非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏及其用于懸索橋主纜的復合防護結構的制作方法

本發明涉及一種密封材料及其防護技術，具體涉及非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏及其用于懸索橋主纜的復合防護結構，屬橋梁腐蝕防護
技術領域：
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背景技術：
：主纜是懸索橋主要的承重結構，是工程的不可更換部分，是懸索橋的“生命線”，一旦主纜發生腐蝕破壞，將導致嚴重后果，造成的經濟社會損失極大。因此，懸索橋主纜的密封防護，已越來越引起人們的重視。中國專利ZL201010243670.8公開了一種阻蝕密封膏，由硅烷改性聚醚樹脂、增塑劑、補強填料、觸變劑、片狀阻蝕顏料、鈦白粉、炭黑、脫水劑、附著力促進劑及二月桂酸二丁基錫制得，該產品含有片狀阻蝕顏料，顯著提高了防腐能力，但該阻蝕密封膏本質上還是一種緩硫化型阻蝕密封膏，其體系中含有硫化催化劑二月桂酸二丁基錫，硫化速度雖然相對于硫化型產品顯得緩慢，但其數月內即會硫化，該專利文件公開了阻蝕密封膏硫化后性能測試數據，可證明其短期內即可硫化，且硫化后完全失去觸變性及流動性，因此在主纜中膏體涂層會很快失去不干性、非硫化型，導致出現裂紋、縫隙，從而失去防護作用。中國專利ZL99119397.0公開了一種懸索橋主纜纏絲段的防腐方法，由里及外的結構為：磷化底漆、非硫化型橡膠不干性密封膏層、纏繞鋼絲或帶材纏繞層、磷化底漆層、環氧云鐵底漆層、聚硫型防水密封劑層、非黃變型聚氨酯面漆層，該非硫化型橡膠不干性密封膏主體材料為聚異丁烯橡膠，該技術在工程應用十余年來取得了積極效果，但是聚異丁烯橡膠不僅與鋼絲基體附著力差，自身無法消化滲進的水氣，加上長期高溫度變化和交變載荷影響，最終引起密封失效，水分侵蝕主纜鋼絲，給橋梁安全造成危害。中國專利ZL200810190126.4公開了一種懸索橋纜索纏絲段密封防護處理的方法：清除主纜鍍鋅鋼絲表面的污物并進行干燥處理；在主纜鋼絲外表面涂覆納米改性環氧封閉漆；涂覆硫化型硅烷改性聚醚密封劑；纏繞一層鋼絲或帶材纏繞層；清除鋼絲或帶材纏繞表面的污物及所擠出來的多余的密封劑；在主纜纏繞鋼絲或帶材表面涂覆納米改性環氧封閉漆；涂覆硫化型硅烷改性聚醚密封劑，并整形至均勻圓滑的曲面；涂覆高耐候且具有適當彈性的聚脲涂料或者硅丙涂料。上述主纜纏絲段密封防護方式中，在纏絲前仍使用硫化型密封劑，而硫化型密封劑在纏絲前已硫化成彈性體(或部分硫化成彈性體)，不具有流動性，在纏絲施工時容易被纏絲機撕壞，引起纏絲前防護涂層的破壞，影響整個涂層的密封防護效果。中國專利ZL201020562433.3公開了一種橋梁防護
技術領域：
使用的懸索橋主纜纏絲段密封防護涂層結構，包括主纜鋼絲外包裹有硅烷改性聚醚密封膏的內層密封防護層，內層密封防護層上附有柔性帶纏繞層，柔性帶纏繞層上附有硅烷改性聚醚密封劑的外層密封防護層，外層密封防護層上附有柔韌型聚氨酯面漆或柔韌型氟碳面漆的面漆涂層。內層密封防護層采用的硅烷改性密封膏是一種以硅烷改性聚醚樹脂為原料的密封膏，屬于緩硫化型密封膏，該密封膏涂抹時能充滿纜索鋼絲縫隙，纏絲后密封膏能與纜索及纏繞鋼絲形成一個整體，密封劑緩慢硫化后形成彈性密封體，借以實現對主纜的長期密封防護。根據該專利文件說明書介紹，可見其與中國專利ZL201010243670.8中不干性阻蝕密封膏類似，初期還能夠適應橋梁纜索由于振動及熱脹冷縮引起的形變，但隨著時間延長，密封膏硫化后涂層受纜索震動及形變的影響，一是逐漸與底材(主纜、纏絲)脫離附著，二是其內易出現開裂問題，最終仍會導致密封膏的密封防護能力快速失去。目前，現有主纜涂裝防護技術為提高設計體系防護能力，都設計采用了多道油漆涂裝設計，如主纜鋼絲表面一道防護底漆(如環氧富鋅涂層)、纏絲后纏絲表面涂裝一層防護底漆(如環氧底漆、環氧富鋅漆或納米環氧封閉漆等)等，但多道油漆涂層設計不僅將整個防護涂層分割成底、中、面多道單一防護結構，還引起層間結合及阻水性能的耐久性問題。更為嚴重的是造成施工現場涂裝使用大量油漆，給工程環境尤其是橋梁跨越的河流、海洋等水體造成了嚴重的污染問題，甚至給相關水體水生物、海洋生物保護制造了巨大難題。