CN107893505B - 一种混凝土复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混凝土复合材料，其特征在于：混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第一增强纤维层、第二废渣混凝土层、第二增强纤维层以及第三废渣混凝土层，第三废渣混凝土层的厚度大于第一废渣混凝土层和第二废渣混凝土层厚度之和。本发明使用三层混凝土结构替代了传统的单层混凝土结构，使得结构总厚度下降，达到了减重和减厚的目的。本发明在多层混凝土之间埋设了多层复合增强纤维层，通过这种方式提高了结构整体的力学性能，发明人还发现，结构力学性能的提高程度与增强层个数之间并非线性关系。本发明通过新的增强纤维铺设方式，提高了单位重量纤维的力学性能，节约了大量成本。

Description

一种混凝土复合材料
技术领域
本发明涉及建筑领域，特别涉及一种混凝土复合材料。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。现有技术中的混凝土包括如下几类：重混凝土是表观密度大于2500kg/立方米，用特别密实和特别重的集料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透x射线和γ射线的性能；常由重晶石和铁矿石配制而成。普通混凝土即是我们在建筑中常用的混凝土，表观密度为1950～2500kg/立方米，主要以砂、石子为主要集料配制而成，是土木工程中最常用的混凝土品种。轻质混凝土是表观密度小于1950公斤/立方米的混凝土。对于普通建筑领域而言，希望使用轻质混凝土，以便降低结构自重。
但是现有技术中的轻质混凝土材料的力学性能还比较差，不能完全适用于所有建筑领域。此外，现有技术中的混凝土材料一般采用单层混凝土的结构，其中埋设或者不埋设增强纤维材料，为了达到设计的力学性能，势必就要增加混凝土层的厚度，这种设计方式会使得成体结构笨重、自重过大并且造成原材料的浪费。同时，现有技术通常在混凝土中埋设单层纤维材料，或者埋设相同组成的数层纤维材料，发明人业已发现，这种简单的纤维铺设方式实际上并没有充分发挥纤维的力学性能，造成了某些比较昂贵的纤维材料力学性能上的浪费。此外，正是由于缺乏纤维材料铺设方式的研究，导致纤维材料往往设计为等厚度，但是发明人发现，有时通过铺设方式的改进，能够将纤维材料设计为不同厚度，从而降低了某些纤维材料使用量，节约了成本。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土复合材料，从而克服现有技术的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种混凝土复合材料，其特征在于：混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第一增强纤维层、第二废渣混凝土层、第二增强纤维层以及第三废渣混凝土层，第三废渣混凝土层的厚度大于第一废渣混凝土层和第二废渣混凝土层厚度之和。
优选地，上述技术方案中，第一增强纤维层由内到外依次包括：第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层，其中，第一增强纤维子层的抗张强度小于第二增强纤维子层的抗张强度，并且第二增强纤维子层的抗张强度小于第三增强纤维子层的抗张强度。
优选地，上述技术方案中，第一增强纤维子层的厚度大于第二增强纤维子层的厚度，并且第二增强纤维子层的厚度大于第三增强纤维子层的厚度。
优选地，上述技术方案中，第三增强纤维子层的抗张强度比第二增强纤维子层的抗张强度高至少40％，第二增强纤维子层的抗张强度比第一增强纤维子层的抗张强度高至少60％。
优选地，上述技术方案中，第二增强纤维层由内到外依次包括：第四增强纤维子层、第五增强纤维子层以及第六增强纤维子层，其中，第四增强纤维子层的抗张强度小于第五增强纤维子层的抗张强度，并且第五增强纤维子层的抗张强度小于第六增强纤维子层的抗张强度。
优选地，上述技术方案中，第四增强纤维子层的厚度大于第五增强纤维子层的厚度，并且第五增强纤维子层的厚度大于第六增强纤维子层的厚度。
优选地，上述技术方案中，第六增强纤维子层的抗张强度比第五增强纤维子层的抗张强度高至少40％，第五增强纤维子层的抗张强度比第四增强纤维子层的抗张强度高至少60％。
优选地，上述技术方案中，第一废渣混凝土层的厚度以及第二废渣混凝土层的厚度为2-3cm。
优选地，上述技术方案中，第三废渣混凝土层的厚度5-8cm。
