CN106630784B - 一种具有自修复功能的透光混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种具有自修复功能的透光混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，包括以下步骤：将塑料实心光纤作为经线，塑料空心光纤作为纬线，将塑料实心光纤和塑料空心光纤分别作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成混纺光纤布、实心光纤布和空心光纤布；将实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆树脂，光纤布固定后，将干粉砂浆与水混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，微波处理促固化得到混凝土；将混凝土经养护、切割、打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。

Description

一种具有自修复功能的透光混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种具有自修复功能的透光混凝土及其制备方法。
背景技术
很久以前，纺织品只被运用于服装领域，现在，随着科学技术的不断发展，纺织品已经逐渐渗透入其他多个领域，建筑材料就是其中之一。建筑材料添加了纺织品，可降低建筑重量、生产成本和减少工作时间，尤其是在一些特别高或者大跨度的建筑中更能体现轻质结构的优越性能。目前，纺织品中纤维、丝、纱线和面料都在建筑材料中使用较多，如将聚酯纤维、芳族聚酰胺、碳纤维和玻璃纤维以多层纤维或丝、网眼结构、针织结构、或者方平组织、缎纹组织织造的机织物添加入建筑材料中，通过特殊结构排列赋予建筑材料轻质、热绝缘、隔音、透明等多种功能。
光线是一种由玻璃或塑料制成的纤维，光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。光线在纤芯传送，当光纤射到纤芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，会全部反射回来，继续在纤芯内向前传送。中国专利CN101428993A公开的光纤智能透明混凝土及其制备方法，依据塑料光纤和混凝土横截面的面积比以及塑料光纤的直径制作不锈钢带孔钢板，将塑料光纤用高强度钛合金毛细管保护后通过带孔钢板定位，浇筑部分混凝土，布置光纤传感探头，浇筑全部混凝土，抽出毛细管，即得到光纤智能透明混凝土。中国专利CN 102166780B公开应用纺织光纤技术制备透光混凝土方法，采用直径为2-200微米的有机质多模光纤，把光纤纺织形成纤维布或纤维集成体固定后，浇筑水泥浆体，经养护后，切割，在断面进行有机硅油喷涂，得到透光水泥基材料。中国专利CN 102848451B公开的制备具有设计透光形式的透光混凝土的方法，将透光率大于90％的塑料光纤，制成单程光纤布，将光纤布经向或纬向排列，光纤布之间用棉纱固定，光纤表面涂覆偶联剂，再住满高流态高强度水泥砂浆，在潮湿混进下养护，切割，断面抛光涂覆有机硅油，得到透光混凝土。
由上述现有技术可知，目前的透光混凝土多是通过改善光纤的排列方式赋予混凝土透光的性能，但是由于光纤本身材质硬脆制成的纤维布的成型性和抗压性较差，且混凝土长时间使用也会出现裂纹等现象，更加导致光纤损坏，且难以修复。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有自修复功能的透光混凝土及其制备方法，采用塑料实心光纤、塑料空心光纤作为原料，分别织造形成混纺光纤布、实心光纤布和空心光纤布，并通过将实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆树脂，然后通过与高流态水泥基复合形成具有自修复功能的透光混凝土。该方法制备的具有自修复功能的透光混凝土中空心光纤纤维中含有光纤胶水，能对光纤进行自修复，且通过实心光纤与空心光纤混合使用，不影响透光混凝土的透光性能，而且制备方法简便，可操作性好。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种具有自修复功能的透光混凝土，所述具有自修复功能的透光混凝土包括光纤、形状记忆合金、干粉砂浆和水，所述干粉砂浆和水制成高流态水泥基，所述光纤包括塑料实心光纤和塑料空心光纤，所述塑料空心光纤包括芯层、光纤层、包层和涂覆层，所述芯层的折射率不小于光纤层的折射率，所述芯层为黏合剂或者修复剂，所述形状记忆合金为钛镍形状记忆合金，所述干粉砂浆中包括水泥、骨料、矿物添加剂、保水剂和碱水剂。
作为上述技术方案的优选，所述光纤的直径为0.1-2mm，所述光纤的透光率不低于70％，所述塑料空心光纤中芯层的体积比为45-55％。
本发明还提供一种具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将塑料实心光纤作为经线，塑料空心光纤作为纬线，采用方平组织作为组织结构，织造形成混纺光纤布，将塑料实心光纤和塑料空心光纤分别作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成实心光纤布和空心光纤布；
(2)将步骤(1)制备的实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆树脂，光纤布固定后，将干粉砂浆与水混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，微波处理促固化得到混凝土；
