专利名称：Grc和xj复合材料制备方法及复合井盖的制作方法
技术领域：
本发明涉及道路设施技术领域，尤其涉及一种窨井盖及制造方法。
背景技术：
检查井是通往地下设施如自来水、有线电视、排污水、电信、电力、燃气、热力、消防、环卫等设施的出入口。底座和井盖的组成、箅座和箅盖的组成，是市政建设中必不可少的重要设施，也是体现一个城市市容的标志之一。窨井盖是相对检查井口可开启的封闭物， 盖表面是人、车要行过之面。长期以来，我国一直使用铸铁窨井盖和铸铁水箅，被盗事件时有发生，给行人和车辆带来了极大的危害，甚至于交通事故和行人落井惨事发生。这种因窨井盖和水箅的缺失，而形成的“城市陷阱”、“马路黑洞”，已成为百姓伤心、政府领导烦心、受害者揪心的社会问题，成为社会关注的焦点。近几年来，市场上相继出现了一些利用非金属材料，制成无回收价值的新型模压窨井盖和水箅如菱镁复合材料，复合玻璃钢，铁粉与废旧塑料复合材料等等。但现有这些复合材料所制成的窨井盖或水箅，部分脆性大易断裂、易老化、不耐磨、承载能力差等等，质量参差不齐，难以达到规定标准，推广应用受到一定的制约。至目前为止，日常所见的，仍然以铸铁窨井盖和铸铁水箅为多，上述危害仍在继续发生，这与“以人为本”精神极不相容，问题亟待解决。
发明内容
针对以上问题，本发明提供GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，其中“XJ”是橡胶的简称，内容包括四大方面
一、《一种高强度GRC复合材料》的制备方法；
二、《一种高强度橡胶复合材料》的制备方法；
三、《一种高强度GRC复合材料井盖》产品；
四、《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品。为实现上述目的，本发明制定了一系列的技术方案，其中两种复合材料的制备方法，包括各自的工艺、材料配方组成、材料各自的特性作用等；其中两种井盖产品的制作，包括制作过程确保的工艺技术及技术参数等，并且经多次测试(本发明列举其中二十一个实施案例)所确立的典型参数值。A一种高强度GRC复合材料配方
GRC材料是英文Glass Fiber Reinforced Cement的缩写，国内称为玻璃纤维增强水泥。是一种以低碱水泥砂浆为基材、耐碱玻璃(AR Glass Fiber)为增强材料的无机复合材料。与传统混凝土制品相比，该材料具有质轻强度高、抗裂性能好、抗弯抗拉性能好、可模性好等诸多优点，己被广泛用于建筑行业等领域，如GRC轻质多孔墙板，GRC徼孔轻质墙板， 超轻型GRC屋面板，建筑外装饰制品等。作为一种新型材料，它有着广泛的应用空间和发展前景。但是，目前的GRC产品在密度、力学等性能方面存在不足，从而限制了其更大的发展。本发明通过铝酸盐水泥、抗碱玻璃纤维、河沙，配合轻质材料(胀珍珠岩、聚苯乙烯、膨胀蛭石)等，针对现有GRC材料的特性，在现有GRC材料的其础上，提升抗压、抗拉、抗弯、耐磨等性能，经多年来实践-测试-再实践，确立了典型最佳值的抗碱玻璃纤维配比、 水配比、水灰比、轻质材料配比，从而成功的制备出，满足于井盖产品所要求的《一种高强度 GRC复合材料》。上述所择选的原材料其性能和作用是
铝酸盐水泥，又称为高铝水泥、矾土水泥，是以矾土和石灰石为原料，经高温煅烧得到以铝酸钙为主、氧化铝含量约50%的熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料。根据GB201-2000 要求，原高铝水泥标准被修订为铝酸盐水泥标准。按照新标准，将铝酸盐水泥以铝含量为划分标准，设立了按照3天强度细分的A600，A700, A900等标号，代替原高铝水泥按强度检验方法，测得的3天抗压强度划分的425、525、625和725四个标号。铝酸盐水泥主要有水化特性，矿物为铝酸一钙(CA)，次要矿物为二铝酸一钙(CA》，铝酸盐水泥与水反应，在常温下所产生的水化产物CAHlO和C2AH8，都属于介稳产物，它们在温度超过35°C情况下就会转变成稳定的C3AH6，在这种晶形转变过程中，会引起强度下降。本发明利用铝酸盐水泥的这水化特性，和上述其它原料的择配，避免了 CAHlO和C2AH8因转化为C3AH6而产生的强度下降。本发明择选标号为A900。抗碱玻璃纤维，抗碱玻璃纤维是玻璃纤维增强水泥(GRC)的基材，一种性能优异的无机非金属材料。