本发明属于聚合物砼的技术领域，涉及一种用于生产聚合物砼管道的材料。本发明聚合物砼材料通过成分间的搭配和设计，制备的聚合物砼材料成本低、环保、耐腐蚀、耐压抗寒、抗渗、耐盐卤腐蚀、抗冲压、抗气蚀、使用寿命长、综合性能优异。
背景技术：
混凝土在工程实践中的应用越来越广泛，因其有取材广泛、价格低廉、及生产工艺简单等优点。然而普通水泥混凝土属于多孔结构的不均质材料，是典型的脆性材料，它的弹性模量高，抗折能力、抗冻融性及抗腐蚀性等能力较差，不能满足生产实践要求。于是研究人员开始对普通水泥混凝土进行改善，不断尝试选择替代材料及添加外加剂等方式来改善其性能，展开了对聚合物砼的研究。
聚合物-混凝土材料简称聚合物砼，一般可分为聚合物混凝土(pc)、聚合物水泥混凝土(pcc)、聚合物浸渍混凝土(pic)三类。聚合物混凝土(pc)也称为聚合物树脂混凝土，是以聚合物(树脂或单体)取代水泥作为胶结料与骨料混合，通过聚合作用而成的一种合成材料。聚合物混凝土(pc)的研究于1950年开始，美国、德国、前苏联和日本等国家，在这方面进行了大量的研究和开发工作。聚合物水泥混凝土(pcc)是以聚合物(树脂或单体)与水泥作为胶结材料，再加上骨料配制而成的。聚合物浸渍混凝土(pic)是将已硬化的普通水泥混凝土经干燥、真空处理后，浸渍在液态树脂中，通过加热或者催化使树脂渗入到混凝土孔隙中产生聚合作用，使两者成为一体而形成的。
聚合物混凝土(pc)与普通水泥混凝土相比，具有如下优点：抗拉、抗弯、抗压强度增加，耐化学腐蚀性提高。缺点是硬化时收缩大、耐久性差，同时现有的聚合物混凝土(pc)要达到其所规划的效果，聚合物粘合剂(即树脂)的用量通常是控制在9-25％，然而pc的性质又主要取决于聚合物粘合剂的种类和性能，骨料的性能以及他们原材料性能以及配方技术，目前pc中控制的树脂的含量只能达到≥8％，一般在12-15％，无法进一步降低pc中树脂的含量，这成为扼制pc发展的一大难题。
技术实现要素：
本发明为解决上述问题，提供了一种聚合物砼管道材料，本发明是混凝土聚合物pc的研发和设计，通过本聚合物砼材料成分的搭配和设计，使得聚合物砼的各方面性能得到突破性改善，同时将树脂的含量降低为＜8％，彻底解决了扼制pc发展的一大难题，取得了突破性进展。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
一种聚合物砼管道材料，按质量百分比计，包括骨料92％-93.5％，树脂粘合剂、助剂共计6.5％-8％，所述骨料包括质量比为(20-30):(30-40):(12-16):(12-16):(5-10):(3-8)的3/8-4目石英砂、4-10目的石英砂、10-30目的石英砂、30-70目的石英砂、70-120目的石英砂、120-250目的石英砂。
按质量百分比计，所述助剂包括占树脂粘合剂质量1.3％-1.8％的固化剂、占树脂粘合剂质量0.2％-0.4％的促进剂、占树脂粘合剂质量1％-2％的偶联剂、占树脂粘合剂质量0.02％-0.03％的阻聚剂，占树脂粘合剂质量0.5％-7％的阻燃剂。
所述骨料包括质量比为25:35:14:14:7:5的3/8-4目石英砂、4-10目的石英砂、10-30目的石英砂、30-70目的石英砂、70-120目的石英砂、120-250目的石英砂。
