非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏及其用于悬索桥主缆的复合防护结构的制作方法

本发明涉及一种密封材料及其防护技术，具体涉及非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏及其用于悬索桥主缆的复合防护结构，属桥梁腐蚀防护
技术领域：
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背景技术：
：主缆是悬索桥主要的承重结构，是工程的不可更换部分，是悬索桥的“生命线”，一旦主缆发生腐蚀破坏，将导致严重后果，造成的经济社会损失极大。因此，悬索桥主缆的密封防护，已越来越引起人们的重视。中国专利ZL201010243670.8公开了一种阻蚀密封膏，由硅烷改性聚醚树脂、增塑剂、补强填料、触变剂、片状阻蚀颜料、钛白粉、炭黑、脱水剂、附着力促进剂及二月桂酸二丁基锡制得，该产品含有片状阻蚀颜料，显著提高了防腐能力，但该阻蚀密封膏本质上还是一种缓硫化型阻蚀密封膏，其体系中含有硫化催化剂二月桂酸二丁基锡，硫化速度虽然相对于硫化型产品显得缓慢，但其数月内即会硫化，该专利文件公开了阻蚀密封膏硫化后性能测试数据，可证明其短期内即可硫化，且硫化后完全失去触变性及流动性，因此在主缆中膏体涂层会很快失去不干性、非硫化型，导致出现裂纹、缝隙，从而失去防护作用。中国专利ZL99119397.0公开了一种悬索桥主缆缠丝段的防腐方法，由里及外的结构为：磷化底漆、非硫化型橡胶不干性密封膏层、缠绕钢丝或带材缠绕层、磷化底漆层、环氧云铁底漆层、聚硫型防水密封剂层、非黄变型聚氨酯面漆层，该非硫化型橡胶不干性密封膏主体材料为聚异丁烯橡胶，该技术在工程应用十余年来取得了积极效果，但是聚异丁烯橡胶不仅与钢丝基体附着力差，自身无法消化渗进的水气，加上长期高温度变化和交变载荷影响，最终引起密封失效，水分侵蚀主缆钢丝，给桥梁安全造成危害。中国专利ZL200810190126.4公开了一种悬索桥缆索缠丝段密封防护处理的方法：清除主缆镀锌钢丝表面的污物并进行干燥处理；在主缆钢丝外表面涂覆纳米改性环氧封闭漆；涂覆硫化型硅烷改性聚醚密封剂；缠绕一层钢丝或带材缠绕层；清除钢丝或带材缠绕表面的污物及所挤出来的多余的密封剂；在主缆缠绕钢丝或带材表面涂覆纳米改性环氧封闭漆；涂覆硫化型硅烷改性聚醚密封剂，并整形至均匀圆滑的曲面；涂覆高耐候且具有适当弹性的聚脲涂料或者硅丙涂料。上述主缆缠丝段密封防护方式中，在缠丝前仍使用硫化型密封剂，而硫化型密封剂在缠丝前已硫化成弹性体(或部分硫化成弹性体)，不具有流动性，在缠丝施工时容易被缠丝机撕坏，引起缠丝前防护涂层的破坏，影响整个涂层的密封防护效果。中国专利ZL201020562433.3公开了一种桥梁防护
技术领域：
使用的悬索桥主缆缠丝段密封防护涂层结构，包括主缆钢丝外包裹有硅烷改性聚醚密封膏的内层密封防护层，内层密封防护层上附有柔性带缠绕层，柔性带缠绕层上附有硅烷改性聚醚密封剂的外层密封防护层，外层密封防护层上附有柔韧型聚氨酯面漆或柔韧型氟碳面漆的面漆涂层。内层密封防护层采用的硅烷改性密封膏是一种以硅烷改性聚醚树脂为原料的密封膏，属于缓硫化型密封膏，该密封膏涂抹时能充满缆索钢丝缝隙，缠丝后密封膏能与缆索及缠绕钢丝形成一个整体，密封剂缓慢硫化后形成弹性密封体，借以实现对主缆的长期密封防护。根据该专利文件说明书介绍，可见其与中国专利ZL201010243670.8中不干性阻蚀密封膏类似，初期还能够适应桥梁缆索由于振动及热胀冷缩引起的形变，但随着时间延长，密封膏硫化后涂层受缆索震动及形变的影响，一是逐渐与底材(主缆、缠丝)脱离附着，二是其内易出现开裂问题，最终仍会导致密封膏的密封防护能力快速失去。目前，现有主缆涂装防护技术为提高设计体系防护能力，都设计采用了多道油漆涂装设计，如主缆钢丝表面一道防护底漆(如环氧富锌涂层)、缠丝后缠丝表面涂装一层防护底漆(如环氧底漆、环氧富锌漆或纳米环氧封闭漆等)等，但多道油漆涂层设计不仅将整个防护涂层分割成底、中、面多道单一防护结构，还引起层间结合及阻水性能的耐久性问题。更为严重的是造成施工现场涂装使用大量油漆，给工程环境尤其是桥梁跨越的河流、海洋等水体造成了严重的污染问题，甚至给相关水体水生物、海洋生物保护制造了巨大难题。