CN108409231A - 基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料 - Google Patents

基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料 Download PDF

Info

Publication number
CN108409231A
CN108409231A CN201810200424.0A CN201810200424A CN108409231A CN 108409231 A CN108409231 A CN 108409231A CN 201810200424 A CN201810200424 A CN 201810200424A CN 108409231 A CN108409231 A CN 108409231A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bead
particle
built
damping
high spin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810200424.0A
Other languages
English (en)
Inventor
柯杨
徐康
赵臻
张建强
田真铭
姚雯奕
李冰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201810200424.0A priority Critical patent/CN108409231A/zh
Publication of CN108409231A publication Critical patent/CN108409231A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B16/00—Use of organic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of organic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B16/12—Use of organic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of organic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone characterised by the shape, e.g. perforated strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/2038—Resistance against physical degradation
    • C04B2111/2046—Shock-absorbing materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)

Abstract

本发明涉及基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，包括素混凝土和阻尼小球，所述阻尼小球包括球壳和置于球壳内的固体颗粒。本发明的有益效果为：革新在于粗骨料的变化，但并没有改变混凝土材料结构，材料在宏观上为匀质材料，基于粗骨料强度未充分利用这一特点，用阻尼小球替代部分粗骨料，将颗粒阻尼模型作为混凝土粗骨料的一部分，利用阻尼小球的优秀的耗能能力，利用混凝土材料中粗骨料的强度未被充分利用的材料特点，结合两种材料的优秀性能，增加材料消能性能的同时依旧保留良好的力学性能，使材料整体性能更加优秀。

