CN106348672A - 一种用于抗震钢结构的复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：40‑50份水泥，70‑90份细骨料，80‑100份粗骨料，7‑9份粉煤灰，5‑6份硅灰，2‑3份活性氧化铝，0.2‑1份脱硫石膏，0.2‑1份硅酸锌，5‑10份碳化物增强颗粒，10‑20份不饱和聚酯树脂，15‑30份固化剂，2‑4份减水剂。本发明能够使混凝土与钢材彼此增强，并增加结构的韧性，提高抗震性能。

Description

一种用于抗震钢结构的复合材料
【技术领域】
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种用于抗震钢结构的增强复合材料。
【背景技术】
在现今的建筑行业中，由钢筋混凝土制作的空心预制板组成的“楼层间隔板”以及由沙泥砌成的“砖石结构墙体”成为建筑物结构的主体，以混凝土承担压力、以钢筋承担拉力。虽然这种钢筋混凝土结构能比较充分地利用钢筋和混凝土这两种材料的力学性能，但是这种结构的抗震性能不够、抗裂性能差，当发生地震尤其是震级较高时，会因强度不足、产生过大变形，使建筑物出现裂缝、失去稳定或整体倾覆。
为了提高建筑物的抗震性能，人们一则不断开发高强度、低屈强比等性能更为优异的钢材(如SM5700Q钢、SN钢)，二则不断优化设计建筑结构、增加抗震结构(如阻尼器)，三则不断增加性能相互协作配合的复合材料(如碳纤维)。多年的事实证明，以上三种措施都能够提高建筑物的抗震性能，但是在大规模推广中都存在各自的缺陷：钢材的改进手段有限，高性能钢材会使得建筑成本迅速增加，在民用建筑中成本过高；抗震结构的增设对于超高层建筑比较有效，对于高度有限的建筑避震效果不明显；碳纤维复合材料抗震效果明显，但是成本太高、且施工性差，难以推广。
与钢结构结合使用的混凝土，也在不断地改进中，以达到其抗压、保温、隔热等目的，而与钢结构相互配合，可以有效提高建筑物的抗震性。目前，由于高强度钢的使用，可以使构件截面做得小而薄，而在圆形或多边形钢管内填充混凝土的柱子和S结构，可以使结构的强度和变形能力提高，并有效限制钢结构的局部屈曲。但是，目前的混凝土配方没有考虑到与钢管结构的相互作用，且脆性大，有待于进一步改进。
【发明内容】
为了提高钢结构建筑的抗震效果，针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种用于抗震钢结构的增强复合材料，能够使混凝土与钢材彼此增强，并增加结构的韧性，提高抗震性能。
本发明的技术方案是：
一种用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：40-50份水泥，70-90份细骨料，80-100份粗骨料，7-9份粉煤灰，5-6份硅灰，2-3份活性氧化铝，0.2-1份脱硫石膏，0.2-1份硅酸锌，5-10份碳化物增强颗粒，10-20份不饱和聚酯树脂，10-20份固化剂，2-4份减水剂。通过不饱和聚酯树脂，可以增加混凝土的韧性，提高变形能力，降低脆性，但是会导致强度降低；同时碳化物增强颗粒，可以在混凝土结构内部以及混凝土与钢材的接触面上形成增强相，增加界面粘结强度，有效结构的强度；该技术方案可以使混凝土与钢材彼此增强，并增加结构的韧性，提高抗震性能。
进一步的，上述增强复合材料包括以下重量份的原料：45-50份水泥，80-85份细骨料，90-100份粗骨料，8-9份粉煤灰，5-6份硅灰，2-3份活性氧化铝，0.2-0.5份脱硫石膏，0.2-0.5份硅酸锌，8-10份碳化物增强颗粒，10-15份不饱和聚酯树脂，10-15份固化剂，2-4份减水剂。
进一步的，上述碳化物增强颗粒为碳化钛、碳化钒、碳化铌、碳化铬、碳化钨、碳化硅、碳化硼。上述碳化物颗粒与铁基体凝固时，更容易被凝固界面捕捉到，因而更有利于形成均匀的增强。