技术实现要素：本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏及其用于悬索桥主缆的复合防护结构，该非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏采用系统设计，保证使用期内保持非硫化状体，且能具有良好的防腐、防水、阻水、阻聚效果，该悬索桥主缆复合防护结构，采用非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏作为内层密封防护层，始终保持一定的流动性、整体性，适宜各类表面密封防护、缝隙的嵌缝密封、缝隙封堵等，可提高主缆的长期密封防护能力，解决了现有不干性阻蚀密封膏、缓硫化密封膏存在的技术问题。借助该材料及防护结构的使用，整个防护体系杜绝了现有油漆涂层的设计使用，彻底解决了原有油漆涂装体系对工程现场、河流水体的严重环境污染问题。本发明解决现有技术问题的方案如下：一种非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏，其原料组成及重量份为：非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏的制备工艺步骤如下：按照材料配比称取各材料，先将纳米碳酸钙放入双行星搅拌机中，搅拌机抽真空后加热到90℃，25-50rpm缓慢搅拌30-60分钟进行干燥脱水处理；然后再加入硅烷改性聚醚树脂、聚酰胺蜡SL，加热到110℃-120℃，抽真空，1000rpm高速搅拌60-120分钟；然后降温至50℃-40℃，加入鳞片锌粉、乙烯基三甲氧基硅烷、对苯二酚、叔丁基邻苯二酚、环烷酸铜，200-250rpm搅拌25分钟；最后加入环氧基硅烷，200-250rp缓慢搅拌25分钟后，出料、包装，即得到非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏。非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏用于悬索桥主缆的复合防护结构市：由主缆钢丝表面向外各结构层依次为：非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏形成的内层密封防护层、镀锌钢丝缠绕层、硫化型硅烷改性聚合物密封剂形成的外层密封防护层及水性耐候涂料涂层，其中：内层密封防护层厚度为0.5-2.5mm，外层密封防护层厚度为2-3mm，水性耐候涂料涂层厚度为70-120μm。所述水性耐候涂料为聚氨酯、丙烯酸或氟碳等现有水性耐候涂料。非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏用于悬索桥主缆的复合防护结构还可以设计为：由主缆钢丝表面向外各结构层依次为：非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏形成的内层密封防护层、镀锌钢丝缠绕层、硫化型硅烷改性聚合物密封剂形成的外层密封防护层及硅烷改性聚合物涂料涂层，其中：内层密封防护层厚度为0.5-2.5mm，外层密封防护层厚度为2-3mm，硅烷改性聚合物涂料涂层厚度为0.2-2mm。必要时还可以在硅烷改性聚合物涂料涂层表面加涂水性耐候涂料，涂层厚度为60-120μm，可进一步提高整个防护结构的防护寿命，满足特大型悬索桥梁或长寿命主缆的防护需求。上述的硫化型硅烷改性聚合物密封剂中还可以含有鳞片锌粉，且鳞片锌粉含量占整个硫化型硅烷改性聚合物密封剂重量份的5％-15％，在硫化型硅烷改性聚合物密封剂生产过程中，鳞片锌粉加入时的温度不超过50℃。上述硅烷改性聚合物树脂包括硅烷改性聚醚树脂MS、硅烷改性聚氨酯树脂SPUR、或硅烷改性树脂STP，硅烷改性聚醚树脂MS类树脂如市售的日本钟化的S303H、S203H；硅烷改性聚氨酯树脂SPUR如美国迈图公司生产销售的SPUR产品；硅烷改性树脂STP如泰州瑞洋立泰生产的STP树脂产品。所述的鳞片锌粉为鳞片状的锌粉粉体产品，鳞片状锌粉能发挥其平行排列搭接、屏蔽效果好等优点，即使较少用量其综合防腐能力也显著优于同份额的球形锌粉，鳞片锌粉的用量根据结构防腐设计要求、密封材料综合性能优化进行优选；优选鳞片锌粉明显减少锌粉用量，可以降低密封材料密度，适度减轻主缆负重。所属聚酰胺蜡SL作为触变剂使用，为法国CRAYVALLEY生产，用量根据产品配方组成及膏体性能要求进行调整。所述纳米碳酸钙优选经表面改性的纳米级活性碳酸钙，如市售的U1S2型纳米活性碳酸钙，用量根据树脂及膏体性能要求进行调整。