一種高強耐久複合材料及其製造方法與應用的製作方法

2023-05-22 04:09:41

專利名稱：一種高強耐久複合材料及其製造方法與應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高強耐久複合材料及其製造方法與應用，特別涉及一種以二氧化矽和氧化鈣為主要結合劑的高強耐久複合材料與製造方法，以及以該材料為主要原料製成的杆狀構件與製造方法。
表1-鋼材和混凝土的性能比較

備註1以加速腐蝕試驗結果預測2以2小時高溫下強度衰減不超過30％為判斷標準所以人們通常將鋼筋和混凝土配合使用，製成鋼筋混凝土或鋼材-混凝土的混合結構。這樣的結構大大改善了混凝土的韌性，但是仍然無法克服耐久性的問題，而且由於混凝土強度不高，使得結構非常笨重。
本發明是通過以下技術方案實現的
一、高強耐久複合材料的原料及配比一種高強耐久複合材料，基本上由以下原料配比組成結合劑 30-60％水 3-15％骨料30-60％纖維0-15％添加劑 0-5％所述結合劑的主要成份為二氧化矽和氧化鈣，其組分配比(按重量百分比)為二氧化矽30-70％；氧化鈣30-70％；其中部份二氧化矽和氧化鈣可以是矽酸鈣(矽酸二鈣和矽酸三鈣)式的複合分子團，結合劑的粒徑為10nm-200μm。
所述骨料可以是高強度的石英沙或鋼砂，其粒徑為0.1-2mm。
所述纖維可以是高強度的鋼絲或人造纖維，其直徑為0.01-1.5mm，長度為5-30mm。
所述添加劑是為了增加上述原料混合後的流動性而添加，可有多種選擇。
二、高強耐久複合材料的製造方法本發明高強耐久複合材料按下述方法製造1、將原料按比例配料結合劑30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纖維0-15％，添加劑0-5％，配置完畢之後可在敞開或者真空密閉的條件下攪拌均勻；2、攪拌均勻之後依流動性不同選擇下述的一種方法成型A.自然流動成型B.振動成型C.離心式成型D.擠壓成型3、成型後可在模具內施加0-100MPa的壓力，施壓時間0-100小時，直到複合材料硬固為止，以增加其緻密性、強度和耐久性；4、複合材料硬固後脫模，可進行熱壓處理，溫度10-500℃，壓力0-100MPa，相對溼度50-100％；持續時間0-200小時，在此期間溫度、壓力和溼度可以隨時間變化。
三、高強耐久複合材料杆狀構件及製造方法本發明還提供一種以本發明高強耐久複合材料為主要材料的杆狀構件，所述的構件是依照下述方法製成的1.將原料按比例配料結合劑30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纖維0-15％，添加劑0-5％。原料配製完畢之後可在敞開或真空密閉的條件下攪拌均勻。
2.攪拌均勻之後可依流動性的不同選擇三種方法之一成型
A.自然流動B.振動成型C.離心式成型杆狀構件成型時選用鋼材或其它抗拉強度高、鋼度好的材料製成管狀外殼，將攪拌均勻的原料裝入管狀外殼內。管狀外殼橫截面可以是圓形或者多邊形，管壁厚度0.1-50mm。該管狀外殼是複合材料成型時的外模，同時也在材料受到軸向壓力時起圍束作用，增加軸向抗壓強度。製作杆狀構件時，成型前可以在複合材料中設置鋼筋或其它抗拉強度高的材料以增加抗拉強度。杆狀構件可製成空心狀。本發明提供的高強耐久複合材料杆狀構件也可以設計為不帶有管狀外殼的杆狀構件，原料成型時在模具中進行。
3.成型後可在模具內施加0-100MPa的壓力，施壓時間0-100小時，直到複合材料硬固為止，以增加其緻密性、強度和耐久性。
4.複合材料硬固後(不帶管狀外殼時須脫模)，進行熱壓處理，溫度10-500℃，壓力0-100MPa，相對溼度50-100％，持續時間0-200小時。在此期間溫度、壓力和溼度可以是隨時間變化的。
