CN107675831A - 可搭接三维多层‑中空纤维增强砼毯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可搭接三维多层‑中空纤维增强砼毯，属于建筑材料技术领域。该砼毯包括三维中空‑多层织物、顶层封装织物和活性干粉混凝土，三维中空‑多层织物的一侧或多侧边制为U型搭接边部；三维中空‑多层织物包括第一层、第二层和中间层，第一层由经纬纱交织形成二维组织，第二层由经纬纱交织形成三维多层组织，第一层制有多个网格孔，中间层形成有三维中空结构，垂经线将第一层、第二层和中间层织成三维整体结构；活性干粉混凝土通过网格孔填充在三维中空结构中，顶层封装织物与第一层封装复合为一体。该砼毯是一种增强结构的整体性强、增强增韧、抗折抗裂、使用便捷、并可在快速实现施工过程中进行高性能和低成本搭接的复合材料砼毯。

Description

可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯

技术领域

本发明涉及一种砼毯，属于建筑材料技术领域。

背景技术

混凝土以其可靠、价廉以及良好的力学性能，成为世界上最广泛使用的建筑材料。强大的抗压性能下，也存在着材料的脆性问题，由此衍生出开裂、耐久性降低，进而损坏结构，产生危险隐患。纤维增强为基体带来了抗裂、抗变形、延性以及抗动荷能力的大大提高。纤维织物增强复合材料，包括以树脂、陶瓷、混凝土为基体纤维织物增强复合材料，具有轻质、高强、综合性能优异的优点，近年来在建筑、水利、堤坝防护、交通运输等领域的应用越来越广泛。

目前的纤维织物增强复合材料的织物增强结构形多采用短纤维、二维织物、三维中空织物或经编三维间隔织物的增强形式，但短切纤维的乱向增强的方式存在着纤维分布不均匀、取向不一致的问题，增强效果较差。单层的二维织物增强形式不能实现与基体材料的三维复合，存在二维的增强两相层间界面，而将多层二维织物叠层为三维再与基体复合的三维叠层二维织物增强又会产生层间剪切性能差，易分层的问题，且施工复杂。而目前经编三维间隔织物采取“手拉手”圈圈相连的针织结构，织物中纱线彼此成圈套结形成三维织物，存在以下问题：

1、成圈组织中纱线屈曲较大，内部增强纤维弯曲很大，交织点多，不利于应力波在增强结构的传播，易导致应力集中，降低纤维的使用性能；

2、经编三维织物成圈后造成的延伸性，无法让纤维承担应力，发挥其本应具有的增强作用；

3、成圈套结的增韧作用也不能全部发挥织物的作用，当水泥基材料断裂后，经编织物的增韧作用滞后；

4、三维间隔经编织物纱线的成圈及屈曲不适于无机高性能纤维（玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、陶瓷纤维等）的应用，限制了TRC在更广泛的领域的应用和推广。

目前三维中空间隔织物其上、下面层为二维单层结构织物，使用过程中在抗拉伸、抗弯曲、抗穿刺、抗磨损等性能上存在不足。

另外现有搭接方式方面，目前的三维织物增强复合材料使用过程中多使用叠层搭接的方式，而叠层搭接的方式，存在以下不足：在搭接处易产生叠层凸起或密度不均的问题，易产生应力集中及材料分布不均，导致材料搭接处易受力破坏，压平或锤平的方式也造成了人力、物力和工期的浪费，且易对造成材料破坏及不均。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种结构整体性强、增强增韧、抗折抗裂、使用便捷、低成本的三维中空-多层纤维织物增强砼毯。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，包括三维中空-多层织物、顶层封装织物和填充于所述三维中空-多层织物内的活性干粉混凝土；所述三维中空-多层织物包括第一层、第二层和位于所述第一层和第二层之间的中间层，所述第一层由第一经纱和第一纬纱交织形成二维组织，所述第二层由第二经纱和第二纬纱交织形成三维多层组织，所述第一层制有多个网格孔，所述中间层由连接所述第一层和第二层的垂经线形成三维中空结构，所述垂经线分别与所述第一纬纱和第二纬纱交织，用以将所述第一层、第二层和中间层织成三维整体结构；所述活性干粉混凝土通过所述网格孔填充在三维中空结构中，所述顶层封装织物设于第一层上并与第一层封装复合为一体；所述三维中空-多层织物的一侧或多侧边制为可与相邻砼毯搭接的U型搭接边部。

