高性能聚烯烴混凝土填縫板的耐老化性能研究

第36卷第3期黑龍江水專(zhuān)學(xué)報Vol 36, No. 32009年9月Journal of Heilongjiang Hydraulic Engineering文章編號:10009833(2009)03004306高性能聚烯烴混凝土填縫板的耐老化性能研究李亞芬,徐昭巍,劉桂英,張濱(黑龍江省水利科學(xué)研究院哈爾濱150080)摘要:混凝土工程用保溫泡沫塑料一般不用在暴露的部位因而不要求較高的耐候性,但是泡沫材料在施工和存放過(guò)程中也受日曬在使用中需經(jīng)歷凍融循環(huán)、干濕循環(huán)而且研究不同泡沫材料本身的耐久性對于從高分子特性水平上認識泡沫塑料對于水利工程中設計使用泡沫板具有重要意義。研究了高性能改性聚乙烯泡沫塑料和常用聚苯乙烯泡沫塑料的耐久性結果表明高性能聚乙烯泡沫具有優(yōu)異的耐久性,作為嚴格條件下的混凝土填縫板使用是完全能夠滿(mǎn)足要求的關(guān)鍵詞:高性能混凝土填縫板;紫外線(xiàn);耐老化;耐候性中圖分類(lèi)號:TU528.2獻標識碼:AStudy on Properties of anti-aging of High-performancePolyolefin cFilling Joint PlateLI Yafen, XU Zhaowei, LIU Guiying, ZHANG BiAbstract: Insulating foam in concrete projects isn't in general used in exposed positions, which does not re-quire higher weather resistance, but the foam withstands the sun in the construction and storage processwhich will be experienced freeze-thaw cycles, wet and dry cycle in the course of using. and researching dif-ferent foam durability of their own has great significance for understanding the foam at the level of polymercharacteristics and for the design of foam in water conservancy projects. In this paper, the modified highperformance polyethylene foam and the durability of common polystyrenere researched. The resultsshow that high-performance polyethylene foam has excellent durability it is fully able to meet the require-ments to be used as the concrete filling joint plate under strict conditions.Key words: highperformance concrete filling joint plate ultraviolet rays; aging resistance; weather resistance面積一般較小,而該類(lèi)材料是用于工程結構部位的0引言連接和填充在水利T程中還有可能處于水位變化泡沫填縫板除常規用于一般水利、道路工程中,區和經(jīng)歷干濕循環(huán),對寒冷地區尤其是季節性?xún)鐾吝€可應用于重要的水利樞紐工程、機場(chǎng)道路工程等區還經(jīng)歷著(zhù)頻繁的凍融循環(huán)。因此要求這種工程材等。黑龍江省水利科學(xué)研究院在對日本泡沫產(chǎn)品剖料在保證較高機械強度外還具有優(yōu)異的耐久性。