(3)将步骤(2)制备的混凝土，在潮湿环境下养护，将混凝土切割后，将切割断面打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，所述塑料空心光纤包括芯层、光纤层、包层和涂覆层，所述芯层为353ND光纤胶水。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，混纺光纤布、实心光纤布和空心光纤布的紧度为40-50％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，所述塑料实心光纤和塑料空心光纤的直径为0.1-2mm，所述塑料实心光纤和塑料空心光纤的透光率不低于70％，所述塑料空心光纤中芯层的体积比为45-55％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，树脂为硅胶树脂，树脂的厚度为2-5mm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，干粉砂浆中的组分，按重量份计，包括：水泥300-400份、粉煤灰50-80份、矿渣60-90份、减水剂5-10份、天然砂200-400份。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，混凝土中塑料实心光纤和塑料空心光纤的总体积比为5-10％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，养护的时间为15-30天，具有自修复功能的透光混凝土的透光率为60-70％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的具有自修复功能的透光混凝土中含有实心光纤和空心光纤，空心光纤中含有光纤胶水，光纤胶水的折射率不小于光纤层的折射率不低于光纤的折射率，因此不影响空心光纤的光传输性，而且通过将实心光纤与空心光纤交错排列的方式，不影响光纤材料整体的应变传感能力，不影响透光混凝土的透光性能。
(2)本发明制备的具有自修复功能的透光混凝土中含有实心光纤和空心光纤，空心光纤中含有光纤胶水，当光纤受到较强的应力作用而损坏使，空心光纤内部的光纤胶水变会流出，渗透到光纤纤维的内部，对光纤进行自修复，提高透光混凝土的使用性能。
(3)本发明制备的具有自修复功能的透光混凝土中光纤布之间选用硅胶树脂进行隔离，硅胶树脂本身机械性能良好，稳定性好，柔性好，可以缓冲应力，减小光纤所承受的应力。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将直径为0.1mm的塑料实心光纤作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为40％的实心光纤布。将直径为0.1mm的塑料空心光纤分别作为原料，塑料空心光纤的芯层为353ND光纤胶水，353ND光纤胶水的体积比为45％，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为40％的空心光纤布。将直径为0.1-2m的塑料实心光纤作为经线，直径为0.1mm的塑料空心光纤作为纬线，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为40％的混纺光纤布。
(2)将实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆厚度为2mm的硅胶树脂，光纤布固定后，按重量份计，将水泥300份、粉煤灰50份、矿渣60份、减水剂5份、天然砂200份与水250份混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，在150W功率下微波处理5min得到混凝土，其中混凝土中塑料实心光纤和塑料空心光纤的总体积比为5％。
(3)将混凝土在潮湿环境下养护15天，将混凝土切割后，将切割断面打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。
实施例2：
(1)将直径为2mm的塑料实心光纤作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为50％的实心光纤布。将直径为2mm的塑料空心光纤分别作为原料，塑料空心光纤的芯层为353ND光纤胶水，353ND光纤胶水的体积比为55％，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为50％的空心光纤布。将直径为2mm的塑料实心光纤作为经线，直径为2mm的塑料空心光纤作为纬线，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为50％的混纺光纤布。
(2)将实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆厚度为5mm的硅胶树脂，光纤布固定后，按重量份计，将水泥400份、粉煤灰80份、矿渣90份、减水剂10份、天然砂400份与水400份混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，在250W功率下微波处理10min得到混凝土，其中混凝土中塑料实心光纤和塑料空心光纤的总体积比为10％。