技術實現要素：本發明的目的是克服已有技術中的不足，提供一種非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏及其用于懸索橋主纜的復合防護結構，該非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏采用系統設計，保證使用期內保持非硫化狀體，且能具有良好的防腐、防水、阻水、阻聚效果，該懸索橋主纜復合防護結構，采用非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏作為內層密封防護層，始終保持一定的流動性、整體性，適宜各類表面密封防護、縫隙的嵌縫密封、縫隙封堵等，可提高主纜的長期密封防護能力，解決了現有不干性阻蝕密封膏、緩硫化密封膏存在的技術問題。借助該材料及防護結構的使用，整個防護體系杜絕了現有油漆涂層的設計使用，徹底解決了原有油漆涂裝體系對工程現場、河流水體的嚴重環境污染問題。本發明解決現有技術問題的方案如下：一種非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏，其原料組成及重量份為：非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏的制備工藝步驟如下：按照材料配比稱取各材料，先將納米碳酸鈣放入雙行星攪拌機中，攪拌機抽真空后加熱到90℃，25-50rpm緩慢攪拌30-60分鐘進行干燥脫水處理；然后再加入硅烷改性聚醚樹脂、聚酰胺蠟SL，加熱到110℃-120℃，抽真空，1000rpm高速攪拌60-120分鐘；然后降溫至50℃-40℃，加入鱗片鋅粉、乙烯基三甲氧基硅烷、對苯二酚、叔丁基鄰苯二酚、環烷酸銅，200-250rpm攪拌25分鐘；最后加入環氧基硅烷，200-250rp緩慢攪拌25分鐘后，出料、包裝，即得到非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏。非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏用于懸索橋主纜的復合防護結構市：由主纜鋼絲表面向外各結構層依次為：非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏形成的內層密封防護層、鍍鋅鋼絲纏繞層、硫化型硅烷改性聚合物密封劑形成的外層密封防護層及水性耐候涂料涂層，其中：內層密封防護層厚度為0.5-2.5mm，外層密封防護層厚度為2-3mm，水性耐候涂料涂層厚度為70-120μm。所述水性耐候涂料為聚氨酯、丙烯酸或氟碳等現有水性耐候涂料。非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏用于懸索橋主纜的復合防護結構還可以設計為：由主纜鋼絲表面向外各結構層依次為：非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏形成的內層密封防護層、鍍鋅鋼絲纏繞層、硫化型硅烷改性聚合物密封劑形成的外層密封防護層及硅烷改性聚合物涂料涂層，其中：內層密封防護層厚度為0.5-2.5mm，外層密封防護層厚度為2-3mm，硅烷改性聚合物涂料涂層厚度為0.2-2mm。必要時還可以在硅烷改性聚合物涂料涂層表面加涂水性耐候涂料，涂層厚度為60-120μm，可進一步提高整個防護結構的防護壽命，滿足特大型懸索橋梁或長壽命主纜的防護需求。上述的硫化型硅烷改性聚合物密封劑中還可以含有鱗片鋅粉，且鱗片鋅粉含量占整個硫化型硅烷改性聚合物密封劑重量份的5％-15％，在硫化型硅烷改性聚合物密封劑生產過程中，鱗片鋅粉加入時的溫度不超過50℃。上述硅烷改性聚合物樹脂包括硅烷改性聚醚樹脂MS、硅烷改性聚氨酯樹脂SPUR、或硅烷改性樹脂STP，硅烷改性聚醚樹脂MS類樹脂如市售的日本鐘化的S303H、S203H；硅烷改性聚氨酯樹脂SPUR如美國邁圖公司生產銷售的SPUR產品；硅烷改性樹脂STP如泰州瑞洋立泰生產的STP樹脂產品。所述的鱗片鋅粉為鱗片狀的鋅粉粉體產品，鱗片狀鋅粉能發揮其平行排列搭接、屏蔽效果好等優點，即使較少用量其綜合防腐能力也顯著優于同份額的球形鋅粉，鱗片鋅粉的用量根據結構防腐設計要求、密封材料綜合性能優化進行優選；優選鱗片鋅粉明顯減少鋅粉用量，可以降低密封材料密度，適度減輕主纜負重。所屬聚酰胺蠟SL作為觸變劑使用，為法國CRAYVALLEY生產，用量根據產品配方組成及膏體性能要求進行調整。所述納米碳酸鈣優選經表面改性的納米級活性碳酸鈣，如市售的U1S2型納米活性碳酸鈣，用量根據樹脂及膏體性能要求進行調整。