上述本发明公开的可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯的技术方案的工作机理及有益效果陈述如下：

本发明的砼毯由三维中空-多层织物、活性干粉混凝土和顶层封装织物制成，三维中空-多层织物的空间结构存在X、Y、Z方向分布的三向纱，具有三维中空结构和三维多层结构二者优良性能。本发明采取三维机织方式，织物基本组织形态是“肩并肩”，纤维顺向根根并立，充分发挥纤维增强的作用，同时增韧效果更好。较之于三维机织中空织物，本发明具有更好的高强度、高韧性、高抗裂、高耐久性、高体积稳定性和抗冲击、防穿刺性能。

砼毯（也称混凝土帆布、水泥毯），在三维中空织物内部，放置活性干粉混凝土，形成柔软毯状材料，以卷材的方式运到工地，浇水后固化，形成织物增强水泥基复合材料砼毯。

这种复合材料可广泛应用于用于水利工程、建筑工程、军事工程、管道工程、市政工程及工艺品制作等诸多领域，且施工过程快速简便，制品耐久性强、塑形灵活、绿色环保，可作为半永久或永久性设施使用。砼毯改变了传统混凝土施工方式，可弯曲、可卷取、浇水固化的显著特点，砼毯施工不需要大量的施工机械器具、施工场地占地面积小，没有湿作业，对周围环境无噪音、粉尘、污水影响，施工工期短。

本发明不仅解决了背景技术中TRC的不足，弥补了传统结构材料的缺陷，同时也在已有国内外研究基础上进行推陈出新，性能更好，应用更广泛。

概括上述本发明的可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯技术方案的有益效果是：

1）良好的抗冲击性能：

第二层的三维多层组织中的第二纬纱呈直线状态，而第二经纱在三维多层组织中的上、下表面之间呈近似直线状的空间反射式分布，当第一层受到冲击作用时，冲击作用点首先受压并迅速将冲击载荷及冲击动能传递到第二层中，再沿三维多层组织中的底层经纱和纬纱以应力波的形式向更远的范围扩散与传播，将点作用力迅速转化为面作用力和体作用力，因此具有良好的抗冲击性能。

2）良好的防穿刺性能：

三维多层组织中的底层经纱和纬纱彼此紧密交织形成整体，且在厚度方向呈多层分布，将本发明增强织物用于水泥基复合材料中，在受到外力穿刺作用时，会受到三维多层组织中的增强纱线的层层阻隔，可有效避免外部环境尖锐物体如刀具、尖木、尖石等引起的穿刺损伤。采取高性能纤维织造，具有防爆防侵彻作用。

3）良好的耐磨性能：

在将基体活性干粉混凝土材料均匀灌装在本发明的三维中空-多层织物中，形成整体增强复合材料，基体混凝土中夹杂的砂子、水泥材料等均是良好的耐磨损材料，特别是耐磨基体被三维中空-多层结构中间层密集的垂经线及其与第一层、第二层形成的整体结构增强固定，二者优势互补，体现出良好的耐磨性能。

4）良好的抗弯曲性能：

同样的基体材料条件下，本发明织物增强复合材料在弯曲载荷作用时，材料的第一层和第二层同时受压，而三维中空结构的整体结构网格能有效增强基体材料受压性能，三维多层组织中的纤维彼此紧密交织，并沿拉伸方向顺向分布，耐拉伸强度非常高，因此能充分发挥纤维材料优良的拉伸强度与基体材料固结与传递载荷的作用，克服二者各自使用的不足，抗弯曲性能良好。