所述的骨料的各成分参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥95％，耐酸度≥98％，质地坚硬、圆润。泥会包裹大颗粒表面，影响树脂浸透和粘接，导致强度下降，因此需要控制含泥量≤0.5％。本发明骨料成分含硅量的控制是为了提高材料的耐腐蚀性。耐酸度的控制是为了提高使用寿命，降低总体成本。选择质地坚硬、圆润的骨料是为了提高浇筑过程的流动性，不圆，流动不好，气泡多，最终导致树脂含量高。控制含水率≤0.2％是为了提高粘接性，防止固化时水散发造成开裂，同时该含水率的控制可以提高聚合物砼材料的耐久性，解决耐久性差的问题。
所述树脂粘合剂选自不饱和聚酯树脂，如邻苯型不饱和聚酯树脂。
所述的固化剂选自过氧化甲乙酮。
所述的促进剂选自浓度为1％的钴液。
所述的偶联剂选自硅烷偶联剂和/或有机硅化合物。
所述的阻聚剂选自对苯二酚或甲基氢醌。
所述阻燃剂选自有机阻燃剂和/或无机阻燃剂。例如有机阻燃剂选自溴系阻燃剂、磷氮系阻燃剂、氮系阻燃剂和/或红磷及化合物阻燃剂；无机阻燃剂选自三氧化二梯、氢氧化镁、氢氧化铝、硅系阻燃剂、赤磷多聚磷酸铵、硼酸锌和/或钼化物。
还包括邻苯柔性树脂，所述邻苯柔性树脂的用量为树脂粘合剂质量的3％-11％。
本发明的有益效果是：
本发明通过骨料成分及骨料粒径、骨料成分比例的搭配和设计，使得聚合物砼材料pc中树脂粘合剂的用量降低为＜8％。本发明各成分的用量及骨料的粒径、骨料的材料的选择是经过研究实践所获得的。在研究的过程中，我们发现树脂含量的高低是由骨料的粒径及骨料成分、比例所影响的，打破了之前所认为的影响因素树脂的种类和性能，这是解决树脂用量的关键，是降低树脂用量的决定性因素，由于该本质影响因素的发现，本发明通过骨料成分及骨料粒径、骨料成分比例的搭配和设计使得聚合物砼材料pc中树脂粘合剂的用量降低为＜8％，打破了现有技术聚合物砼材料pc中树脂用量不能实现＜8％的僵局。
本发明聚合物砼属于封孔结构，抗渗性好，防止水进入结构内部。避免零下5℃，水进入水泥混凝土内部，反复结冻融化，造成结构破坏。聚合物砼封孔结构，解决特殊情况，水泥混凝土的抗冻融性。
本发明骨料的设计能够改善聚合物砼材料的绝缘性能和防腐性能，骨料通过树脂的固化将其固定在多相结构中，再通过与固化剂的配合，提高聚合物砼材料的韧性，从而使得聚合物砼具有良好的抗冲耐磨性能和耐久性。本发明骨料成分、比例及粒径的控制还具有提高聚合物砼的密实性、强度的作用。
本发明促进剂的加入可以促进固化反应的进行，同时与柔性树脂的结合，在固化物内部形成多相结构，可进一步提高固化物的韧性和抗冲击能力，起到增塑、增韧的作用。
本发明聚合物砼材料可用于多方面，例如可应用于海底，浇注时不离析、不分散，固化速度快，粘结性强，固化后有优良的抗压、抗剪、抗冲击强度、抗海水腐蚀能力，在模拟海水(3％nacl溶液)中浸泡40天，无开裂，无脱落，满足海洋管道的要求。可应用于电气绝缘管道，绝缘性好，表面电阻率达2.37×1013。还可用于给排水管道、排污管道、高铁枕木、电解槽、酸洗槽等方面。
本发明由于树脂的用量减少了，因此成本大幅度降低，再结合所使用的骨料都是廉价易得的原料，进一步降低了成本。本发明各骨料成分的参数控制中，控制含水率≤0.2％是为了提高粘接性，防止固化时水散发造成开裂，同时该含水率的控制可以提高聚合物砼材料的耐久性，解决耐久性差的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种聚合物砼管道材料，按质量百分比计，包括骨料92.8％，树脂粘合剂、助剂共计7.2％，所述骨料包括质量比为25:35:14:14:7:5的3/8-4目石英砂、4目＜粒径≤10目的石英砂、10目＜粒径≤30目的石英砂、30目＜粒径≤70目的石英砂、70目＜粒径≤120目的石英砂、120目＜粒径≤250目的石英砂。