它以玻璃球或废旧玻璃为原料，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米个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，玻璃纤维的长度择选4 8cm。抗碱玻璃纤维与普通的无碱、中碱玻璃纤维相比，其显著特点是 耐碱性能好、抗拉，在水泥及其它强碱介质中有极强的耐腐蚀性，是本发明两种复合材料井盖产品中，不可替代的理想增强材料。本发明在以《一种高强度GRC复合材料》制作的井盖产品上，还使用了一种耐碱玻璃纤维网格布，它是以中碱和无碱玻纤网布为基材，经丙烯酸共聚胶液后处理而成，该网布具有强度高，耐碱，耐酸性能优良，与树脂粘结性强，使用水分散型浸润剂，在水中搅拌时直接分散成单根纤维，具有快速分散性，使用极少量纤维就可达到增强效果，尤其是易溶于苯乙烯，粘结性强，硬挺性、定位性好，使井盖产品具有极好的承压性能、抗弯性能和抗拉强度。膨胀珍珠岩，一种天然酸性玻璃质火山熔岩非金属矿产，包括珍珠岩、松脂岩和黑曜岩，三者只是结晶水含量不同。由于在1000 1300°C高温条件下其体积迅速膨胀4 30倍，故统称为膨胀珍珠岩。一般要求膨胀倍数> 7 10倍(黑曜岩> 3倍，可用)，二氧化硅70%左右。膨胀珍珠岩由酸性火山玻璃质熔岩(珍珠岩)矿山开采后的矿石，通过机械破碎、振动式筛分经予热，瞬间高温焙烧而成，具有一定粒度级的矿砂，颗粒内部是蜂窝状结构。根据生产制作过程中使用的胶结剂不同，可分为硅酸盐水泥珍珠岩，矾土水泥珍珠岩， 本发明择选的是后一种。聚苯乙烯PS，是指由苯乙烯单体，经自由基缩聚反应合成的聚合物。PS —般为头尾结构，主链为饱和碳链，侧基为共轭苯环，使分子结构不规整，增大了分子的刚性，使PS 成为非结晶性的线型聚合物。聚苯乙烯最重要的特点，是熔融时的热稳定性和流动性非常好，所以易于模塑成型，成型收缩率小，成型品尺寸稳定性好，尺寸精度高，结构均勻。它是目前使用最多的一种缓冲材料。它具有闭孔结构，吸水性小，有优良的抗水性，密度小(一般为0. 015 0. 03)，机械强度好，优异的缓冲性能，温度适应性强，抗放射性优异等优点。膨胀蛭石，是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，原矿形态有粗细两种，粗者通常是由黑(金)云母，经热液蚀变作用或风化而成，保持云母片状或鳞片状形的特征，细者呈土状与粘土矿物相混，而其受热失水膨胀时呈绕曲状，形态酷似水蛭，故称蛭石，它是世界上最轻的矿物之一。蛭石加热到600 950°C的高温窑烧膨胀后，结晶水脱出，体积迅速膨胀18 25倍，故具有膨胀后重量轻，导热系数低，耐高温等特点。小小一颗蛭石里面它都含有一万两千多个毛细孔，每一个毛细孔都具备有一个强烈的吸湿的作用。河沙，河沙是天然石在自然状态下，经水的作用力长时间反复冲撞、摩擦产生的， 其成份较为复杂、表面有一定光滑性，杂质含量多的一种非金属矿石。河砂颗粒圆滑，比较洁净，来源广；河沙对建筑业有着卓著的贡献，在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。颜色糊或颜料粉，是着色剂，根据窨井盖和水箅有颜色要求时添加。《一种高强度GRC复合材料》，其配方重量份配比(以下配方均为“单位重量份”数计)是
铝酸盐水泥40 48、抗碱玻璃纤维3 5、膨胀珍珠岩8 18、聚苯乙烯5. 4 12. 0、 膨胀蛭石0 3. 7、河沙0 3. 6、水5 30. 5、颜色糊或颜料粉0 0. 2。B《一种高强度橡胶复合材料》配方
以再生精细橡胶粉为主要填充料，(再生精细橡胶粉以汽车等废旧轮胎为原料，专门制备而成)结合与该填充料具有很好亲和力的一些材料，从而成功的复合制备出，满足于井盖产品所要求的《一种高强度橡胶复合材料》。这些和再生精细橡胶粉，具有很好亲和力的原材料包括聚氨酯树脂、增强剂(抗碱玻璃纤维、聚苯乙烯、苯乙烯)、固化剂(叔丁脂、氢氧化钙)、脱模剂(硬脂酸、硬脂酸锌)等，其中抗碱玻璃纤维、聚苯乙烯、颜色糊或颜料粉的性能和作用，上述A中己经介绍。其它所择选的原材料，其各自的特性和作用是 再生精细橡胶粉，填充料，是复合材料主体之一，由废旧轮胎专门制备。