(3)将混凝土在潮湿环境下养护30天，将混凝土切割后，将切割断面打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。
实施例3：
(1)将直径为0.5mm的塑料实心光纤作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为42％的实心光纤布。将直径为0.3mm的塑料空心光纤分别作为原料，塑料空心光纤的芯层为353ND光纤胶水，353ND光纤胶水的体积比为48％，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为45％的空心光纤布。将直径为0.5mm的塑料实心光纤作为经线，直径为0.3mm的塑料空心光纤作为纬线，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为47％的混纺光纤布。
(2)将实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆厚度为3mm的硅胶树脂，光纤布固定后，按重量份计，将水泥350份、粉煤灰60份、矿渣70份、减水剂8份、天然砂300份与水300份混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，在200W功率下微波处理8min得到混凝土，其中混凝土中塑料实心光纤和塑料空心光纤的总体积比为7％。
(3)将混凝土在潮湿环境下养护20天，将混凝土切割后，将切割断面打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。
实施例4：
(1)将直径为1mm的塑料实心光纤作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为46％的实心光纤布。将直径为1.5mm的塑料空心光纤分别作为原料，塑料空心光纤的芯层为353ND光纤胶水，353ND光纤胶水的体积比为52％，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为45％的空心光纤布。将直径为1mm的塑料实心光纤作为经线，直径为1.5mm的塑料空心光纤作为纬线，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为47％的混纺光纤布。
(2)将实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆厚度为4mm的硅胶树脂，光纤布固定后，按重量份计，将水泥300份、粉煤灰70份、矿渣80份、减水剂6份、天然砂300份与水300份混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，在200W功率下微波处理10min得到混凝土，其中混凝土中塑料实心光纤和塑料空心光纤的总体积比为8％。
(3)将混凝土在潮湿环境下养护25天，将混凝土切割后，将切割断面打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。
实施例5：
(1)将直径为0.8mm的塑料实心光纤作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为40％的实心光纤布。将直径为0.7mm的塑料空心光纤分别作为原料，塑料空心光纤的芯层为353ND光纤胶水，353ND光纤胶水的体积比为55％，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为450％的空心光纤布。将直径为0.8mm的塑料实心光纤作为经线，直径为0.7mm的塑料空心光纤作为纬线，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为50％的混纺光纤布。
(2)将实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆厚度为4mm的硅胶树脂，光纤布固定后，按重量份计，将水泥400份、粉煤灰50份、矿渣90份、减水剂5份、天然砂400份与水400份混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，在150W功率下微波处理10min得到混凝土，其中混凝土中塑料实心光纤和塑料空心光纤的总体积比为5％。
(3)将混凝土在潮湿环境下养护30天，将混凝土切割后，将切割断面打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。
实施例6：
(1)将直径为1.5mm的塑料实心光纤作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为50％的实心光纤布。将直径为2mm的塑料空心光纤分别作为原料，塑料空心光纤的芯层为353ND光纤胶水，353ND光纤胶水的体积比为50％，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为40％的空心光纤布。将直径为1.5mm的塑料实心光纤作为经线，直径为2mm的塑料空心光纤作为纬线，采用方平组织作为组织结构，织造形成紧度为40％的混纺光纤布。