进一步的，上述不饱和聚酯树脂为双环戊二烯改性不饱和聚酯。该聚酯能够与混凝土形成流动性好的组合物，且成形品无裂纹，韧性高。
进一步的，上述固化剂为甲基乙基酮过氧化物或过氧化苯甲酰，与不饱和聚酯作用使其固化，与其他组分形成结合。
进一步的，上述减水剂为聚羧酸减水剂或改性萘系减水剂或氨基磺酸类减水剂。该类减水剂可以提高产品的强度，增加产品的粘聚性、保水性，减少经时损失，增加抗冻性等等。
进一步的，上述细骨料为砂子，粗骨料为石子。细骨料和粗骨料可以根据需要填充的钢结构和要求的强度标准进行选择，砂子和石子是目前成本比较低的优选。
本发明具有以下有益的技术效果：
1)本发明可以通过不饱和聚酯树脂增加混凝土的韧性，弹性模量小，提高变形能力，降低脆性，而碳化物增强颗粒可以在混凝土结构内部以及混凝土与钢材的接触面上形成增强相，达到同时提高强度和韧性的目的，提高抗震性能；2)本发明掺入了活性氧化铝不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量，使结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路；3)本发明加入了硅酸锌，通过碳化物增强颗粒与钢材形成连接，可以减小钢材的腐蚀和损耗，有利于结构耐久度的提高；4)本发明的不饱和聚酯树脂和碳化物增强颗粒都可以提高产品的耐久性，使产品渗透系数小，可以达到不渗水的要求；5)相比于碳纤维增强等增强方式，碳纤维成本高，且施工中会造成缠绕、施工不变，本发明使用颗粒增强方式，具有增强效果明显、施工简单、成本低的优点。
【具体实施方式】
以下结合具体实施例，对本发明做进一步描述。
以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。
实施例一
一种用于抗震钢结构的增强复合材料，包括以下重量份的原料：40份水泥，70份细骨料，80份花岗岩石子，7份粉煤灰，5份硅灰，2份活性氧化铝，0.2份脱硫石膏，0.2份硅酸锌，5份碳化铬增强颗粒，10份双环戊二烯改性不饱和聚酯，15份甲基乙基酮过氧化物，2份聚羧酸减水剂。
经测试，该材料的抗压强度为120MPa，抗拉强度为8MPa，抗弯强度为12MPa，弹性模量为35MPa，渗透系数≤1*10-12cm/s。(注：抗压强度、抗拉强度按养护28天150mm×150mm×150mm试件，抗弯强度测试试件为100mm×100mm×400mm棱柱体。)
实施例二
一种用于抗震钢结构的增强复合材料，包括以下重量份的原料：50份水泥，90份细骨料，100份花岗岩石子，9份粉煤灰，6份硅灰，3份活性氧化铝，1份脱硫石膏，1份硅酸锌，10份碳化钛增强颗粒，20份双环戊二烯改性不饱和聚酯，30份甲基乙基酮过氧化物，4份聚羧酸减水剂。
经测试，该材料的抗压强度为118MPa，抗拉强度为8MPa，抗弯强度为12MPa，弹性模量为39MPa，渗透系数≤1*10-12cm/s。(注：抗压强度、抗拉强度按养护28天150mm×150mm×150mm试件，抗弯强度测试试件为100mm×100mm×400mm棱柱体。)
实施例三
一种用于抗震钢结构的增强复合材料，包括以下重量份的原料：45份水泥，80份细骨料，90份大理石石子，8份粉煤灰，5.5份硅灰，2.5份活性氧化铝，0.3份脱硫石膏，0.3份硅酸锌，8份碳化硅增强颗粒，13份双环戊二烯改性不饱和聚酯，12份过氧化苯甲酰，3份氨基磺酸类减水剂。
经测试，该材料的抗压强度为115MPa，抗拉强度为8MPa，抗弯强度为12MPa，弹性模量为38MPa，渗透系数≤1*10-12cm/s。(注：抗压强度、抗拉强度按养护28天150mm×150mm×150mm试件，抗弯强度测试试件为100mm×100mm×400mm棱柱体。)
实施例四
一种用于抗震钢结构的增强复合材料，包括以下重量份的原料：48份水泥，85份细骨料，95份大理石石子，8.5份粉煤灰，5.5份硅灰，2.5份活性氧化铝，0.5份脱硫石膏，0.5份硅酸锌，9份碳化硼增强颗粒，15份双环戊二烯改性不饱和聚酯，15份过氧化苯甲酰，3份改性萘系减水剂。