5）良好的抗剪切性能：

三维中空-多层织物为一体织造成型，当受到外力剪切作用时，剪切应力在遇到基体时，基体材料将剪切应力传递到与被其固结的增强纤维，而三维多层组织中的所有纤维均相互交织形成整体，因此作用于增强纤维的剪切载荷转化为纤维轴向的拉伸应力，由于纤维的抗拉伸强度很高，因此，表现为材料的剪切性能非常好。

6）良好的抗拉伸性能：

三维多层组织中的的机织纱线沿材料长度及宽度方向均匀顺向伸展，并彼此交织连接，因此纤维的顺向性、整体性强，且在材料内部分布均匀，收拉伸载荷作用时，这种顺向排布连接的三维多层机织纱线共同承受拉伸作用力，且因机织纱比三维经编间隔织物纱弯曲变形小，因此不易因变形过大而率先产生与水泥基体界面分离破坏，因此本发明织物增强复合材料拉伸性能非常好。

7）本发明砼毯的搭接平整，密度均匀，解决了普通叠层搭接的接头处凸起问题；本发明砼毯的包覆式搭接牢固，在同样搭接长度条件下，延长搭接路径，且搭接段上、下层分层搭接边部分形成了U型口包覆式搭接，防水、防渗性能非常好；与叠层搭接相比，本发明的砼毯搭接无需开挖沟槽，无需经锤平或压平施工过程，搭接施工和使用便捷，节省人力物力和工期；与叠层搭接相比，本发明砼毯的搭接边的上下表面层无需填充基体混凝土，因此节省了搭接区长度的一半的混凝土填充料。

上述技术方案的改进是：所述U型搭接边部包括分别与第一层和第二层织成一体的两条边层以及连接两条边层的封边层。

上述技术方案的进一步改进是：所述二维组织是按照三原组织或其组合变化交织形成,所述三维多层组织是按照角联锁结构或三维正交结构交织形成。

上述技术方案的更进一步改进是：所述三原组织是平纹、斜纹或缎纹，所述组合变化是平纹、斜纹或缎纹的组合变化；所述角联锁包括多层贯穿角联锁、多层层间角联锁和带衬经衬纬的多层角联锁；所述三维多层组织的层数不少于两层。

上述技术方案的完善之一是：每根垂经线分别与第一层和第二层中三根以上的第一纬纱和三根以上的第二纬纱进行交织。

上述技术方案的完善之二是：所述垂经线是一种单丝长纤维纱线、一种单丝长纤维作为支撑纱和一种或多种较细的纤维组成的纱线、一种较细的纤维纱线、或多种较细的纤维组成的纱线。

本发明采用上述技术方案，垂经线所选择的纤维种类广泛，可以采用各类有机纤维、各类无机纤维、动植物纤维等等。

上述技术方案的完善之三是：所述垂经线以V形、X形、I形、S形或口形的其中一种或多种分别与第一层和第二层连接。

上述技术方案的完善之四是：所述网格孔的长度和宽度均≥3mm；所述三维中空结构的厚度为5～40mm。

上述技术方案的完善之五是：所述活性干粉混凝土由水泥、粉煤灰、粗砂、辅料、外加剂混合均匀制成；所述顶层封装织物为三维多层机织物、二维机织物、多轴向经编织物、无纺布、针刺毡或复合毡。

上述技术方案的完善之六是：该砼毯的上表面上和/或下表面上设有附属多功能层；该织物的U型搭接边部以外的其余侧边处均织造有封边，两块砼毯通过U型搭接边部以卯榫搭接的方式进行连接。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例的可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯的结构示意图。

图2是图1中的三维中空-多层织物的结构示意图。

图3是图2的立体图。

图4是图2中垂经线分别与第一层和第二层连接形成的结构示意图一。

图5是图2中垂经线分别与第一层和第二层连接形成的结构示意图二。

图6是图2中垂经线分别与第一层和第二层连接形成的结构示意图三。

具体实施方式

实施例

本实施例的可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，如图1和图2所示，包括三维中空-多层织物1、顶层封装织物2和填充于三维中空-多层织物内的活性干粉混凝土3。三维中空-多层织物1的一侧或多侧边制为可与相邻砼毯搭接的U型搭接边部4。