改析基礎上,對新型工程用聚烯烴泡沫板進(jìn)行了更深性聚乙烯泡沫型混凝土填縫板保留了其母料的抗入、全面的研究開(kāi)發(fā)-3,研制成功了密度從0.080拉斷裂伸長(cháng)率抗折和耐溶劑性等聚烯烴類(lèi)泡沫~0.25g/cm3范圍內6個(gè)密度等級規格的JFP泡塑料的耐老化性主要包括耐大氣曝曬,這種性能可沫板?？梢愿鶕笾瞥刹煌幐?用在不同工程用紫外線(xiàn)加速試驗方法模擬,還包括耐氧化誘導性,部位的混凝土工程的接縫及保溫材料。通過(guò)本課題用耐熱尺寸穩定性試驗表示,在寒冷地區還包括耐研究使泡沫板生產(chǎn)配方更合理優(yōu)良,產(chǎn)品性能更凍融(在飽水條件下)循環(huán)性能等,在季節凍土區這高,工藝操作性強,產(chǎn)品性能穩定,造價(jià)進(jìn)一步降低。種性質(zhì)是最關(guān)鍵的泡沫塑料型混凝土填縫板可能暴露在大氣中的凵中國煤化工1高CNMHG收稿日期:200803-27;修訂日期:200905-15本課題以兼具有聚苯乙烯咼哽度、橡膠類(lèi)高韌基金項目:黑龍江省科技攻關(guān)計劃項目(GC04A05)性、彈性的低密度/線(xiàn)性低密度聚烯烴樹(shù)脂為基料作者簡(jiǎn)介:李亞芬(1964),女黑龍江阿城人,碩士高級工程以橡膠類(lèi)、熱塑性彈性體等改性劑,精選有機發(fā)泡師從事新型土工合成材料、化學(xué)建材的開(kāi)發(fā)與研究黑龍江水專(zhuān)學(xué)報第36卷劑發(fā)泡助劑、過(guò)氧化物交聯(lián)劑泡沫穩定劑、內外潤規格泡沫體照射1000h仍無(wú)明顯老化滑劑防老劑抗氧劑、紫外線(xiàn)接受劑等為原料,經(jīng)嚴本課題還進(jìn)行了不同泡沫塑料的戶(hù)外自然老化格模壓工藝生產(chǎn)而成。試驗,將各種泡沫塑料試樣在戶(hù)外暴露600d結果本課題研究高性能聚烯烴的泡沫塑料,其基本表明聚乙烯泡沫塑料的耐候性是最佳的。耐候性尺配方如下:寸收縮率曲線(xiàn)見(jiàn)圖18,測得收縮情況見(jiàn)表2。高壓聚乙烯:70~100質(zhì)量份;本研究的中高發(fā)泡泡沫體耐老化性能是十分突改性劑:10~30份出的,對于高發(fā)泡聚乙烯泡沫材料有研究表明,密線(xiàn)性低密度聚乙烯:70~100份;度為22kg/m3的聚乙烯泡沫體,經(jīng)紫外線(xiàn)照射200發(fā)泡劑(AC、AIBN):1.5~6份(因容重而異);h后,物性保持率仍>90%,而30kg/m3的EPS同交聯(lián)劑(DCP):0.6~1.2份,適宜的是0.75~樣經(jīng)200h照射后,產(chǎn)生明顯脆化、風(fēng)化現象粉化深1.0份;度已達厚度的30%已不再具有原有發(fā)泡體之性能促進(jìn)劑(ZnO以AC/ZnO計):1:1~1:0.25,適宜的是1:0.25~1:0.4;表1JFP泡沫耐紫外線(xiàn)老化試驗結果Table 1 JEP foam UV-resistant aging test results潤滑劑(Hst、Znst):0.2~0.5份;填料(輕質(zhì)CaCO3):0~30份,適宜的是15JFP1l0 JFP130 JFP160 JFP200型號500h)(800h)(800h)(500h30份;防老劑:0~2.5份;輕微變硬幾乎無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化紫外線(xiàn)吸收劑:0.1份;抗氧劑:0.1~1.0份硬度變化,照射前發(fā)泡法生產(chǎn)高性能聚烯烴填縫板可分為4個(gè)步邵爾A照射后48驟:①混合、混煉;②出型坯片;③模內交聯(lián)、發(fā)泡;④拉伸強度照射前L.171.461.802223陳化、裁切。