优选地，上述技术方案中，第一废渣混凝土层、第二废渣混凝土层以及第三废渣混凝土层包括：胶凝材料体系、骨料体系以及水，其中，胶凝材料体系包括水泥、粉煤灰以及钢渣粉，骨料体系包括云母陶粒和尾矿砂。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明使用三层混凝土结构替代了传统的单层混凝土结构，使得结构总厚度下降，达到了减重和减厚的目的。本发明在多层混凝土之间埋设了多层复合增强纤维层，通过这种方式提高了结构整体的力学性能，发明人还发现，结构力学性能的提高程度与增强层个数之间并非线性关系。本发明通过新的增强纤维铺设方式，提高了单位重量纤维的力学性能，节约了大量成本。
附图说明
图1是根据本发明的混凝土复合材料的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。本发明的混凝土复合材料的具体制造方法是本领域公知的方法。本发明使用的废渣水泥成分及生产方式如下：水泥、粉煤灰、钢渣粉按照5:3:2混合，组成胶凝材料体系；采用烧制的云母陶粒(系工业废渣再利用，筒压强度3.9Mpa)和尾矿砂按照1.12:1组成骨料体系；胶凝材料体系：水：骨料体系按照1:0.32:3.52的比例混凝土，同时掺加聚羧酸减水剂和引气剂，减水剂掺量为胶凝材料掺量的1.5～2.2％，引气剂掺量为胶凝材料掺量的0.35～0.4％；拌和工艺为：现将云母陶粒润湿6h以上，胶凝材料、骨料倒入搅拌机干拌30s，同时聚羧酸减水剂、引气剂倒入水中；干拌完成后将水倒入搅拌机，均匀拌和120s后出机。需要指出的是，该配方以及生产方式的混凝土仅仅是本发明提出的一种优选水泥配方，对于实现本发明的目的和优点而言，这种混凝土配方并不是必要的，任意其它种类的混凝土均可以实现本发明的目的。满足抗张强度的纤维是本领域公知的用于结构混凝土的纤维材料，例如可以列举：碳纤维，kevlar纤维，玻璃纤维等。本发明并不限定各纤维子层的厚度，本领域技术人员公知如何选择纤维层的厚度。例如本申请的各个纤维子层的厚度可以是1-5cm。
图1是根据本发明的一种混凝土复合材料，混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第一增强纤维层、第二废渣混凝土层、第二增强纤维层以及第三废渣混凝土层，第三废渣混凝土层的厚度大于第一废渣混凝土层和第二废渣混凝土层厚度之和.
实施例1
混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第一增强纤维层、第二废渣混凝土层、第二增强纤维层以及第三废渣混凝土层，第三废渣混凝土层的厚度大于第一废渣混凝土层和第二废渣混凝土层厚度之和。第一增强纤维层由内到外依次包括：第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层，其中，第一增强纤维子层的抗张强度小于第二增强纤维子层的抗张强度，并且第二增强纤维子层的抗张强度小于第三增强纤维子层的抗张强度。第一增强纤维子层的厚度大于第二增强纤维子层的厚度，并且第二增强纤维子层的厚度大于第三增强纤维子层的厚度。第三增强纤维子层的抗张强度比第二增强纤维子层的抗张强度高40％以上，第二增强纤维子层的抗张强度比第一增强纤维子层的抗张强度高60％以上。第二增强纤维层由内到外依次包括：第四增强纤维子层、第五增强纤维子层以及第六增强纤维子层，其中，第四增强纤维子层的抗张强度小于第五增强纤维子层的抗张强度，并且第五增强纤维子层的抗张强度小于第六增强纤维子层的抗张强度。第四增强纤维子层的厚度大于第五增强纤维子层的厚度，并且第五增强纤维子层的厚度大于第六增强纤维子层的厚度。第六增强纤维子层的抗张强度比第五增强纤维子层的抗张强度高40％以上，第五增强纤维子层的抗张强度比第四增强纤维子层的抗张强度高60％以上。第一废渣混凝土层的厚度以及第二废渣混凝土层的厚度为3cm。第三废渣混凝土层的厚度7cm。
实施例2
混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第一增强纤维层、第二废渣混凝土层、第二增强纤维层以及第三废渣混凝土层，第三废渣混凝土层的厚度大于第一废渣混凝土层和第二废渣混凝土层厚度之和。第一增强纤维层由内到外依次包括：第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层，其中，第一增强纤维子层的抗张强度小于第二增强纤维子层的抗张强度，并且第二增强纤维子层的抗张强度小于第三增强纤维子层的抗张强度。第一增强纤维子层的厚度大于第二增强纤维子层的厚度，并且第二增强纤维子层的厚度大于第三增强纤维子层的厚度。第三增强纤维子层的抗张强度比第二增强纤维子层的抗张强度高40％以上，第二增强纤维子层的抗张强度比第一增强纤维子层的抗张强度高60％以上。第二增强纤维层由内到外依次包括：第四增强纤维子层、第五增强纤维子层以及第六增强纤维子层，其中，第四增强纤维子层的抗张强度小于第五增强纤维子层的抗张强度，并且第五增强纤维子层的抗张强度小于第六增强纤维子层的抗张强度。第四增强纤维子层的厚度大于第五增强纤维子层的厚度，并且第五增强纤维子层的厚度大于第六增强纤维子层的厚度。第六增强纤维子层的抗张强度比第五增强纤维子层的抗张强度高40％以上，第五增强纤维子层的抗张强度比第四增强纤维子层的抗张强度高60％以上。第一废渣混凝土层的厚度以及第二废渣混凝土层的厚度为2cm。第三废渣混凝土层的厚度为5cm。