如图2和图3所示，三维中空-多层织物1包括第一层11、第二层12和位于第一层和第二层之间的中间层13。

第一层11由第一经纱11-1和第一纬纱11-2交织形成二维组织。二维组织是按照三原组织或其组合变化交织形成。三原组织是平纹、斜纹或缎纹，组合变化是平纹、斜纹或缎纹的组合变化。

第二层12由第二经纱12-1和第二纬纱12-2交织形成三维多层组织，层数不少于两层。三维多层组织是按照角联锁结构或三维正交结构交织形成。角联锁包括多层贯穿角联锁、多层层间角联锁和带衬经衬纬的多层角联锁。三维多层组织的层数不少于两层。

中间层13由连接第一层11和第二层12的垂经线14形成三维中空结构，垂经线14分别与第一纬纱11-2和第二纬纱12-2交织，用以将第一层11、第二层12和中间层13织成三维整体结构；

第一层11制有多个网格孔，网格孔的长度和宽度均≥3mm。三维中空结构的厚度一般为5～40mm。活性干粉混凝土3通过网格孔填充在三维中空结构中，顶层封装织物2设于第一层11上并与第一层封装复合为一体。

顶层封装织物2为三维多层机织物、二维机织物、多轴向经编织物、无纺布、针刺毡或复合毡。

活性干粉混凝土3由水泥、粉煤灰、粗砂、辅料、外加剂混合均匀制成。活性干粉混凝土可制备用于本项目的混凝土基体，通过对各组分比例设计和调整，可制得不同凝固时间、不同性能的基体材料。活性干粉混凝土的填充方式为全自动连续生产线，包括配料干混系统、灌装密实系统、封装复合系统、裁切包装系统。

U型搭接边部4包括分别与第一层11和第二层12织成一体的两条边层4-1以及连接两条边层的封边层4-2。该织物的U型搭接边部4以外的其余侧边处均织造有封边。

U型搭接边部的两条边层4-1长度为2CM-20CM。两块砼毯通过U型搭接边部4以卯榫搭接的方式进行连接。具体如下：砼毯一侧的型搭接边部4与另一块砼毯另一侧无型搭接边部或裁切后的砼毯进行搭接，后者嵌入与型搭接边部4内，形成卯榫连接方式。

使用中将U型搭接边部4的上层边层掀开，在U型搭接边部4的内侧和上层边层上涂覆一层粘结胶剂，然后紧靠U型搭接边部4的内部铺放下一卷复合材料砼毯。铺放完成后，在上层边层的内侧涂覆一层粘结胶剂，放到下一卷搭接区上表面，完成搭接。

涂覆的粘结胶剂，可以是无机粘结砂浆、聚合物粘结砂浆、建筑硅酮胶。为满足砼毯伸缩缝设置需要，在两块砼毯结合部、U型搭接边部4的内部，以有机柔性树脂类材料填充≥5mm的伸缩缝，其材料包括注入软膏(如硅酮胶)、嵌入胶条（如三元乙丙胶条）。

本实施例的垂经线14可以是垂直的经线，也可以是其它角度倾斜的经线，如图4、图5和图6所示，本实施例的垂经线14以V形、X形、I形、S形或口形的其中一种或多种分别与第一层11和第二层12连接。

本实施例的垂经线14是一种单丝长纤维纱线、一种单丝长纤维作为支撑纱和一种或多种较细的纤维组成的纱线、一种较细的纤维纱线、或多种较细的纤维组成的纱线。

较细的纤维纱采用玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维，等等。当采用超细纤维及无机纤维组成的垂经线时，有以下优势：1）无机纤维与混凝土基体界面结合性比有机纤维更好，因此大大提升了织物增强混凝体的整体性能；2）超细纤维比表面积更大，与混凝土基体结合界面更大，因此结合更牢固，性能更好。

本发明所采用的经纱、纬纱的纤维种类为：各种动植物纤维如棉、麻、毛、丝等，各种合成纤维如：聚乙烯、涤纶、锦纶、腈纶、尼龙、维纶、丙纶、氨纶、氯纶等，各种无机纤维如：玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维、金属纤维、玄武岩纤维、钢纤维等，各种高性能纤维如：碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、PBO、PI等的其中一种或多种混杂织造。

