一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓及其制作材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓及其制作材料，該地腳螺栓包括內(nèi)部基礎(chǔ)桿體和環(huán)繞于所述內(nèi)部基礎(chǔ)桿體的外部螺紋，內(nèi)部基礎(chǔ)桿體由浸漬有增韌劑的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成，外部螺紋由含有納米級(jí)蒙脫土的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成。本發(fā)明的地腳螺栓可以降低地腳螺栓內(nèi)部桿體在腐蝕環(huán)境下的螺紋開裂損傷，同時(shí)可以有效的提高螺紋的結(jié)構(gòu)密實(shí)度，降低外界腐蝕環(huán)境對(duì)內(nèi)部桿體的侵蝕，最終有利于提高腐蝕環(huán)境下地腳螺栓與混凝土基礎(chǔ)之間的粘結(jié)性能，保證地腳螺栓錨固力的傳遞與實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓及其制作材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土建交通、電力等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用材料領(lǐng)域，涉及一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓及其制作材料。

【背景技術(shù)】
[0002]目前地腳螺栓作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)、設(shè)備連接的重要工具，因?yàn)槠渎裨诨A(chǔ)中，腐蝕情況在內(nèi)部，人們用肉眼難以看到起內(nèi)部的腐蝕情況，因此地腳螺栓的腐蝕情況往往沒有引起人們的重視。然而地腳螺栓通常埋在混凝土構(gòu)件中，承受著介質(zhì)以及環(huán)境的雙重作用，其腐蝕情況不容樂觀。如人們熟悉的大亞灣核電站核島容器的地腳螺栓，其腐蝕情況螺栓外表面受腐蝕情況較為嚴(yán)重，部分螺栓已失去金屬光澤，并會(huì)發(fā)生大塊剝落現(xiàn)象。由此可見，長(zhǎng)期處于水環(huán)境下的地腳螺栓需具有較強(qiáng)的防腐能力才能保證其在結(jié)構(gòu)中保證結(jié)構(gòu)整體的安全性能。
[0003]與傳統(tǒng)建設(shè)材料鋼材相比，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、耐久性好、便捷施工等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工程領(lǐng)域纖維增強(qiáng)復(fù)合材料材料得到了越來越多的關(guān)注。然而當(dāng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)中，是長(zhǎng)期處于堿性環(huán)境下工作的，因此纖維增強(qiáng)復(fù)合材料面臨著耐久性能不足的問題。既有研究表明:對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，雖然纖維表面有樹脂基體的保護(hù)，但樹脂具有一定的吸水性，并且在酸、堿、鹽等腐蝕溶液作用下樹脂內(nèi)部易產(chǎn)生微裂紋，從而水汽和堿性腐蝕介質(zhì)仍能夠到達(dá)纖維表面并對(duì)其進(jìn)行腐蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能顯著降低。為此要提高纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在混凝土結(jié)構(gòu)中的適用性，尤其是水下環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)中，由于混凝土的堿性作用會(huì)在一定程度上影響纖維復(fù)合材料的性能發(fā)揮，有必要采取一定的措施來改善纖維增強(qiáng)復(fù)合材料耐腐蝕性能不足的問題。為此要將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用到腐蝕環(huán)境中，需進(jìn)行樹脂的改性使之提高耐腐蝕性能，在保證材料本身的優(yōu)越力學(xué)性能得以發(fā)揮的同時(shí)滿足耐久性的要求，從而實(shí)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中的安全可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供了制備適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓的制作材料。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓，包括內(nèi)部基礎(chǔ)桿體和環(huán)繞于所述內(nèi)部基礎(chǔ)桿體的外部螺紋，所述內(nèi)部基礎(chǔ)桿體由第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成，所述的外部螺紋由第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成。
[0007]所述第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為浸潰有增韌劑的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，是纖維與摻入了一定比例的液態(tài)或固態(tài)的增韌劑的環(huán)氧樹脂浸潰固化而成，該比例應(yīng)與樹脂匹配，使其性能較好的發(fā)揮，該比例通常介于5%_15%。通過增韌樹脂可降低開裂損傷、提高耐腐蝕性能。增韌劑能夠吸收應(yīng)力并延緩、阻止堿性溶液作用下基體內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展，從而降低腐蝕介質(zhì)在樹脂基體中的傳播速率，對(duì)纖維提供更好的保護(hù)，提升纖維復(fù)合材料耐腐蝕性能，降低開裂損傷提高耐堿性。這種做法使得在復(fù)合材料的樹脂基體中引入了直徑為0.5?1.0微米的防裂彈性球狀顆粒體，該顆粒體具有較高的抗裂性能并且與樹脂基體具有良好的粘結(jié)，能夠在樹脂基體構(gòu)成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中形成分散相。這種既均勻分散又與樹脂基體緊密結(jié)合的彈性球狀顆粒體，能夠吸收應(yīng)力并延緩、阻止堿性溶液作用下基體內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展，從而降低腐蝕介質(zhì)在樹脂基體中的傳播速率，對(duì)纖維提供更好的保護(hù)，提升纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的耐堿性能，降低開裂損傷提高耐堿性。增韌劑可以選用羧基液體丁腈橡膠、端羧基液體丁腈橡膠、聚硫橡膠、液體硅橡膠、聚醚、聚砜、聚酰亞胺、納米碳酸鈣、納米二氧化鈦?zhàn)鏞