其生產(chǎn)工藝流程為:(縱向)/Ma照射后1.1021.331.638206配料→混合→混煉→片并裁切伸長(cháng)率保持率/%壓縮強度照射前0.480.560.7180.91模壓發(fā)泡→冷卻定型→切割→包裝→一測試(壓縮至應變50%)/MPa照射后0420.520.670.852高性能聚烯烴泡沫填縫板的紫外線(xiàn)加速試驗壓縮恢復率(壓縮至應變在眾多的通用高分子材料中,聚乙烯樹(shù)脂本身50%)/%照射后9192就具有優(yōu)異的耐曝曬性,不加生物和化學(xué)改性的聚注試驗參照ASIM(;53《非金屬材料暴露使用的光源和水的暴乙烯產(chǎn)品降解性是很差的,即耐久性很高而為了進(jìn)露裝置》,光照試樣厚度15-25mm,拉伸試樣加工成10-15mm步提高其耐老化性在配方中加入了優(yōu)質(zhì)的防老光照淋水周期分別為4h4h,光照淋水溫度分別為(50±2)℃劑、抗氧劑改善了泡沫接縫板的耐紫外線(xiàn)性能和熱(60士2)℃老化性,表1給出了本課題研究的泡沫塑料的耐紫表2各種泡沫塑料的戶(hù)外器露試驗結果外線(xiàn)照射試驗結果(500h,部分樣品進(jìn)行了1000Tabe2 All kinds of foam at outdoor exposure test resultsh),而圖1~13給出了試樣JFP泡沫在不同照射時(shí)間周期條件下泡沫樣品的外觀(guān)形貌照片,結果表明,泡沫種類(lèi)JF3粟苯乙烯泡聚氨酯硬軟質(zhì)PVe沫EPS(30)泡沫(44)泡沫大孔的泡沫塑料板密度>130kg/m3后,其耐老化密度/k·(m2)-113532性能是非常優(yōu)良的,表面無(wú)明顯變化,材料的力學(xué)性初始顏色淺黃淺黃質(zhì)也無(wú)明顯變化。而且試驗表明密度越大,單位質(zhì)顏色變化無(wú)變化無(wú)變化變灰黑變灰褐量可以吸收較多能量,耐老化性能越好形狀無(wú)變化風(fēng)化飛散風(fēng)化飛唐變形相當3工程用泡沫塑料戶(hù)外自然老化試驗中國煤化工表面硬化面硬化嚴重腐蝕有研究預期,一般紫外線(xiàn)人工照射200h后,相CNMHG嚴重收縮嚴重收縮當于自然暴曬1a,而幾乎所有其它高分子材料室外暴曬1a其性能都會(huì )明顯降低,本課題研究的改性注:自然暴露光照試驗樣品厚10-15m,尺寸20m×20mX聚乙烯泡沫板照射500h性能是比較優(yōu)異的,多數(10~20第3期李亞芬,等高性能聚烯烴混凝土填縫板的耐老化性能研究圖1 JFP1l0泡沫光照前照片圖5JFP30泡沫光照前照片Fig. 1 JFPl10 foam before the lightFig. 5 JFP130 foam before the light圖6JFP130泡沫紫外線(xiàn)照射288h照片圖2JFP10泡沫光照后288h的照片Fig. 6 JFP130 foam under ultraviolet radiation for 288 hFig 2 JFP110 foam under the light for 288 h圖7JFP130泡沫紫外線(xiàn)照射432h照片圖3JFP0泡沫紫外線(xiàn)老化(432h)試樣(光照后)的照片Fig. 7 JFP130 foam under ultraviolet radiation for 432Fig 3 FP110 foam UV aging sample(432 h)(after the light)中國煤化工CNMHGJrFu體外現照冊576h照片圖4JFP0泡沫紫外線(xiàn)老化(576h)試樣(光照后)的照片Fig.8 JFP130 foam under ultraviolet radiation for 576 hFig 4 JFP110 foam UV aging sample(576 h)(after the light)黑龍江水專(zhuān)學(xué)報第36卷圖9JFP160泡沫光照前照片Fig 9 JFP160 foam before the light圖13JFP160泡沫紫外線(xiàn)照射732h照片Fig 13 JFPl60 foam under ultraviolet radiation for 732 h圖10JFP160泡沫紫外線(xiàn)照射288h照片圖14JFP160泡沫紫外線(xiàn)照射864h照片Fig. 