该砼毯的上表面上和/或下表面上设有附属多功能层（图中未示出）。属多功能层的材质可以为树脂、塑料、高分子或无机材料膜、金属、纺织制品（如单层无纬布等）等的一种或多种。

附属多功能层通过化学反应、物理胶粘或机械缝合方式与砼毯连接并形成整体。附属多功能层是具有吸波与屏蔽隐形、耐酸碱盐腐蚀、隔热保温、防水防渗或隔音降噪功能的附属层。

通过对三维中空-多层织物1、活性干粉混凝土3、顶层封装织物2和附属多功能层等几十个可设计工艺参数类目调整，并按目标产品性能需求对上述产品参数进行设计，可制备多种多样符合建筑工程、水利工程、给排水工程、军用设施等多领域需求的砼毯产品系列。

本发明的不局限于上述实施例，例如：每根垂经线14分别与第一层11和第二层12中三根以上的第一纬纱11-2和三根以上的第二纬纱12-2进行交织。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，包括三维中空-多层织物、顶层封装织物和填充于所述三维中空-多层织物内的活性干粉混凝土；所述三维中空-多层织物包括第一层、第二层和位于所述第一层和第二层之间的中间层，所述第一层由第一经纱和第一纬纱交织形成二维组织，所述第二层由第二经纱和第二纬纱交织形成三维多层组织，其特征在于：所述第一层制有多个网格孔，所述中间层由连接所述第一层和第二层的垂经线形成三维中空结构，所述垂经线分别与所述第一纬纱和第二纬纱交织，用以将所述第一层、第二层和中间层织成三维整体结构；所述活性干粉混凝土通过所述网格孔填充在三维中空结构中，所述顶层封装织物设于第一层上并与第一层封装复合为一体；所述三维中空-多层织物的一侧或多侧边制为可与相邻砼毯搭接的U型搭接边部。

2.根据权利要求1所述可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，其特征在于：所述U型搭接边部包括分别与第一层和第二层织成一体的两条边层以及连接两条边层的封边层。

3.根据权利要求1所述可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，其特征在于：所述二维组织是按照三原组织或其组合变化交织形成,所述三维多层组织是按照角联锁结构或三维正交结构交织形成。

4.根据权利要求3所述可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，其特征在于：所述三原组织是平纹、斜纹或缎纹，所述组合变化是平纹、斜纹或缎纹的组合变化；所述角联锁包括多层贯穿角联锁、多层层间角联锁和带衬经衬纬的多层角联锁；所述三维多层组织的层数不少于两层。

5.根据权利要求1至4之任一所述可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，其特征在于：每根垂经线分别与第一层和第二层中三根以上的第一纬纱和三根以上的第二纬纱进行交织。

6.根据权利要求5所述可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，其特征在于：所述垂经线是一种单丝长纤维纱线、一种单丝长纤维作为支撑纱和一种或多种较细的纤维组成的纱线、一种较细的纤维纱线、或多种较细的纤维组成的纱线。

7.根据权利要求5所述可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，其特征在于：所述垂经线以V形、X形、I形、S形或口形的其中一种或多种分别与第一层和第二层连接。

8.根据权利要求1至4之任一所述可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，其特征在于：所述网格孔的长度和宽度均≥3mm；所述三维中空结构的厚度为5～40mm。

9.根据权利要求1至4之任一所述可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，其特征在于：所述活性干粉混凝土由水泥、粉煤灰、粗砂、辅料、外加剂混合均匀制成；所述顶层封装织物为三维多层机织物、二维机织物、多轴向经编织物、无纺布、针刺毡或复合毡。

10.根据权利要求1至4之任一所述可搭接三维多层-中空纤维增强砼毯，其特征在于：该砼毯的上表面上和/或下表面上设有附属多功能层；该织物的U型搭接边部以外的其余侧边处均织造有封边，两块砼毯通过U型搭接边部以卯榫搭接的方式进行连接。