[0008]所述第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為含有納米級(jí)蒙脫土的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；納米級(jí)蒙脫土的重量百分比含量為1%?8%。納米級(jí)蒙脫土為樹脂改性劑，改性后的樹脂可有效的提高螺紋結(jié)構(gòu)密實(shí)度，降低了螺紋因?yàn)楦g導(dǎo)致的強(qiáng)度下降以及粘結(jié)不足的問題出現(xiàn)，有利于提高腐蝕環(huán)境下地腳螺栓與混凝土基礎(chǔ)的粘結(jié)性能，保證螺栓錨固力的傳遞和實(shí)現(xiàn)。此螺紋應(yīng)具有一定的深度，以保證與混凝土之間有較好的機(jī)械咬合力。實(shí)驗(yàn)表明通過添加蒙脫土可以有效抑制在腐蝕環(huán)境下環(huán)氧樹脂性能的退化，這是由于添有機(jī)蒙脫土后可以抑制水的滲透，有效減小對(duì)樹脂的侵蝕。試驗(yàn)證明添加有機(jī)蒙脫土可以有效的減小腐蝕環(huán)境對(duì)樹脂的侵蝕。
[0009]第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維可以選自碳纖維、玄武巖纖維、玻璃纖維及芳綸纖維。
[0010]在進(jìn)一步的較優(yōu)的方案中，所述第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的納米級(jí)蒙脫土的重量百分比含量為5%。第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的納米級(jí)蒙脫土的比例并不是越多越好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出蒙脫土的添加以5%為最佳。
[0011]本發(fā)明具有以下突出的有益效果:可以降低地腳螺栓內(nèi)部桿體在腐蝕環(huán)境下的螺紋開裂損傷，同時(shí)可以有效的提高螺紋的結(jié)構(gòu)密實(shí)度，降低外界腐蝕環(huán)境對(duì)內(nèi)部桿體的侵蝕，最終有利于提高腐蝕環(huán)境下地腳螺栓與混凝土基礎(chǔ)之間的粘結(jié)性能，保證地腳螺栓錨固力的傳遞與實(shí)現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的地腳螺栓螺桿的剖面圖；
圖2為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料地腳螺栓螺桿紗線位置示意圖；
圖3為普通環(huán)氧樹脂微裂縫分布情況；
圖4為添加增韌劑的環(huán)氧樹脂微裂縫分布情況；
圖5為添加納米級(jí)蒙脫土改性材料的環(huán)氧樹脂微裂縫分布情況；
圖6為拉擠纖維桿體設(shè)備示意圖；
圖中，1、外部螺紋2、內(nèi)部基礎(chǔ)桿體3、微裂縫4、增韌劑顆粒體5、納米級(jí)蒙脫土6、螺紋纏繞線7、紗架張力裝置8、浸膠裝置9、合攏壓擠裝置10、固化裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
實(shí)施例1:
參見圖1和圖2，一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓，包括內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2和環(huán)繞于內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2的外部螺紋1，內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2和外部螺紋I為一體連接，內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2由第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成，外部螺紋I由第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成。第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為浸潰有重量百分比含量為5%的增韌劑羧基液體丁腈橡膠的芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為含有重量百分比含量為5%的納米級(jí)蒙脫土的玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基體材料為環(huán)氧樹脂，參見圖3及圖4，第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的增韌劑顆粒4能有效地降低環(huán)氧樹脂中微裂紋3的開裂損傷，阻止環(huán)氧樹脂基體內(nèi)部微裂紋3的擴(kuò)展；參見圖5，在第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中添加納米級(jí)蒙脫土改性材料也能在一定程度上降低的環(huán)氧樹脂微裂縫3的損傷，同時(shí)，納米級(jí)蒙脫土有效的提高了螺紋結(jié)構(gòu)密實(shí)度，降低了螺紋因?yàn)楦g導(dǎo)致的強(qiáng)度下降以及粘結(jié)不足的問題出現(xiàn)，有利于提高腐蝕環(huán)境下地腳螺栓與混凝土基礎(chǔ)的粘結(jié)性能，保證螺栓錨固力的傳遞和實(shí)現(xiàn)。
[0014]實(shí)施例2
一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓，包括內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2和環(huán)繞于內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2的外部螺紋1，內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2和外部螺紋I為一體連接，內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2由第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成，外部螺紋I由第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成，第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為浸潰有重量百分比含量為15%的增韌劑液體硅橡膠的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為含有重量百分比含量為1%的納米級(jí)蒙脫土的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