实施例3
混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第一增强纤维层、第二废渣混凝土层、第二增强纤维层以及第三废渣混凝土层，第三废渣混凝土层的厚度大于第一废渣混凝土层和第二废渣混凝土层厚度之和。第一增强纤维层由内到外依次包括：第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层，其中，第一增强纤维子层的抗张强度小于第二增强纤维子层的抗张强度，并且第二增强纤维子层的抗张强度小于第三增强纤维子层的抗张强度。第一增强纤维子层的厚度大于第二增强纤维子层的厚度，并且第二增强纤维子层的厚度大于第三增强纤维子层的厚度。第三增强纤维子层的抗张强度比第二增强纤维子层的抗张强度高50％以上，第二增强纤维子层的抗张强度比第一增强纤维子层的抗张强度高65％以上。第二增强纤维层由内到外依次包括：第四增强纤维子层、第五增强纤维子层以及第六增强纤维子层，其中，第四增强纤维子层的抗张强度小于第五增强纤维子层的抗张强度，并且第五增强纤维子层的抗张强度小于第六增强纤维子层的抗张强度。第四增强纤维子层的厚度大于第五增强纤维子层的厚度，并且第五增强纤维子层的厚度大于第六增强纤维子层的厚度。第六增强纤维子层的抗张强度比第五增强纤维子层的抗张强度高50％以上，第五增强纤维子层的抗张强度比第四增强纤维子层的抗张强度高65％以上。第一废渣混凝土层的厚度以及第二废渣混凝土层的厚度为3cm。第三废渣混凝土层的厚度7cm。
实施例4
废渣水泥特别是以下成分：水泥、粉煤灰、钢渣粉按照5:3:2混合，组成胶凝材料体系；采用烧制的云母陶粒(系工业废渣再利用，筒压强度3.9Mpa)和尾矿砂按照1.12:1组成骨料体系；胶凝材料体系：水：骨料体系按照1:0.32:3.52的比例混凝土，同时掺加聚羧酸减水剂和引气剂，减水剂掺量为胶凝材料掺量的1.5～2.2％，引气剂掺量为胶凝材料掺量的0.35～0.4％。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例5
混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第二废渣混凝土层、第二增强纤维层以及第三废渣混凝土层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例6
混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第一增强纤维层、胶黏层、第二增强纤维层以及第三废渣混凝土层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例7
混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第一增强纤维层、第二废渣混凝土层、第二增强纤维层以及环氧树脂层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例8
第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层均使用玻璃纤维层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例9
第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层均使用碳纤维层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例10
第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层均使用碳纤维层，且第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层厚度相同，且该厚度与实施例1中的第一增强纤维子层的厚度相同。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例11
第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层厚度相同，其余条件及参数与实施例1相同。
实施例12
第四增强纤维子层、第五增强纤维子层以及第六增强纤维子层均使用玻璃纤维。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例13
第四增强纤维子层、第五增强纤维子层以及第六增强纤维子层均使用碳纤维。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例14