10 JFP160 foam under ultraviolet radiation for 288 hig. 14 JFP160 foam under ultraviolet radiation for 864 h圖11JFP160泡沫紫外線(xiàn)照射432h后照片圖15日本填縫板(密度110kg/m3)光照前照片Fig. 11 JFP160 foam under ultraviolet radiation for 432 hFig. 15 Filling joint plate in Japan(density 110 kg/m )before中國煤化工CNMHG圖12FP160泡沫紫外線(xiàn)照射576h照片23)照射288h后照片Fig 12. JFP160 foam under ultraviolet radiation for 576 hFig. 16 Filling joint plate in Japan(density 110 kg/m )underhe light for 288 h第3期李亞芬,等.高性能聚烯烴混凝土填縫板的耐老化性能研究的其它結構材料具有一定的耐凍融循環(huán)性能?；炷潦菬o(wú)機材料,吸水率較髙,孔隙較少,冰晶的膨脹會(huì )產(chǎn)生使混凝土體產(chǎn)生破壞,混凝土的抗凍融循環(huán)性能需加入引氣劑改善增加混凝土氣孔結構來(lái)保證。而發(fā)泡烯烴接縫板主體還是聚合物樹(shù)脂,并具有低吸水率,無(wú)毛細現象?？箖鋈谘h(huán)性能比無(wú)機材料優(yōu)越得多。在水中并不存在凍融破壞現象。EPS板凍融初期吸水率增加不大,后期增加得很明圖17日本填縫板(密度110kg/m3)照射432h后照片顯;而JFP凍融初期吸水率有一定增長(cháng),后期吸水Fg17 Filling joint plate in Japan(desy1lkg/m3) under率增加緩慢,本實(shí)驗進(jìn)行了3種泡沫板的耐凍融循the light for 432 h環(huán)試驗,結果見(jiàn)表4。經(jīng)歷300次凍融循環(huán),吸水率列1為JP130增加不大,尺寸、硬度、力學(xué)性能均無(wú)明顯降低,圖19~21給出了 EPS JFP泡沫的凍融試驗關(guān)系曲線(xiàn)表4JPP泡沫耐凍融循環(huán)試驗結果(300次Table 4 JFP foam freezethaw cycle resistant test results(300 times泡沫概外觀(guān)硬度吸水率WV拉伸強度伸長(cháng)率壓縮恢型號變化變化%變化率/%保持辜/復率/%暴露時(shí)間/mnthJFP0無(wú)變化+21.9JFPI圖18不同泡沫戶(hù)外暴露時(shí)間與尺寸收縮率的曲線(xiàn)JFP160無(wú)變化+1Fig. 18 Curve of the time of different foam at outdoor exposureENk/m3掉角變粗糙24L5(200次)325FXkg/m3泡孔邊緣模糊9.5(200次)4高性能聚烯烴泡沫填縫板的熱穩定性(尺寸穩定性)塑料材料的尺寸穩定性試驗能夠部分反映它的耐熱老化性能。本實(shí)驗對樣品進(jìn)行了70℃×48h(試驗結束后,取出試件自然冷卻至室溫,經(jīng)2、24h分別測定條件下尺寸變化率試驗)的熱穩定性試驗結果見(jiàn)表3。結果表明加熱后強度、硬度有所增加伸長(cháng)率幾乎無(wú)變化,尺寸變化率極小。