[0015]實(shí)施例3
一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓，包括內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2和環(huán)繞于內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2的外部螺紋1，內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2和外部螺紋I為一體連接，內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2由第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成，外部螺紋I由第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成，第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為浸潰有重量百分比含量為8%的增韌劑聚酰亞胺的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為含有重量百分比含量為8%的納米級(jí)蒙脫土的玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
[0016]制備實(shí)施例
實(shí)施例1-3中的地腳螺栓是通過如下設(shè)備和流程制備的:
參見圖6，將選定的纖維紗布設(shè)于紗架上，組成第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的纖維紗布設(shè)于紗架的中心，組成第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的纖維紗布置于第一纖維外圈，纖維紗通過紗架張力裝置7進(jìn)行拉緊處理后，分別通過浸膠槽8充分浸膠處理，其中，組成內(nèi)部基礎(chǔ)桿體2的纖維紗經(jīng)過含增韌劑的樹脂基體膠液，組成外部螺紋的纖維紗經(jīng)過含納米級(jí)蒙脫土的樹脂基體膠液，分別形成第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，然后進(jìn)入合攏浸膠紗及壓擠螺紋的合攏壓擠裝置9中合攏擠壓成型，由于合攏壓擠裝置9四周的擠壓作用以及樹脂的粘結(jié)作用，將第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料緊緊結(jié)合一體，并在進(jìn)行拉擠桿體的同時(shí)，根據(jù)螺紋深度的設(shè)計(jì)采取不同的螺紋纏繞線6環(huán)向纏繞在桿體環(huán)向，通過拉緊形成螺紋；最后經(jīng)固化裝置10將合攏后的浸膠紗進(jìn)行固化成型，待成型后將形成螺紋纏繞線6纏繞拆除，該工藝可實(shí)現(xiàn)一次固化成型，最終形成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料地腳螺栓螺桿。
[0017] 以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓，包括內(nèi)部基礎(chǔ)桿體和環(huán)繞于所述內(nèi)部基礎(chǔ)桿體的外部螺紋，其特征在于，所述內(nèi)部基礎(chǔ)桿體由第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成，所述外部螺紋由第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成； 所述第一纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為浸潰有增韌劑的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，增韌劑的重量百分比含量為5%?15% ； 所述第二纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為含有納米級(jí)蒙脫土的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；納米級(jí)蒙脫土的重量百分比含量為1%?8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地腳螺栓，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維選自碳纖維或玄武巖纖維或玻璃纖維或芳綸纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地腳螺栓，其特征在于，所述納米級(jí)蒙脫土的重量百分比優(yōu)選含量為5%。
4.一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓的內(nèi)部基礎(chǔ)桿體材料，其特征在于，該內(nèi)部基礎(chǔ)桿體材料為浸潰有增韌劑的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，增韌劑的重量百分比含量為5%?15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)部基礎(chǔ)桿體材料，其特征在于,所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維選自碳纖維或玄武巖纖維或玻璃纖維或芳綸纖維。
6.一種適用于水下基礎(chǔ)的地腳螺栓的外部螺紋材料，其特征在于，該外部螺紋材料為含有納米級(jí)蒙脫土的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，納米級(jí)蒙脫土的重量百分比含量為1%?8%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的外部螺紋材料，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維選自碳纖維或玄武巖纖維或玻璃纖維或芳綸纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的外部螺紋材料，其特征在于，所述納米級(jí)蒙脫土的重量百分比優(yōu)選含量為5%。
【文檔編號(hào)】F16B35/00GK104327457SQ201410590131
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】肖樹, 安增軍, 許志勇, 吳智深, 汪昕, 朱中國(guó), 劉瀅 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 南京電力工程設(shè)計(jì)有限公司, 江蘇綠材谷新材料科技發(fā)展有限公司, 東南大學(xué)