本發明提供的高強度耐久複合材料克服了現有技術的缺點和不足，具有下列優良的性能。
(1) 本發明的複合材料各項性能(包括耐久性)都比混凝土好；(2) 和鋼材相比，本發明的複合材料雖然抗拉強度較低，但抗壓強度相當，而且具有優越的耐久性和耐火度；(3) 和鋼材相比，本發明的複合材料還具有輕質的優點。
本發明高強耐久複合材料與鋼材和混凝土的性能比較如表2所示表2-本發明複合材料、鋼材和混凝土的性能比較

備註1以加速腐蝕試驗結果預測2以2小時高溫下強度衰減不超過30％為判斷標準下面用具體實例來對本發明作詳細描述。
具體實施例方式
實施例1結合劑(二氧化矽∶氧化鈣＝55∶45)45％，水8％，骨料(石英砂，0.5mm)40％，鋼纖維(0.1×10mm)6％，添加劑(N型減水劑)1％。敞開式拌和，自然流動成型50×100mm圓柱試體。常溫大氣壓下靜置24小時後，80℃恆溫、90％恆溼、恆壓(大氣壓)下96小時。製得高強耐久複合材料的抗壓強度210MPa，抗拉強度22MPa。
實施例2結合劑(二氧化矽∶氧化鈣＝60∶40)45％，水8％，骨料(石英砂，0.3mm)40％，鋼纖維(0.1×10mm)6％，添加劑(N型高效減水劑)1％。敞開式拌和，振動成型50×100mm圓柱試體。常溫大氣壓下靜置16小時後，80℃恆溫、90％恆溼、恆壓(大氣壓)下48小時。製得高強耐久複合材料的抗壓強度206MPa，抗拉強度21MPa。
實施例3結合劑(二氧化矽∶氧化鈣＝55∶45)50％，水8％，骨料(石英砂，1.5mm)33.8％，鋼纖維(0.1×10mm)7％，添加劑(N型高效減水劑)1.2％。敞開式拌和，振動成型50×100mm圓柱試體。常溫10個大氣壓下靜置16小時後，90℃恆溫、90％恆溼、恆壓(大氣壓)下120小時。製得高強耐久複合材料的抗壓強度233MPa，抗拉強度25MPa。
實施例4結合劑(二氧化矽∶氧化鈣＝55∶45)46％，水12％，骨料(石英砂，1mm)41％，添加劑(N型高效減水劑)1％。密閉後抽真空拌和，自然流動成型50×100mm圓柱試體。常溫大氣壓下靜置24小時後，80℃恆溫、90％恆溼、恆壓(大氣壓)下48小時。製得高強耐久複合材料的抗壓強度181MPa，抗拉強度15MPa。
實施例5結合劑(二氧化矽∶氧化鈣＝55∶45)45％，水8％，骨料(鋼砂，1.0mm)44％，碳纖維(0.2×20mm)2％，添加劑(N型高效減水劑)1％。敞開式拌和，5倍重力加速度的離心力下成型100×200mm圓柱試體，空心直徑30mm。常溫大氣壓下靜置16小時後，200℃恆溫、90％恆溼、恆壓(10個大氣壓)下168小時。製得高強耐久複合材料的抗壓強度275MPa，抗拉強度29MPa。
實施例6結合劑(二氧化矽∶氧化鈣＝55∶45)44％，水7％，骨料(石英砂，0.6mm)43％，鋼纖維(0.1×10mm)5.5％，添加劑(N型高效減水劑)0.5％。敞開式拌和，擠壓成型50×100mm圓柱試體。常溫大氣壓下靜置24小時後，80℃恆溫、90％恆溼、恆壓(大氣壓)下96小時。製得高強耐久複合材料的抗壓強度238MPa，抗拉強度25MPa。
實施例7結合劑(二氧化矽∶氧化鈣＝55∶45)32％，水4％，骨料(鋼砂，0.5mm)55％，鋼纖維(0.2×20mm)8％，添加劑(N型高效減水劑)1％。敞開式拌和，試體直接自然流動成型於壁厚1mm、直徑50mm、高100mm的鋼管內。常溫大氣壓下靜置24小時後，80℃恆溫、90％恆溼、恆壓(大氣壓)下120小時。製得高強耐久複合材料的抗壓強度355MPa，抗拉強度40MPa。
權利要求
1.一種高強耐久複合材料，基本上由以下原料配比組成結合劑 30-60％水 3-15％骨料30-60％纖維0-15％添加劑 0-5％