经测试，该材料的抗压强度为116MPa，抗拉强度为8MPa，抗弯强度为12MPa，弹性模量为36MPa，渗透系数≤1*10-12cm/s。(注：抗压强度、抗拉强度按养护28天150mm×150mm×150mm试件，抗弯强度测试试件为100mm×100mm×400mm棱柱体。)
对比例一
一种用于抗震钢结构的复合材料，不含有双环戊二烯改性不饱和聚酯，其他组分与实施例一相同。
经测试，该材料的抗压强度为104MPa，抗拉强度为6MPa，抗弯强度为10MPa，弹性模量为45MPa，渗透系数为5*10-12cm/s。(注：抗压强度、抗拉强度按养护28天150mm×150mm×150mm试件，抗弯强度测试试件为100mm×100mm×400mm棱柱体。)
对比例二
一种用于抗震钢结构的复合材料，不含有碳化铬增强颗粒，其他组分与实施例一相同。
经测试，该材料的抗压强度为95MPa，抗拉强度为7MPa，抗弯强度为9MPa，弹性模量为42MPa，渗透系数为4*10-12cm/s。(注：抗压强度、抗拉强度按养护28天150mm×150mm×150mm试件，抗弯强度测试试件为100mm×100mm×400mm棱柱体。)
对比例三
一种用于抗震钢结构的复合材料，不含有碳化铬增强颗粒和双环戊二烯改性不饱和聚酯，其他组分与实施例一相同。
经测试，该材料的抗压强度为88MPa，抗拉强度为4MPa，抗弯强度为7MPa，弹性模量为48MPa，渗透系数为6*10-12cm/s。(注：抗压强度、抗拉强度按养护28天150mm×150mm×150mm试件，抗弯强度测试试件为100mm×100mm×400mm棱柱体。)

Claims (8)

1.一种用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：40-50份水泥，70-90份细骨料，80-100份粗骨料，7-9份粉煤灰，5-6份硅灰，2-3份活性氧化铝，0.2-1份脱硫石膏，0.2-1份硅酸锌，5-10份碳化物增强颗粒，10-20份不饱和聚酯树脂，10-20份固化剂，2-4份减水剂。
2.根据权利要求1所述的用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：45-50份水泥，80-85份细骨料，90-100份粗骨料，8-9份粉煤灰，5-6份硅灰，2-3份活性氧化铝，0.2-0.5份脱硫石膏，0.2-0.5份硅酸锌，8-10份碳化物增强颗粒，10-15份不饱和聚酯树脂，10-15份固化剂，2-4份减水剂。
3.根据权利要求1所述的用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，所述碳化物增强颗粒为碳化钛、碳化钒、碳化铌、碳化铬、碳化钨、碳化硅、碳化硼。
4.根据权利要求1所述的用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂为双环戊二烯改性不饱和聚酯。
5.根据权利要求1所述的用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，所述固化剂为甲基乙基酮过氧化物或过氧化苯甲酰。
6.根据权利要求1所述的用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂或改性萘系减水剂或氨基磺酸类减水剂。
7.根据权利要求1所述的用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，所述细骨料为砂子。
8.根据权利要求1所述的用于抗震钢结构的增强复合材料，其特征在于，所述粗骨料为石子。
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