聚氨酯树脂，分子式C3H8N20，主链含一NHCOO—重复单元结构的一类聚合物，由异氰酸酯(单体)与羟基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有高强度、抗撕裂、耐压性、耐磨性、韧性、耐老化性和粘合性等特性的一种高分子材料，尤其是和橡胶粉具有最佳的亲和力，这聚氨酯树脂等材料，是构成本发明专用橡胶复合材料的主体之一。苯乙烯，分子式C8H8，这原料的最大特点，是可使被固化物交联完全，使抗张强度、抗压性能等机械性能成倍提高，而收缩率却大为降低，在本发明的配方中，不仅起到很好的增强作用，而且后续所形成的产品极具稳定性。叔丁脂，分子式C6H1202固化引发剂。氢氧化钙，分子式Ca(0H)2，增进或控制固化反应，是热稳定剂。硬脂酸，即十八烷酸，分子式C18H3602，脱模剂。硬脂酸锌，分子式C36H7004Zn，该原料主要起到对上述苯乙烯树脂的润滑剂和脱模剂作用，同时在橡胶中还具有硫化活性剂，软化剂的功能。
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井盖专用高强度橡胶复合材料，其配方重量份配比(以下配方均为“单位重量份” 数计)是
聚氨酯树脂20 35份、抗碱玻璃纤维12 15份、聚苯乙烯3 5份、苯乙烯3. 5 5. 5份、叔丁脂0. 12 0. 15份、氢氧化钙0. 12 0. 15份、硬脂酸0. 8 1. 2份、硬脂酸锌 0. 7 1. 2份、再生精细橡胶粉40 60份、颜色糊0 0. 2份。C《一种高强度GRC复合材料井盖》产品
以上述材料配方组成的《一种高强度GRC复合材料》作为基材，以耐碱纤维网格布和铁丝网等作为内嵌增强，所制作的井盖产品。
耐碱纤维网格布，采用插编式并经特殊耐减涂敷的玻璃纤维布，由于经耐碱涂敷，能抵抗水泥的碱性腐蚀。耐碱纤维网格布的网眼目数(经向和纬向每25. 4mm长度内的孔数)为 5mmX 5mm, 4mmX4mm、重量为80 165g/ m2，符合JC/T 173-94标准，本发明耐碱纤维网格布，由东莞煜华筛网有限公司提供。铁丝网采用低碳钢丝，铁丝，不锈钢丝，螺纹钢，焊接成型网状的钢筋制品，是纵向和横向钢筋分别以一定的间距排列且互成直角，全部交叉点均用强电阻压力熔焊在一起，本发明选用螺纹钢筋钢焊接成型的网状材料。在井盖制作过程中，耐碱纤维网格布和铁丝网完全埋入抹面GRC复合材料混合料内起到骨架作用，以提高井盖的抗裂性、抗弯强度等机械性能；同时为了使井盖模压后易于脱模，模压前在模具还上涂两次水性脱模剂。水性脱模剂，又称EVA脱模剂，是一种乳化型离型剂，是应用矽利康的保护性、高安定性精心研磨而成的水性乳液脱模剂，它可以在一定范围内任意倍数加纯净水稀释使用，无火灾和伤及基材模具之忧虑。D《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品
本发明的《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品，是以《一种高强度橡胶复合材料》作为母材，以《一种高强度GRC复合材料》制作的制件为骨架内嵌增强，而制作的井盖
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广 PFt ο其中GRC复合材料制作的骨架，为拱桥结构，这是以我国先人劳动的伟大创举，“赵州桥”的承压原理而设计，将GRC骨架中心部位设置成球面，即每经中心的截面形成拱桥型。 由于GRC复合材料与橡胶复合材料具有良好的亲和性，确保井盖的承压能力。这样两种复合材料的匹配及“赵州桥”的拱桥骨架结构，应用于井盖产品，是又一个重大创举。
图1为本发明由《一种高强度GRC复合材料》，制作井盖产品试样过程流程图(供测试分析性能用)；
图2为本发明《一种高强度橡胶复合材料》制备过程流程图； 图3为本发明《一种高强度GRC复合材料井盖》产品制备过程流程图； 图4为本发明《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品示意图(截面图)，图4中， 10为基材、20为GRC骨架；
图5为本发明《一种高强度GRC复合材料井盖》产品示意图(截面图)。图5中，70为 《一种高强度GRC复合材料》、80为耐碱纤维网格布、90为铁丝网；