Description

基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料。
背景技术
将一定量的颗粒材料(如微颗粒砂，铅粒等)装入相应的结构空腔内，当系统产生震动时，颗粒体在空腔内往复运动，与腔壁碰撞，同时颗粒之间也相互碰撞和摩擦，从而消耗能量，这种耗能方式叫做颗粒阻尼。颗粒阻尼在机械、航天等领域有了一定的应用并成为研究热点之一。颗粒阻尼具有布置灵活，减震效果显著等诸多优点，在土木工程领域，颗粒阻尼也在结构或者构建层面有着一定的应用，如也存在PD等技术的应用等。
混凝土材料作为目前建筑领域应用最广泛的建筑材料，具有强度高、便于施工、原料价格相对低等诸多优点。混凝土可以视作由骨料和胶凝材料组成的两项材料。混凝土材料的破坏主要是由于骨料和胶凝材料连接处的裂缝发展而致，骨料的强度未被充分利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，包括素混凝土和阻尼小球，所述阻尼小球包括球壳和置于球壳内的固体颗粒。
进一步，所述素混凝土包括普通硅酸盐水泥、砂、碎石、水和减水剂，其中，普通硅酸盐水泥、砂、碎石和水按照C40计算配合比，减水剂的掺量为0.15％，粗骨料被替代率为100％时，单位立方分米该种材料试块中阻尼小球个数为78个，其余被替换比例按其比例计算即可得出阻力小球个数。
进一步，所述球壳选用与混凝土粘接牢固且材料性质相近的材料；所述球壳为塑料，材料性质更加接近的球壳更适合。
进一步，所述固体颗粒采用重金属材料制成。最好的，所述重金属材料包括钢材、铅或碳化钨。
进一步，所述球壳的直径为18mm-22mm，所述球壳的壁厚为1mm-2mm，所述固体颗粒的直径为4mm-10mm，个数为1-15个。最好的，所述固体颗粒的直径为4mm、6mm、8mm或10mm，个数为1个、2个、3个、5个、8个或15个。
本发明的有益效果是：
1)革新在于粗骨料的变化，但并没有改变混凝土材料结构，材料在宏观上为匀质材料，基于粗骨料强度未充分利用这一特点，用阻尼小球替代部分粗骨料，将颗粒阻尼模型作为混凝土粗骨料的一部分，利用阻尼小球的优秀的耗能能力，利用混凝土材料中粗骨料的强度未被充分利用的材料特点，结合两种材料的优秀性能，增加材料消能性能的同时依旧保留良好的力学性能，使材料整体性能更加优秀；
2)将颗粒阻尼原理应用到土木工程材料的层面上，通过材料本身具有的消能性能，提高构件和结构的消能性能；
3)阻尼小球的外壳材料要和混凝土材料具有良好的粘结能力，在温度等变化下的变形量接近，控制混凝土内部阻尼小球和混凝土材料之间的初始裂缝在较小的水平上，否则对材料的强度会有显著的影响，内部固体颗粒采用密度较大的金属颗粒如金属砂等，制备过程中阻尼小球的加入会对混凝土材料的工作性能产生较大的影响，通过加入减水剂，速凝剂等可以改善混凝土的流动性，调节混凝土的和易性、粘聚性等性能；
4)受力性能：首先材料保留了部分素混凝土部，其次我们将阻尼小球作为混凝土粗骨料的一部分，并没有改变混凝土的材料结构，在骨料颗粒级配和砂浆强度足够的前提下，混凝土理论上具有良好的受力性能；
消能性能：从整体能量角度上看，当这种材料在外力作用下振动时，阻尼小球内部固体颗粒之间、固体颗粒与阻尼小球球壳间的碰撞、摩擦将消耗能量，材料会更快的稳定下来，消能性能更好，从材料角度上看，该种材料相较与普通混凝土的区别，是用阻尼小球替代部分混凝土实心小球，阻尼小球的消能能力强于混凝土实心球，故整个材料在单一变量变有利的情况下，材料的消能性能相较于普通混凝土将更好。
附图说明
图1为本发明所制备的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料的消能性能测试图；
图2为本发明中阻尼小球的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，具体包括：素混凝土和阻尼小球，所述阻尼小球包括球壳和置于球壳内的固体颗粒，如图2所示。
素混凝土包括普通硅酸盐水泥、砂、碎石、水、减水剂，其中，普通硅酸盐水泥、砂、碎石、水按照C40计算配合比，减水剂的掺量为0.15％，粗骨料被100％替代时，100*100*100立方体试件中，掺入混凝土个数为78个。球壳优先选择可以与混凝土粘接牢固且材料性质相近的材料，这样可以减少这种混凝土材料的初始裂缝，提高混凝土强度，在本实施例中，球壳采用塑料制成，固体颗粒选择钢材、铅、碳化钨颗粒等重金属材料，固体颗粒的直径为6mm、个数为1个。
其制备方法如下：
按照普通混凝土的制备过程，加入减水剂后搅拌均匀，最后加入阻尼小球，入模后在标准条件下养护，制备出试件。
高阻尼混凝土材料在受到实际荷载作用时：
受力性能：首先材料保留了部分素混凝土部，其次我们将阻尼小球作为混凝土粗骨料的一部分，并没有改变混凝土的材料结构，在骨料颗粒级配和砂浆强度足够的前提下，混凝土理论上具有良好的受力性能。
消能性能：从整体能量角度上看，当这种材料在外力作用下振动时，阻尼小球内部固体颗粒之间、固体颗粒与阻尼小球球壳间的碰撞、摩擦将消耗能量，材料会更快的稳定下来，消能性能更好，从材料角度上看，该种材料相较与普通混凝土的区别，是用阻尼小球替代部分混凝土实心小球，阻尼小球的消能能力强于混凝土实心球，故整个材料在单一变量变有利的情况下，材料的消能性能相较于普通混凝土将更好。
按照国家相关试验标准测出强度和弹性模量：
让素混凝土和本发明中的高阻尼混凝土材料在振动台上受迫振动后进入自由振动阶段，在自由震动阶段测量材料能量衰减的衰减速度，并同普通混凝土比较得出数据。
强度：素混凝土fm＝48MPa、高阻尼混凝土材料fm＝6.4MPa，其中，fm为强度平均值。
弹性模量：素混凝土E＝3.25*104MPa、高阻尼混凝土材料E＝3.8*105MPa。
如图1所示，消能性能：内置阻尼小球的高阻尼混凝土材料的效能效果明显较好，在受迫振动过程中消耗了较多能量，自由振动起始波峰明显低于素混凝土。
高阻尼混凝土材料可以应用于不同种类的建筑结构，可以作砌块、柱子和梁。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，包括素混凝土和阻尼小球，所述阻尼小球包括球壳和置于球壳内的固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，所述素混凝土包括普通硅酸盐水泥、砂、碎石、水和减水剂，其中，普通硅酸盐水泥、砂、碎石和水按照C40计算配合比，减水剂的掺量为0.15％，粗骨料被替代率为100％时，单位立方分米该种材料试块中阻尼小球个数为78个，其余被替换比例按其比例计算即可得出阻尼小球个数。
3.根据权利要求2所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，所述球壳选用与混凝土粘接牢固且材料性质相近的材料。
4.根据权利要求3所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，所述球壳为塑料。
5.根据权利要求1所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，所述固体颗粒采用重金属材料制成。
6.根据权利要求5所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，所述重金属材料包括钢材、铅或碳化钨。
7.根据权利要求6所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，所述球壳的直径为18mm-22mm，所述球壳的壁厚为1mm-2mm，所述固体颗粒的直径为4mm-10mm，阻尼小球个数为1-15个。
8.根据权利要求7所述的基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料，其特征在于，所述固体颗粒的直径为4mm、6mm、8mm或10mm，个数为1个、2个、3个、5个、8个或15个。
CN201810200424.0A 2018-03-12 2018-03-12 基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料 Pending CN108409231A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810200424.0A CN108409231A (zh) 2018-03-12 2018-03-12 基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810200424.0A CN108409231A (zh) 2018-03-12 2018-03-12 基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108409231A true CN108409231A (zh) 2018-08-17