2.根據權利要求1所述的高強度耐久複合材料，其特徵為所述的結合劑的成份及配比為二氧化矽30-70％，氧化鈣30-70％，其中部份二氧化矽和氧化鈣可以是矽酸鈣(矽酸二鈣和矽酸三鈣)式的複合分子團，結合劑的粒徑為10nm-200μm。
3.根據權利要求1所述的高強度耐久複合材料，其特徵為所述的骨料為高強度的石英砂或鋼砂，其粒徑為0.1-2mm。
4.根據權利要求1所述的高強度耐久複合材料，其特徵為所述的纖維為高強度的鋼絲和/或人造纖維，其直徑為0.01-1.5mm，長度為5-30mm。
5.一種高強耐久複合材料的製造方法，其特徵為該複合材料是按下述方法製作的(1).將原料按比例配料結合劑30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纖維0-15％，添加劑0-5％，配置完畢之後可在敞開或者真空密閉的條件下攪拌均勻；(2).攪拌均勻之後依流動性不同選擇下述的一種方法成型A.自然流動成型B.振動成型C.離心式成型D.擠壓成型(3).成型後可在模具內施加0-100MPa的壓力，施壓時間0-100小時，直到複合材料硬固為止；(4).複合材料硬固後脫模，可進行熱壓處理，溫度10-500℃，壓力0-100MPa，相對溼度50-100％；持續時間0-200小時，在此期間溫度、壓力和溼度可以隨時間變化。
6.一種高強耐久複合材料杆狀構件，其特徵為該杆狀構件由權利要求1所述的高強耐久複合材料為主要材料製成。
7.根據權利要求6所述的高強耐久複合材料杆狀構件，其特徵為所述的杆狀構件外還設有鋼質外殼，所述外殼的橫截面為圓形或多邊形，管壁厚度為0.1-50mm。
8.根據權利要求6或7所述的高強耐久複合材料杆狀構件，其特徵為所述杆狀構件呈中空狀，所述複合材料內設置有鋼筋或其它抗拉強度較高的材料。
9.一種高強耐久複合材料杆狀構件的製造方法，其特徵為按下述方法製作的(1).將原料按比例配料結合劑30-60％，水3-15％，骨料30-60％，纖維0-15％，添加劑0-5％，配置完畢後可在敞開或者真空密閉條件下攪拌均勻；(2).攪拌均勻後依流動性的不同選擇三種方法之一成型A.自然流動成型B.振動成型C.離心式成型選用鋼材或抗拉強度高、剛度好的材料製成管狀外殼，管狀外殼橫截面為圓形或者多邊形，管壁厚度0-50mm，杆狀構件可製成空心狀；杆狀構件不帶有管狀外殼時，成型在模具中進行；(3).成型後在模具內施加0-100MPa的壓力，施壓時間0-100小時，直到複合材料硬固為止；(4).複合材料硬固之後進行(不帶管狀外殼時須脫模)熱壓處理，溫度10-500℃，壓力0-100MPa，相對溼度50-100％，持續時間0-200小時，在此期間溫度、壓力和溼度可以隨時間變化。
10.根據權利要求9所述的一種高強耐久複合材料杆狀構件的製造方法，其特徵為所述的杆狀構件成型前可在複合材料中設置鋼筋或者其它抗拉強度較高的材料。
全文摘要
本發明公開了一種高強耐久複合材料及其製造方法與應用，目的是提供一種高強耐久複合材料及其製造方法，同時提供一種由該高強耐久複合材料為主要材料製成的高強耐久材料杆狀構件及其製造方法。本發明所提供的高強耐久複合材料，基本上由以下原料配比組成結合劑，30－60％；水，3－15％；骨料，30－60％；纖維，0－15％；添加劑，0－5％。本發明提供的高強度耐久複合材料克服了現有技術的缺點和不足，各項性能(包括耐久性)都比混凝土好；和鋼材相比，本發明的複合材料雖然抗拉強度較低，但抗壓強度相當，而且具有優越的耐久性和耐火度；和鋼材相比，本發明的複合材料還具有輕質的優點。
文檔編號C04B14/38GK1436747SQ0310223
公開日2003年8月20日 申請日期2003年1月30日 優先權日2003年1月30日
發明者苗伯霖 申請人:穆楨子