7图6为本发明《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品制备过程流程图。 具体实施方案下面结合说明书附图，对本发明的具体实施形式作进一步详述。图1，为《一种高强度GRC复合材料》制作井盖产品试样过程流程图，图1中没有加任何的骨架或其它增强材料的情况下，所制作的高强度GRC复合材料井盖试样，主要为了分析和考验上述《一种高强度GRC复合材料》材料配方组成的可靠性，以不同的材料配方组成，分析密度和力学性能之间对应关系。图2，为《一种高强度橡胶复合材料》制备过程流程图，由于在组成的材料中，有溶剂型、粒子状、粉剂等不同状态，因此，在制备成橡胶复合材料时，有一定的时间差，材料加入过程有先有后，涉及到一些重要工艺参数。图3，为《一种高强度GRC复合材料井盖》产品制备过程流程图，就是在图1的基础上，增加了两张耐碱纤维网格布和两张铁丝网(如图5所示)作为骨架，所制作的井盖产品， 图3示意性表示整个制作井盖产品过程流程图。图4，为《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品示意图(截面图)，
图4中的基材10就是《一种高强度橡胶复合材料》;GRC骨架20，是以《一种高强度GRC 复合材料》为母材、以“螺纹钢筋架”为内嵌增强组成。骨架20的结构为“斗笠”状，显然 “螺纹钢筋架”内嵌增强也是呈“斗笠”状，“螺纹钢筋架”又由数量为3 12条、截面为“拱桥状”的螺纹钢筋条组焊成，形成等强度受力的结构。图5，为《一种高强度GRC复合材料井盖》产品示意图(截面图)，作为一种案例，如图3所述，增加了两张耐碱纤维网格布和两张铁丝网作为骨架，所制作的GRC复合材料井盖产品的示意性图。图6，为《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品制作过程流程图，图6中上部分，和图2完全一致；图6中下部分是嵌有螺纹钢筋的GRC骨架，模压前的准备过程；图6 中的中间部分是从进入模压，最后到井盖成品的过程。现结合本发明四大内容一、《井盖专用高强度GRC复合材料》的制备方法；二、《一种高强度橡胶复合材料》的制备方法；三、《一种高强度GRC复合材料井盖》产品；四、《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品，依次分为四大部分内容作进一步详述。第一部分《一种高强度GRC复合材料》的制备。参照图1，以Dn700mmX55mm井盖规格尺寸为实施例，在没有任何材料作骨架的情况下，完全以《一种高强度GRC复合材料》，所制作成的井盖试样，目的是检测井盖试样密度、弯曲强度、抗拉强度；以及不同的配方组合，密度与其它力学性能之间的关系。下面结合具体实施案例予以详述
实施案例一，
铝酸盐水泥40 (以下配方均为“单位重量份”数计)、抗碱玻璃纤维3. 0、膨胀珍珠岩18、 聚苯乙烯7. 0、膨胀蛭石0、河沙2. 0、水30。制作过程(参照图1)按比例配制好混合料，立即进行成型。将模具放
在水平地面上，用刮刀或勺子直接将物料分成两层装入试模，装第一层时，放入大约试模深度一半物料，用刮刀将物料来回刮平，然后用手振动试模片刻，再装入第二层物料，用刮刀将物料刮平，再振动试模片刻，最后用刮刀将表面抹平二4小时后，进行脱模处理，为防止试件弄损，做到脱模非常小心，完毕后将试件编号为案例一(以下案例也同样分别作出编号)。 以下从实施案例二至实施案例十，制作过程与案例一相同，为简捷明了起见，各种配方组成，以及每个实施案例的性能测试结果，列表如下
权利要求
1.本发明提供的GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，其特征在于所述《一种高强度GRC复合材料》的材料组成及配方是铝酸盐水泥40 48抗碱玻璃纤维3 5、膨胀珍珠岩8 18、聚苯乙烯5. 4 12. 0、膨胀蛭石0 3. 7、河沙0 3. 6、水24. 5 30. 5、颜色糊或颜料粉0 0. 2。
2.根据权利要求书1提供的GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，其特征在于所述《一种高强度橡胶复合材料》的材料组成及配方是聚氨酯树脂20 35份、抗碱玻璃纤维12 15份、聚苯乙烯3 5份、苯乙烯3. 5 5. 5份、叔丁脂0. 12 0. 15份、氢氧化钙 0. 12 0. 15份、硬脂酸0. 8 1. 2份、硬脂酸锌0. 7 1. 2份、再生精细橡胶粉40 60 份、颜色糊0 0.2份。