乙烯基三甲氧基硅烷如美国迈图高新集团的A-171硅烷、德国赢创德固赛的VTMO型硅烷等；环氧基硅烷如德国赢创德固赛公司的GLYMO型、DAMO-T型硅烷。上述硅烷产品具有良好的除水、阻水性能。叔丁基邻苯二酚、对苯二酚及环烷酸铜作为复合阻聚剂，在锌粉膏遇到水气侵袭时，可有效缓阻硅烷改性聚醚树脂出现硫化现象，并为除水、阻水赢得足够时间，保证膏体处于非硫化状态。另外外层密封防护层的硅烷改性聚合物密封剂中可含有鳞片锌粉，鳞片锌粉含量占整个硅烷改性聚合物密封剂重量份的5％-15％，具体含量可根据涂层结构设计要求及密封剂性能要求进行调整。在硅烷改性聚合物密封剂的生产过程中，鳞片锌粉加入时的温度不超过50℃，低温加入有利于减轻锌粉颗粒表面氧化，最大程度保证锌粉粒子活性。上述非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏采用的原料均为市售产品，采用现有硅烷改性密封剂高温生产工艺加工制作而成，干燥过程采取抽真空工艺，不仅可以降低加热温度，更能保证材料干燥效果；高温生产工艺保证聚酰胺蜡SL充分活化，本非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏可具有预期的触变性及各种工况中剪切条件下的流动性，进一步保证实现缝隙弥合、空隙封堵作用；另外，低温下加入锌粉，在确保鳞片锌粉均匀分散的同时，可以最大限度减轻加工过程中鳞片锌粉表面的氧化，保证膏体或密封剂中单质锌含量及锌片粒子的高活性。悬索桥主缆密封防护复合结构的主缆钢丝缠绕层，采用的是现有镀锌圆钢丝或“S”型钢丝通过缠丝而成。本发明的有益效果是：本发明的非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏，选用了防水性能优异的硅烷改性聚合物树脂，辅以鳞片锌粉、优质触变剂聚酰胺蜡SL，添加乙烯基三甲氧基硅烷、对苯二酚、叔丁基邻苯二酚、环烷酸铜，实现硅烷改性聚合物锌粉膏优异的流变性及其涂层的非硫化，产品具有良好的防腐及复合除水、阻水、阻聚作用，而以非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏形成的内层密封防护涂层的悬索桥主缆密封防护复合结构，则被赋予了防水、阻水、除水及对水气的拒阻与消除能力，显著提高了内部密封层以及整个主缆密封防护复合结构的防水防腐密封的耐久性和可靠性。本复合防护结构含有内层的非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏密封防护层、含有鳞片锌粉的硅烷改性聚合物密封剂形成的密封防护层，加上缠绕镀锌钢丝，形成具有多道富含锌材料的整体式防护体系，不仅每道涂层都具有良好的密封、阻隔、防腐性能，各结构还能通过非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏的上下连接作用形成一个富锌防护结构整体，达到充分利用整个防护结构中锌的牺牲保护作用，有效阻止局部出现破损、微裂缝时腐蚀介质的侵渗，并实现多屏障、自修复的防护功效。优质触变剂聚酰胺蜡SL的采用显著提高了非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏膏体的触变性，随着运行中缆索的振动、热胀冷缩等膏体可及时利用流变性能实现裂缝弥合、空隙封堵效果。本复合防护结构利用非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏良好的防腐阻水能力，省去了现有常用防护体系中主缆钢丝表面油漆层及缠绕后缠绕钢丝表面油漆层的设计与施工，不仅能进一步简化施工工艺、节约成本，也从根本解决了现有主缆防护体系现场油漆涂装施工造成的环境污染、工程涉及的河流或海洋的水体污染等环保问题。附图说明附图1、图2为本发明悬索桥主缆的复合防护结构示意图；图中：1-主缆钢丝，2-内层密封防护层，3-钢丝缠绕层，4-外层密封防护层，5-水性耐候涂料涂层，6-硅烷改性聚合物涂料涂层。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步的说明。实施例1-4：先进行非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏的加工制备，实施例1-4的非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏的原料组成及其重量份见表1.