喪3聚烯烴混凝土接縫板尺寸穩定性試驗結果圖19EPS30kg/m3)保溫板凍融次數與體積吸水率的關(guān)系Fig 19 Relationship between the times of freeze-thaw of EPSTable 3 Polyolefin joint board dimensional stability of(30 kg/m )insulation board and the volume of water absorptionconcrete test results1400泡沫板長(cháng)度方向寬度方向厚度方向拉伸強度伸長(cháng)率型號變化率變化率變化率保持率保持率FP1100.38-0.29+0.85105960.33-0.23+0.7610895次號長(cháng)P160-0.27-0.18+0.72109JFP2000.21-0.21+0.5111397注:試樣尺寸;200mmx200mm,厚度15~25mm中國煤化工CNMHG5高性能聚烯烴泡沫填縫板的耐凍融循環(huán)試驗圖20EPS(30kg/m3)保溫板凍融次數與重量吸水率的關(guān)系在季節性?xún)鐾羺^,水工建筑物中水位變化區承Fg20 Relationship between the times of freeze-thaw of EPS受著(zhù)較為頻繁的凍融循環(huán),要求混凝土材料及工程(30 kg/m)insulation board and the weight of water absorption第36卷mJFP110%試驗采用了加速試驗方法,在水中(20±3)℃浸泡40h,取出后自然曬至表干(2h),用低于40℃一萬(wàn)P%6泡沫的條件在烘箱中烘3h,冷卻3h后進(jìn)行下一個(gè)循環(huán),共進(jìn)行100次7結語(yǔ)經(jīng)過(guò)500~800h以上的紫外線(xiàn)加速老化和室外自然試驗,表明高性能混凝土填縫板具有優(yōu)異的凍融次數/次耐紫外線(xiàn)性,產(chǎn)品外觀(guān)、性能、吸水率均無(wú)明顯降低。經(jīng)過(guò)凍融試驗和干濕循環(huán)試驗,表明該類(lèi)產(chǎn)品具有圖21JFP系列泡沫凍融次數與質(zhì)量吸水率的關(guān)系良好的抗水性、耐候性。g. 21 Relationship between the times of freeze-thaw of JFPfoam and the quality of water absorptio參考文獻:凍融條件:先在(23±2)℃飽水72h。在(-25[]李亞芬,張濱高性能聚烯烴土工合成材料在水利工程中的20)℃凍結16h,在(20士2)℃下融解8h,共凍開(kāi)發(fā)與研究技術(shù)工作總結[R]哈爾濱:黑龍江水利科學(xué)研究融300次循環(huán)。院,2007[2]李亞芬劉桂英張濱發(fā)泡聚乙烯混凝土填縫板的研究及在6高性能混凝土填縫板的耐干濕循環(huán)性能寒冷地區工程中的應用[.黑龍江水專(zhuān)學(xué)報,2005,32(3):2628.聚乙烯基泡沫塑料吸水率很低,這種吸水性是[3]錢(qián)志屏泡沫塑料[M北京:中國石化出版社,199由于具有封閉微孔,水分子在孔壁上產(chǎn)生的是物理]張濱,那文杰,李亞芬聚烯烴泡沫在黑龍江省水利工程中的吸附,且聚乙烯表面非極性,吸附力弱。由于微孔是應用[A]國際土工合成材料協(xié)會(huì )中國委員會(huì )全國第六屆土工合成材料學(xué)術(shù)會(huì )議論文集,中國土工合成材料工程協(xié)會(huì )[C]互不連通的,在水中無(wú)毛細現象因而具有優(yōu)異的耐香港:現代知識出版社,2004:110-117干濕循環(huán)性,不會(huì )像木材那樣,因干濕循環(huán)產(chǎn)生明顯[5]那文杰張濱寒區水工建筑物聚苯乙烯泡沫塑料保溫板設收縮,翹角和扭曲。表5給出了聚烯烴混凝土填縫計指標應用研究技術(shù)工作總結[R]哈爾濱:黑龍江省水利科板的耐干濕循環(huán)試驗結果。學(xué)研究院,2004表6JFP泡沫板耐干濕循環(huán)試驗Table 6 JFP foam wet and dry cycle resistant test泡沫板種類(lèi)FP110JFP130JFP160外觀(guān)無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化硬度(邵氏A)尺寸穩定性/%無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化拉伸強度保持率/%中國煤化工CNMHG