3.根据权利要求书1提供的GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，其特征在于所述一种《高强度GRC复合材料井盖》产品，是在《一种高强度GRC复合材料》内，嵌增有N件嵌增件组成，其中N有二 四张铁丝网(N = 2 4);一张铁丝网、三张耐碱纤维网格布(N =4) ;1 2张(N = 1 2)，1 3mm厚的钢板，并在钢板面上均布有6 60个、4 12mm 的通孔。
4.根据权利要求书1或2或3提供的GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，其特征在于所述《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品，是在《一种高强度橡胶复合材料》内，嵌增有GRC骨架组成；其中骨架又由《一种高强度GRC复合材料》为母材，内嵌数量为3 12条、截面为拱桥(球面)状、拱形半径为RlOO 180mm的螺纹钢筋条焊接而成斗笠状的螺纹钢筋架组成。
5.根据权利要求书1或3提供的GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，所述《一种高强度GRC复合材料》的制备方法，其特征在于按比例配制好混合料，立即进行成型，将模具放在水平地面上，用刮刀或勺子将物料分成两层装入模具，第一层放入大约模具深度一半物料刮平，振动试模片刻，再装入第二层物料刮平，振动试模片刻再抹平二4小时后脱模。
6.根据权利要求书1或2或4提供的GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，所述 《一种高强度橡胶复合材料》的制备方法，其特征在于先将聚苯乙烯和苯乙烯混合搅拌打浆成糊状备用；将聚氨酯树脂、叔丁脂和氢氧化钙，连同上述备用的混合在一起捏合后，加颜色糊再一起混合搅拌约12 16分钟，加入120目再生精细橡胶粉，继续搅拌约20分钟后，再加入4 SCm长的玻璃纤维，然后再一起搅拌约5分钟。
7.根据权利要求书1或3，提供的GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，所述《一种高强度GRC复合材料井盖》产品的制作方法，其特征在于模具上涂一层水性脱模剂，待干后再涂一层，待再干后开始装《一种高强度GRC复合材料》和装嵌增件，装料次数是(N+1) 次，每次装料深度是模具深度的1 / (Ν+l);其中N就是嵌增件的件数，依次先装料后装嵌增件循环，待最后一次装料后，启动振动机振动3分钟，再待20 30分钟后洒水用水泥抹墙工具抹平。
8.根据权利要求书1或2或4或6提供的GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖， 所述《一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖》产品制作方法，其特征在于由《一种高强度GRC复合材料》和“螺纹钢筋架”组成的“GRC骨架”先放入模具中，随同模具一起予热至 150 180°C温度，然后装料，用250 500吨液压机模压成型，保压10 20分钟脱模和硫化处理。
9.根据权利要求书1或3或4或5或7提供的GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，所述《一种高强度GRC复合材料》，其特征在于铝酸盐水泥标号为A900、玻璃纤维的长度为4 8cm、膨胀珍珠岩为矾土水泥珍珠岩。
全文摘要
本发明提供GRC和XJ复合材料制备方法及复合井盖，包括《一种高强度GRC复合材料》的制备方法、《一种高强度橡胶复合材料》的制备方法、一种高强度GRC复合材料井盖产品、一种高强度GRC骨架橡胶复合材料井盖产品。其中两种复合材料，相比于现有技术的非金属复合材料，在应用于井盖和水箅方面，是一个重大技术突破和改革创新；其中两种井盖产品具有承载能力强、抗冲击强度高、抗老化性好、抗撕裂、耐磨耐腐蚀性高、减震效果明显、经久耐用等优良性能，并且性价比高，为解决非金属材料应用于井盖产品方面，作出了重大贡献，可规模化的大量推广应用在城市街道马路、公路等的检查井上，应用前景十分可观。
文档编号C04B28/06GK102432253SQ20111028247
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者葛达旺 申请人:葛达旺