其中，助剂为占树脂粘合剂1.5％的固化剂，0.3％促进剂，1.5％偶联剂，0.025％阻聚剂，3％阻燃剂。
其中骨料的各成分参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥90％，耐酸度≥95％，质地坚硬、圆润。
本发明所用树脂粘合剂是经过苯乙烯处理的树脂粘合剂，由于树脂的粘度大、流动性差，通过苯乙烯处理，降低树脂的粘度，将树脂粘度由450-500cps降低为200cps-250cps。
上述聚合物砼管道材料的制备可按传统工艺进行混合制备，更优的方式为：
a、第一骨料混合：将上述3/8-4目石英砂和4目＜粒径≤10目的石英砂加入到第一混合机中进行混合，备用；
b、第二骨料混合：将10目＜粒径≤30目的石英砂、30目＜粒径≤70目的石英砂、70目＜粒径≤120目的石英砂、120目＜粒径≤250目的石英砂加入到第二混合机中进行混合，备用；
c、骨料混合：将上述混合好的第一骨料和第二骨料加入到第三混合机进行混合，得到混合骨料，备用；
d、树脂的处理：向经过苯乙烯处理的树脂粘合剂中加入邻苯柔性树脂，搅拌混合3min，充分搅拌至颜色均匀，柔性树脂的加入是为了进一步解决干裂的问题；然后加入偶联剂充分搅拌至颜色均匀，然后加入阻聚剂，充分搅拌混合均匀；然后加入阻燃剂，充分搅拌均匀；最后加入促进剂，搅拌混合5min，充分搅拌至颜色均匀；
e、聚合物砼材料的制备：将混合好的树脂加入到计量罐中，向计量罐中加入固化剂，搅拌3min-5min，然后将计量罐中的树脂与步骤c计量好的混合骨料在配料仓中进行凝胶，得到聚合物砼材料。
本发明的制备方法，通过该种混合方式可以增强各骨料成分间的混合均匀度，可进一步提高密实性，以便进一步提高附着力，防止大小颗粒分层。本发明采用苯乙烯处理后的树脂，先后加入邻苯柔性树脂、偶联剂、阻聚剂、促进剂混合后，最后加固化剂，目的是促进固化反应和一些化学反应，形成桥键，从而缓解内应力，减少微裂纹的形成，避免潜在危害和慢性迫害，也能改善固化物的结构，抵抗裂纹扩展、防止微裂纹起裂。
实施例2
一种聚合物砼管道材料，按质量百分比计，包括骨料92％，树脂粘合剂、助剂共计8％，所述骨料包括质量比为20:30:12:12:5:3的1-3目石英砂、5-8目石英砂、15-25目石英砂、40-60目石英砂、80-110目石英砂、150-200目石英砂。
其中，助剂为占树脂粘合剂1.7％的固化剂，0.27％促进剂，1.3％偶联剂，0.024％阻聚剂、4％阻燃剂。
其中骨料的各成分参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥90％，耐酸度≥95％，质地坚硬、圆润。
本发明所用树脂粘合剂是经过苯乙烯处理的树脂粘合剂，由于树脂的粘度大、流动性差，通过苯乙烯处理，降低树脂的粘度，将树脂粘度由500cps降低为200-250cps。
上述聚合物砼管道材料的制备可按传统工艺进行混合制备，更优的方式为：
a、第一骨料混合：将上述1-3目石英砂、5-8目石英砂加入到第一混合机中进行混合，备用；
b、第二骨料混合：将15-25目石英砂、40-60目石英砂、80-110目石英砂、150-200目石英砂加入到第二混合机中进行混合，备用；
c、骨料混合：将上述混合好的第一骨料和第二骨料加入到第三混合机进行混合，得到混合骨料，备用；
