提高和各向异性的改善，与混凝土相容性的提高，以及混凝土耐渗漏和抗腐蚀能力的提高。

采用连续长丝玻璃纤维连续挤拉工艺制备热固性树脂基玻璃钢筋，拉伸强度可达到200-300MPa，弯曲强度可达到250-300MPa。

在连续长丝玻璃纤维连续挤拉工艺制备热固性树脂基玻璃钢筋过程中，采用芳纶原纤纤维、高长径比的无机纤维填料，长径比为10-20:1，引入不饱和聚酯树脂，拉伸强度可达到200-400MPa，弯曲强度可达到300-400MPa。

再引入聚丙烯树脂或聚酰胺树脂，采用连续长丝玻璃纤维连续挤拉工艺制备热塑性树脂基玻璃钢筋，拉伸强度可达到400-700MPa，弯曲强度可达到400-500MPa。

制备相应标准的混凝土材料：按混凝土的规范，引入定量的玻璃钢筋、钢筋和水凝胶。具体来说，改性玻璃钢筋部分取代钢筋或全部取代钢筋集束成钢筋笼，制模；向现有制备混凝土的水泥中，引入水凝胶树脂，然后加入到制模中养护，得到增强混凝土材料，其防渗透性、耐腐性和与玻璃钢筋的相容性均大幅提高。

所述的水凝胶树脂是指丙烯酸系水凝胶树脂。

实施例1热固性玻璃钢筋的制备

取60重量份无捻玻璃纤维长丝，浸渍20重量份不饱和聚酯，在浸渍的不饱和聚酯中，还添加1重量份的芳纶浆粕，10重量份的硅灰石填料(优选针状硅灰石)。浸渍后的无捻玻璃纤维长丝连续挤拉成型，经切割，得到需要长度的玻璃钢筋。所得到的玻璃钢筋拉伸强度可达到200MPa，弯曲强度可达到300MPa。

实施例2热固性玻璃钢筋的制备

取70重量份无捻玻璃纤维长丝，浸渍30重量份不饱和聚酯，在浸渍的不饱和聚酯中，还添加3重量份的芳纶浆粕，20重量份的凹凸棒土填料。浸渍后的无捻玻璃纤维长丝连续挤拉成型，经切割，得到需要长度的玻璃钢筋。所得到的玻璃钢筋拉伸强度可达到400MPa，弯曲强度可达到400MPa。

实施例3热塑性玻璃钢筋的制备

采用63重量份无捻玻璃纤维长丝，浸渍26重量份不饱和聚酯，在浸渍的不饱和聚酯中，还添加2重量份的芳纶浆粕，13重量份的碳酸钙填料，6重量份熔融的聚丙烯树脂，以类似于实施例1的工艺制备聚丙烯树脂浸渍的玻纤，玻纤含量为60％，拉伸强度可达到700MPa，弯曲强度可达到500MPa，在红外或激光条件下集束成为玻璃钢筋，用于制备玻璃钢筋/钢筋混合增强混凝土。

实施例4含有水凝胶的混凝土的制备

在制备混凝土的每百份重量水中添加10-20重量份的水凝胶，应用于制备玻璃钢筋/钢筋混合增强混凝土中，提高材料的防渗透性、耐腐性和与玻璃钢筋的相容性。

实施例5玻璃钢筋-钢筋混合增强混凝土材料的制备

采用实施例1制备的改性玻璃钢筋部分代替常规的钢筋，集束成钢筋笼，制模，加入混有水凝胶的混凝土养护，制备得到玻璃钢筋-钢筋混合增强混凝土材料。其中，在制备混凝土的每百重量份的水中添加5重量份的水凝胶。

实施例6玻璃钢筋增强混凝土材料的制备

采用实施例1制备的改性玻璃钢筋完全代替常规的钢筋，集束成钢筋笼，制模，加入混有水凝胶的混凝土养护，制备得到玻璃钢筋增强混凝土材料。其中，在制备混凝土的每百重量份的水中添加5重量份的水凝胶。

综上所述，本发明提供的改性的玻璃钢筋，重量轻，能有效减轻建筑荷载，减轻劳动强度，提高生产效率，且节能环保，经济效益高，可完全代替常规钢筋或部分代替常规钢筋混合增强混凝土材料，增加了混凝土的强度、韧性和耐腐蚀性，可用于承重墙结构。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。