乙烯基三甲氧基硅烷如美國邁圖高新集團的A-171硅烷、德國贏創德固賽的VTMO型硅烷等；環氧基硅烷如德國贏創德固賽公司的GLYMO型、DAMO-T型硅烷。上述硅烷產品具有良好的除水、阻水性能。叔丁基鄰苯二酚、對苯二酚及環烷酸銅作為復合阻聚劑，在鋅粉膏遇到水氣侵襲時，可有效緩阻硅烷改性聚醚樹脂出現硫化現象，并為除水、阻水贏得足夠時間，保證膏體處于非硫化狀態。另外外層密封防護層的硅烷改性聚合物密封劑中可含有鱗片鋅粉，鱗片鋅粉含量占整個硅烷改性聚合物密封劑重量份的5％-15％，具體含量可根據涂層結構設計要求及密封劑性能要求進行調整。在硅烷改性聚合物密封劑的生產過程中，鱗片鋅粉加入時的溫度不超過50℃，低溫加入有利于減輕鋅粉顆粒表面氧化，最大程度保證鋅粉粒子活性。上述非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏采用的原料均為市售產品，采用現有硅烷改性密封劑高溫生產工藝加工制作而成，干燥過程采取抽真空工藝，不僅可以降低加熱溫度，更能保證材料干燥效果；高溫生產工藝保證聚酰胺蠟SL充分活化，本非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏可具有預期的觸變性及各種工況中剪切條件下的流動性，進一步保證實現縫隙彌合、空隙封堵作用；另外，低溫下加入鋅粉，在確保鱗片鋅粉均勻分散的同時，可以最大限度減輕加工過程中鱗片鋅粉表面的氧化，保證膏體或密封劑中單質鋅含量及鋅片粒子的高活性。懸索橋主纜密封防護復合結構的主纜鋼絲纏繞層，采用的是現有鍍鋅圓鋼絲或“S”型鋼絲通過纏絲而成。本發明的有益效果是：本發明的非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏，選用了防水性能優異的硅烷改性聚合物樹脂，輔以鱗片鋅粉、優質觸變劑聚酰胺蠟SL，添加乙烯基三甲氧基硅烷、對苯二酚、叔丁基鄰苯二酚、環烷酸銅，實現硅烷改性聚合物鋅粉膏優異的流變性及其涂層的非硫化，產品具有良好的防腐及復合除水、阻水、阻聚作用，而以非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏形成的內層密封防護涂層的懸索橋主纜密封防護復合結構，則被賦予了防水、阻水、除水及對水氣的拒阻與消除能力，顯著提高了內部密封層以及整個主纜密封防護復合結構的防水防腐密封的耐久性和可靠性。本復合防護結構含有內層的非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏密封防護層、含有鱗片鋅粉的硅烷改性聚合物密封劑形成的密封防護層，加上纏繞鍍鋅鋼絲，形成具有多道富含鋅材料的整體式防護體系，不僅每道涂層都具有良好的密封、阻隔、防腐性能，各結構還能通過非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏的上下連接作用形成一個富鋅防護結構整體，達到充分利用整個防護結構中鋅的犧牲保護作用，有效阻止局部出現破損、微裂縫時腐蝕介質的侵滲，并實現多屏障、自修復的防護功效。優質觸變劑聚酰胺蠟SL的采用顯著提高了非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏膏體的觸變性，隨著運行中纜索的振動、熱脹冷縮等膏體可及時利用流變性能實現裂縫彌合、空隙封堵效果。本復合防護結構利用非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏良好的防腐阻水能力，省去了現有常用防護體系中主纜鋼絲表面油漆層及纏繞后纏繞鋼絲表面油漆層的設計與施工，不僅能進一步簡化施工工藝、節約成本，也從根本解決了現有主纜防護體系現場油漆涂裝施工造成的環境污染、工程涉及的河流或海洋的水體污染等環保問題。附圖說明附圖1、圖2為本發明懸索橋主纜的復合防護結構示意圖；圖中：1-主纜鋼絲，2-內層密封防護層，3-鋼絲纏繞層，4-外層密封防護層，5-水性耐候涂料涂層，6-硅烷改性聚合物涂料涂層。具體實施方式下面結合實施例對本發明作進一步的說明。實施例1-4：先進行非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏的加工制備，實施例1-4的非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏的原料組成及其重量份見表1.