(2)将实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆厚度为5mm的硅胶树脂，光纤布固定后，按重量份计，将水泥300份、粉煤灰60份、矿渣60份、减水剂8份、天然砂250份与水250份混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，在250W功率下微波处理10min得到混凝土，其中混凝土中塑料实心光纤和塑料空心光纤的总体积比为8％。
(3)将混凝土在潮湿环境下养护20天，将混凝土切割后，将切割断面打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。
经检测，实施例1-6制备的具有自修复功能的透光混凝土的抗压、抗折和透光率的结果如下所示：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
抗压强度(MPa) 38 36 37 36 38 37
抗折强度(MPa) 4.3 4.6 4.5 4.4 4.5 4.5
透光率(％) 60 70 65 62 64 67
使用6个月抗压强度(MPa) 32 34 35 34 32 33
使用6个月抗折强度(MPa) 4.5 4.8 4.5 4.4 4.6 4.8
使用6个月透光率(％) 59 65 62 64 63 62
由上表可见，本发明制备的具有自修复功能的透光混凝土的机械性能良好，且长时间使用后透光率基本不变化，说明有自修复功能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种具有自修复功能的透光混凝土，其特征在于：所述具有自修复功能的透光混凝土包括光纤、形状记忆合金、干粉砂浆和水，所述干粉砂浆和水制成高流态水泥基，所述光纤包括塑料实心光纤和塑料空心光纤，所述塑料空心光纤包括芯层、光纤层、包层和涂覆层，所述芯层的折射率不小于光纤层的折射率，所述芯层为黏合剂或者修复剂，所述形状记忆合金为钛镍形状记忆合金，所述干粉砂浆中包括水泥、骨料、矿物添加剂、保水剂和减水剂，所述光纤的直径为0.1-2mm，所述光纤的透光率不低于70％，所述塑料空心光纤中芯层的体积比为45-55％；
所述具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将塑料实心光纤作为经线，塑料空心光纤作为纬线，采用方平组织作为组织结构，织造形成混纺光纤布，将塑料实心光纤和塑料空心光纤分别作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成实心光纤布和空心光纤布；
(2)将步骤(1)制备的实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆树脂，光纤布固定后，将干粉砂浆与水混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，微波处理促固化得到混凝土；
(3)将步骤(2)制备的混凝土，在潮湿环境下养护，将混凝土切割后，将切割断面打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。
2.一种如权利要求1所述的具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将塑料实心光纤作为经线，塑料空心光纤作为纬线，采用方平组织作为组织结构，织造形成混纺光纤布，将塑料实心光纤和塑料空心光纤分别作为原料，采用方平组织作为组织结构，织造形成实心光纤布和空心光纤布；
(2)将步骤(1)制备的实心光纤布、混纺光纤布、塑料空心光纤布、混纺光纤布依次叠加，按顺序平行排列，光纤布之间涂覆树脂，光纤布固定后，将干粉砂浆与水混合形成高流态水泥基，将高流态水泥基注入，微波处理促固化得到混凝土；
(3)将步骤(2)制备的混凝土，在潮湿环境下养护，将混凝土切割后，将切割断面打磨抛光，喷涂有机硅油，得到具有自修复功能的透光混凝土。
3.根据权利要求2所述的一种具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述塑料空心光纤包括芯层、光纤层、包层和涂覆层，所述芯层为353ND光纤胶水。
4.根据权利要求2所述的一种具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，混纺光纤布、实心光纤布和空心光纤布的紧度为40-50％。
5.根据权利要求2所述的一种具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述塑料实心光纤和塑料空心光纤的直径为0.1-2mm，所述塑料实心光纤和塑料空心光纤的透光率不低于70％，所述塑料空心光纤中芯层的体积比为45-55％。
6.根据权利要求2所述的一种具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，树脂为硅胶树脂，树脂的厚度为2-5mm。
7.根据权利要求3所述的一种具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，干粉砂浆中的组分，按重量份计，包括：水泥300-400份、粉煤灰50-80份、矿渣60-90份、减水剂5-10份、天然砂200-400份。
8.根据权利要求2所述的一种具有自修复功能的透光混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，养护的时间为15-30天，具有自修复功能的透光混凝土的透光率为60-70％。
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