d、树脂的处理：向经过苯乙烯处理的树脂粘合剂中加入偶联剂，搅拌混合，偶联剂的加入用于解决各物料间的粘合，提高强度，然后加入阻聚剂，搅拌混合3min，然后加入阻燃剂，充分搅拌均匀；最后加入促进剂，搅拌混合5min，充分搅拌至颜色均匀；阻聚剂的加入是为了减少反应进程，在我们研究的过程中，经历了大量失败的过程，制备的材料性能差、不合格，经过我们的一系列的探索研究发现是由于在未加入阻聚剂时，材料进行凝胶时温度可达到35℃-40℃时，该温度下反应不易控制，造成制备的材料性能差、不合格，后续我们经过多方面的探索和分析，最终发现加入阻聚剂可以解决上述问题，这是我们实践探索所获得的进展；
e、聚合物砼材料的制备：将混合好的树脂加入到计量罐中，向计量罐中加入固化剂，然后将计量罐中的树脂与步骤c计量好的混合骨料在配料仓中进行凝胶，得到聚合物砼材料。
进一步地，为使制备的聚合物砼管道材料具备更优异的高强、耐高温、高性能，需要将本申请的树脂粘合剂与高温酚醛树脂、玄武岩纤维复配，复配比例为1:1:1，或直接选用高温酚醛树脂和/或玄武岩纤维。
实施例3
一种聚合物砼管道材料，按质量百分比计，包括骨料92.5％，树脂粘合剂、助剂共计7.5％，所述骨料包括质量比为30:40:16:16:10:8的1.5-2目石英砂、6-7目石英砂、18-23目石英砂、45-55目石英砂、90-100目石英砂、180-230目石英砂。
其中，助剂为占树脂粘合剂1.5％的固化剂，0.2％促进剂，1％偶联剂，0.02％阻聚剂、5％阻燃剂。
其中骨料的各成分参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥90％，耐酸度≥95％，质地坚硬、圆润。
本发明所用树脂粘合剂是经过苯乙烯处理的树脂粘合剂，由于树脂的粘度大、流动性差，通过苯乙烯处理，降低树脂的粘度，将树脂粘度由500cps降低为200-250cps。
上述聚合物砼管道材料的制备可按传统工艺进行混合制备，更优的方式为实施例1方式。
实施例4
一种聚合物砼管道材料，按质量百分比计，包括骨料93％，树脂粘合剂、助剂共计7％，所述骨料包括质量比为23:31:13:13:6:4的1.8-2.3目石英砂、4-6目石英砂、20-22目石英砂、35-50目石英砂、85-105目石英砂、160-240目石英砂。
其中，助剂为占树脂粘合剂1.3％的固化剂，0.4％促进剂，2％偶联剂，0.03％阻聚剂、2％阻燃剂。
其中骨料的各成分(参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥90％，耐酸度≥95％，质地坚硬、圆润。
本发明所用树脂粘合剂是经过苯乙烯处理的树脂粘合剂，由于树脂的粘度大、流动性差，通过苯乙烯处理，降低树脂的粘度，将树脂粘度由500cps降低为200-250cps。
上述聚合物砼管道材料的制备可按传统工艺进行混合制备，更优的方式为实施例1方式。
实施例5
一种聚合物砼管道材料，按质量百分比计，包括骨料93.5％，树脂粘合剂、助剂共计6.5％，所述骨料包括质量比为27:33:15:15:8:6的2.5-3.5目石英砂、5-7目石英砂、12-26目石英砂、55-70目石英砂、75-95目石英砂、130-180目石英砂。
其中，助剂为占树脂粘合剂1.8％的固化剂，0.3％促进剂，1.5％偶联剂，0.025％阻聚剂、1％阻燃剂。当管道为露天管道时，在上述助剂的基础上加入防紫外线剂，例如滑石粉，加入滑石粉可以提高管道的防紫外和辐射能力，添加量为树脂粘合剂的1-1.5％。阻燃剂选择目数为200-800目的氢氧化铝，既是良好的填料，又起到抗燃烧的作用。