表1實施例1-實施例4各原料組成及其重量份清單原料名稱實施例1實施例2實施例3實施例4硅烷改性聚合物樹脂35份(MS303)40份(MS203)45份(STP)35份(SPUR)鱗片鋅粉25份25份25份28份納米碳酸鈣10份10份15份20份聚酰胺蠟SL0.5份0.6份2份0.6份乙烯基三甲氧基硅烷2份3份5份3份環氧基硅烷0.5份0.5份5份2份對苯二酚0.1份0.1份0.3份0.2份叔丁基鄰苯二酚0.2份0.2份0.5份0.3份環烷酸銅0.05份0.06份0.2份0.1份按照材料配比稱取各材料，先將納米碳酸鈣放入雙行星攪拌機中，抽真空并加熱到90℃，25-50rpm緩慢攪拌100分鐘進行干燥脫水處理，然后再加入硅烷改性聚醚樹脂、聚酰胺蠟SL，加熱到110℃-120℃，抽真空，1000rpm高速攪拌60-120分鐘；降溫至40℃，加入鱗片鋅粉、乙烯基三甲氧基硅烷、對苯二酚、叔丁基鄰苯二酚、環烷酸銅，200-250rpm攪拌25分鐘；最后加入環氧基硅烷，緩慢攪拌25分鐘后，出料、包裝，即得非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏到產品，備用。經與現有不干性密封膩子、阻蝕密封膏對比，上述非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏試驗時間內沒有出現任何硫化跡象，而阻蝕密封膏200小時內已完全硫化(見表2)。經測試上述非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏其他性能滿足現有行業標準技術要求。表2實施例1-實施例4與現有不干性密封膩子、阻蝕密封膏硫化時間對比單位h實施例5：稱取納米碳酸鈣25份、氣相法二氧化硅1份、R902鈦白粉1份、1010防老劑0.4份、市售硅橡膠耐高溫助劑0.8份、炭黑0.1份、Tinuvin326紫外吸收劑0.1份、Tinuvin770型光穩定劑0.1份，一起放入雙行星攪拌機中，抽真空并加熱到90℃，25-50rpm緩慢攪拌50分鐘；加入S303H型硅烷改性聚醚樹脂25份，抽真空并加熱到110℃，1000rpm高速攪拌150分鐘，降溫至40℃，加入A-171型硅烷脫水劑0.6份，250rpm攪拌25分鐘，加入鱗片鋅粉8份、苯基三甲氧基硅烷1.0份，250rpm攪拌25分鐘，加入1146型硅烷附著力促進劑0.8份，250rpm攪拌25分鐘，加入U-220H螯合錫0.6份，250rpm攪拌25分鐘，出料，即得含有鱗片鋅粉的硅烷改性聚合物密封劑。應用實施例1：如附圖1所示，本發明的復合防護結構包括主纜鋼絲1、內層密封防護層2、柔性帶纏繞層3、外層密封防護層4和面漆涂層5。主纜鋼絲1外包裹有采用非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏的內層密封防護層2，內層密封防護層2厚度為0.5-2.5mm；內層密封防護層2上附有鋼絲纏繞層3，鋼絲纏繞層3上附有采用硅烷改性聚醚密封劑的外層密封防護層4，外層密封防護層4厚度為2-3mm；外層密封防護層4上附有采用水性氟碳涂料(面漆)的水性耐候涂料涂層5，面漆涂層5厚度為70-120μm。具體操作流程：清除主纜鋼絲1表面的污物并進行干燥處理，然后在主纜鋼絲外表面涂覆實施例1非硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏，填平主纜鋼絲間縫隙，并整形為基本圓滑曲面，形成內層密封防護層2，厚度為0.5-2.5mm；再用纏絲機密排纏繞一層直徑4.0mm的鍍鋅鋼絲，形成鋼絲纏繞層3；清除纏繞鋼絲表面的污物及所擠出來的多余的密封膏；再在主纜纏繞鋼絲表面涂覆上述備用的硅烷改性聚合物密封劑，填平纏繞鋼絲間縫隙并整形至均勻圓滑的曲面，形成外層密封防護層4，厚度為2-3mm，最后涂覆水性氟碳涂料2道，形成水性耐候涂料涂層5，面漆總厚度為70-120μm。應用實施例2：如附圖2所示，本發明包括主纜鋼絲1、內層密封防護層2、柔性帶纏繞層3、外層密封防護層4和硅烷改性聚合物涂料涂層6。內層密封防護層2厚度為0.5-2.5mm；外層密封防護層4厚度為2-3mm；硅烷改性聚合物涂料涂層5厚度為0.2-2mm。經實驗室測試及工程應用試驗，上述硫化硅烷改性聚合物鋅粉膏產品及其形成的懸索橋主纜復合防護結構完全滿足現有交通行業相關技術標準要求，防護效果良好，施工過程也徹底杜絕了油漆涂裝造成的嚴重環境污染問題。當前第1頁1 2 3