第四增强纤维子层、第五增强纤维子层以及第六增强纤维子层厚度相同，且该厚度等于实施例1中的第四增强纤维子层的厚度。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例15
第三增强纤维子层的抗张强度比第二增强纤维子层的抗张强度高30％左右，第二增强纤维子层的抗张强度比第一增强纤维子层的抗张强度高40％左右。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例16
第六增强纤维子层的抗张强度比第五增强纤维子层的抗张强度高30％左右，第五增强纤维子层的抗张强度比第四增强纤维子层的抗张强度高40％左右。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例17
第一增强纤维层由内到外依次包括：第一增强纤维子层以及第二增强纤维子层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例18
第二增强纤维层由内到外依次包括：第四增强纤维子层以及第五增强纤维子层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例19
第一增强纤维层由内到外依次包括：第一增强纤维子层、第二增强纤维子层、第三增强纤维子层以及第三增强纤维子层(也即第三增强纤维子层为双层)。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例20
第一废渣混凝土层的厚度以及第二废渣混凝土层的厚度为4cm。第三废渣混凝土层的厚度4cm。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例21
普通钢筋混凝土结构。
实施例22
在混凝土中埋设单层碳纤维。
对实施例1-22进行如下测试：干容重测试，拉伸强度测试，抗冲击性测试、抗风荷载测试以及抗压强度测试。上述测试方法均是本领域公知的方法。为了能够直观的比较各个实施例的性能，所有数值已经根据实施例1的测定值进行了归一化处理。
表1
Figure BDA0001515768480000091
Figure BDA0001515768480000101
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种混凝土复合材料，其特征在于：所述混凝土复合材料由内到外依次包括：第一废渣混凝土层、水泥砂浆找平层、钢丝加强筋层、第一增强纤维层、第二废渣混凝土层、第二增强纤维层以及第三废渣混凝土层，所述第三废渣混凝土层的厚度大于所述第一废渣混凝土层和所述第二废渣混凝土层厚度之和，所述第一废渣混凝土层的厚度以及所述第二废渣混凝土层的厚度为2-3cm。
2.如权利要求1所述的混凝土复合材料，其特征在于：所述第一增强纤维层由内到外依次包括：第一增强纤维子层、第二增强纤维子层以及第三增强纤维子层，其中，所述第一增强纤维子层的抗张强度小于所述第二增强纤维子层的抗张强度，并且所述第二增强纤维子层的抗张强度小于所述第三增强纤维子层的抗张强度。
3.如权利要求2所述的混凝土复合材料，其特征在于：所述第一增强纤维子层的厚度大于所述第二增强纤维子层的厚度，并且所述第二增强纤维子层的厚度大于所述第三增强纤维子层的厚度。
4.如权利要求2所述的混凝土复合材料，其特征在于：所述第三增强纤维子层的抗张强度比所述第二增强纤维子层的抗张强度高至少40%，所述第二增强纤维子层的抗张强度比所述第一增强纤维子层的抗张强度高至少60%。
5.如权利要求1所述的混凝土复合材料，其特征在于：所述第二增强纤维层由内到外依次包括：第四增强纤维子层、第五增强纤维子层以及第六增强纤维子层，其中，所述第四增强纤维子层的抗张强度小于所述第五增强纤维子层的抗张强度，并且所述第五增强纤维子层的抗张强度小于所述第六增强纤维子层的抗张强度。
6.如权利要求5所述的混凝土复合材料，其特征在于：所述第四增强纤维子层的厚度大于所述第五增强纤维子层的厚度，并且所述第五增强纤维子层的厚度大于所述第六增强纤维子层的厚度。
7.如权利要求5所述的混凝土复合材料，其特征在于：所述第六增强纤维子层的抗张强度比所述第五增强纤维子层的抗张强度高至少40%，所述第五增强纤维子层的抗张强度比所述第四增强纤维子层的抗张强度高至少60%。
8.如权利要求1所述的混凝土复合材料，其特征在于：所述第三废渣混凝土层的厚度5-8cm。
9.如权利要求1所述的混凝土复合材料，其特征在于：所述第一废渣混凝土层、第二废渣混凝土层以及第三废渣混凝土层包括：胶凝材料体系、骨料体系以及水，其中，所述胶凝材料体系包括水泥、粉煤灰以及钢渣粉，所述骨料体系包括云母陶粒和尾矿砂。
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