其中骨料的各成分参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥90％，耐酸度≥95％，质地坚硬、圆润。
本发明所用树脂粘合剂是经过苯乙烯处理的树脂粘合剂，由于树脂的粘度大、流动性差，通过苯乙烯处理，降低树脂的粘度，将树脂粘度由500cps降低为200-250cps。
上述聚合物砼管道材料的制备可按传统工艺进行混合制备，更优的方式为实施例2方式。
实施例6
一种聚合物砼管道材料，按质量百分比计，包括骨料93.2％，树脂粘合剂、助剂共计6.8％，所述骨料包括质量比为26:34:14:14:9:7的3.5-4目石英砂、7-9目石英砂、14-19目石英砂、40-50目石英砂、80-110目石英砂、170-220目石英砂。
其中，助剂为占树脂粘合剂1.6％的固化剂，0.23％促进剂，1.7％偶联剂，0.023％阻聚剂、3％阻燃剂。
其中骨料的各成分参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥90％，耐酸度≥95％，质地坚硬、圆润。
本发明所用树脂粘合剂是经过苯乙烯处理的树脂粘合剂，由于树脂的粘度大、流动性差，通过苯乙烯处理，降低树脂的粘度，将树脂粘度由500cps降低为200-250cps。
上述聚合物砼管道材料的制备可按传统工艺进行混合制备，更优的方式为实施例1方式。
实施例7
一种聚合物砼管道材料，按质量百分比计，包括骨料93.3％，树脂粘合剂、助剂共计6.7％，所述骨料包括质量比为21:32:13:14:7:5的3.5-4目石英砂、7-9目石英砂、14-19目石英砂、40-50目石英砂、80-110目石英砂、170-220目石英砂。
其中，助剂为占树脂粘合剂1.0％的固化剂，0.1％促进剂，0.2％偶联剂，0.01％阻聚剂、7％阻燃剂。
其中骨料的各成分参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥90％，耐酸度≥95％，质地坚硬、圆润。
本发明所用树脂粘合剂是经过苯乙烯处理的树脂粘合剂，由于树脂的粘度大、流动性差，通过苯乙烯处理，降低树脂的粘度，将树脂粘度由500cps降低为200-250cps。
上述聚合物砼管道材料的制备可按传统工艺进行混合制备，更优的方式为实施例2方式。
实施例8
一种聚合物砼管道材料，按质量百分比计，包括骨料93.4％，树脂粘合剂、助剂共计6.6％，所述骨料包括质量比为26:34:14:14:9:7的3.5-4目石英砂、7-9目石英砂、14-19目石英砂、40-50目石英砂、80-110目石英砂、170-220目石英砂。
其中，助剂为占树脂粘合剂2.5％的固化剂，0.6％促进剂，3％偶联剂，0.05％阻聚剂、0.5％阻燃剂。
其中骨料的各成分参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥90％，耐酸度≥95％，质地坚硬、圆润。
本发明所用树脂粘合剂是经过苯乙烯处理的树脂粘合剂，由于树脂的粘度大、流动性差，通过苯乙烯处理，降低树脂的粘度，将树脂粘度由500cps降低为200-250cps。
上述聚合物砼管道材料的制备可按传统工艺进行混合制备，更优的方式为实施例1方式。
本发明聚合物砼管道材料性能如下表1：
表1