表1实施例1-实施例4各原料组成及其重量份清单原料名称实施例1实施例2实施例3实施例4硅烷改性聚合物树脂35份(MS303)40份(MS203)45份(STP)35份(SPUR)鳞片锌粉25份25份25份28份纳米碳酸钙10份10份15份20份聚酰胺蜡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份环氧基硅烷0.5份0.5份5份2份对苯二酚0.1份0.1份0.3份0.2份叔丁基邻苯二酚0.2份0.2份0.5份0.3份环烷酸铜0.05份0.06份0.2份0.1份按照材料配比称取各材料，先将纳米碳酸钙放入双行星搅拌机中，抽真空并加热到90℃，25-50rpm缓慢搅拌100分钟进行干燥脱水处理，然后再加入硅烷改性聚醚树脂、聚酰胺蜡SL，加热到110℃-120℃，抽真空，1000rpm高速搅拌60-120分钟；降温至40℃，加入鳞片锌粉、乙烯基三甲氧基硅烷、对苯二酚、叔丁基邻苯二酚、环烷酸铜，200-250rpm搅拌25分钟；最后加入环氧基硅烷，缓慢搅拌25分钟后，出料、包装，即得非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏到产品，备用。经与现有不干性密封腻子、阻蚀密封膏对比，上述非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏试验时间内没有出现任何硫化迹象，而阻蚀密封膏200小时内已完全硫化(见表2)。经测试上述非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏其他性能满足现有行业标准技术要求。表2实施例1-实施例4与现有不干性密封腻子、阻蚀密封膏硫化时间对比单位h实施例5：称取纳米碳酸钙25份、气相法二氧化硅1份、R902钛白粉1份、1010防老剂0.4份、市售硅橡胶耐高温助剂0.8份、炭黑0.1份、Tinuvin326紫外吸收剂0.1份、Tinuvin770型光稳定剂0.1份，一起放入双行星搅拌机中，抽真空并加热到90℃，25-50rpm缓慢搅拌50分钟；加入S303H型硅烷改性聚醚树脂25份，抽真空并加热到110℃，1000rpm高速搅拌150分钟，降温至40℃，加入A-171型硅烷脱水剂0.6份，250rpm搅拌25分钟，加入鳞片锌粉8份、苯基三甲氧基硅烷1.0份，250rpm搅拌25分钟，加入1146型硅烷附着力促进剂0.8份，250rpm搅拌25分钟，加入U-220H螯合锡0.6份，250rpm搅拌25分钟，出料，即得含有鳞片锌粉的硅烷改性聚合物密封剂。应用实施例1：如附图1所示，本发明的复合防护结构包括主缆钢丝1、内层密封防护层2、柔性带缠绕层3、外层密封防护层4和面漆涂层5。主缆钢丝1外包裹有采用非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏的内层密封防护层2，内层密封防护层2厚度为0.5-2.5mm；内层密封防护层2上附有钢丝缠绕层3，钢丝缠绕层3上附有采用硅烷改性聚醚密封剂的外层密封防护层4，外层密封防护层4厚度为2-3mm；外层密封防护层4上附有采用水性氟碳涂料(面漆)的水性耐候涂料涂层5，面漆涂层5厚度为70-120μm。具体操作流程：清除主缆钢丝1表面的污物并进行干燥处理，然后在主缆钢丝外表面涂覆实施例1非硫化硅烷改性聚合物锌粉膏，填平主缆钢丝间缝隙，并整形为基本圆滑曲面，形成内层密封防护层2，厚度为0.5-2.5mm；再用缠丝机密排缠绕一层直径4.0mm的镀锌钢丝，形成钢丝缠绕层3；清除缠绕钢丝表面的污物及所挤出来的多余的密封膏；再在主缆缠绕钢丝表面涂覆上述备用的硅烷改性聚合物密封剂，填平缠绕钢丝间缝隙并整形至均匀圆滑的曲面，形成外层密封防护层4，厚度为2-3mm，最后涂覆水性氟碳涂料2道，形成水性耐候涂料涂层5，面漆总厚度为70-120μm。应用实施例2：如附图2所示，本发明包括主缆钢丝1、内层密封防护层2、柔性带缠绕层3、外层密封防护层4和硅烷改性聚合物涂料涂层6。内层密封防护层2厚度为0.5-2.5mm；外层密封防护层4厚度为2-3mm；硅烷改性聚合物涂料涂层5厚度为0.2-2mm。经实验室测试及工程应用试验，上述硫化硅烷改性聚合物锌粉膏产品及其形成的悬索桥主缆复合防护结构完全满足现有交通行业相关技术标准要求，防护效果良好，施工过程也彻底杜绝了油漆涂装造成的严重环境污染问题。当前第1页1 2 3