Family

ID=63131046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810200424.0A Pending CN108409231A (zh) 2018-03-12 2018-03-12 基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108409231A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105330201A (zh) * 2015-08-07 2016-02-17 中国人民解放军61489部队 一种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料
CN107162478A (zh) * 2017-07-05 2017-09-15 南昌航空大学 改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法
CN107503246A (zh) * 2017-08-03 2017-12-22 华东交通大学 一种活塞式颗粒阻尼耗能减振道砟
CN207017080U (zh) * 2017-08-03 2018-02-16 华东交通大学 一种活塞式颗粒阻尼耗能减振道砟

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105330201A (zh) * 2015-08-07 2016-02-17 中国人民解放军61489部队 一种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料
CN107162478A (zh) * 2017-07-05 2017-09-15 南昌航空大学 改性表面摩擦系数和粘滞性的铁尾矿砂阻尼材料制备方法
CN107503246A (zh) * 2017-08-03 2017-12-22 华东交通大学 一种活塞式颗粒阻尼耗能减振道砟
CN207017080U (zh) * 2017-08-03 2018-02-16 华东交通大学 一种活塞式颗粒阻尼耗能减振道砟

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Said et al. Structural behavior of RC engineered cementitious composite (ECC) exterior beam–column joints under reversed cyclic loading
EP0042935B2 (en) Shaped article and composite material and method for producing same
EP0010777B2 (en) Shaped article and composite material and method for producing same
Alengaram et al. Comparison of mechanical and bond properties of oil palm kernel shell concrete with normal weight concrete
US3917781A (en) Altering the properties of concrete by altering the quality or geometry of the intergranular contact of filler materials
Abbas The effect of steel fiber on some mechanical properties of self compacting concrete
CN101805160B (zh) 一种自密实混凝土
US5234754A (en) Shaped article and composite material and method for producing same
Hilal et al. Fresh and hardened properties of lightweight self-compacting concrete containing walnut shells as coarse aggregate
CN105507340B (zh) 一种山区桥梁桩基施工方法
EP1236699A1 (en) Composite material and shaped article with thermal conductivity and specific gravity on demand
CN102276214B (zh) 一种高耐久性高承载力混凝土管桩
CN105593189A (zh) 复合结构材料及其骨料
CN107572936A (zh) 聚合物泡沫混凝土及其制备方法和用途
CN104030626B (zh) 轻集料高抗震混凝土
CN111704408A (zh) 一种利用3d打印智能设计三维网状骨架制备的混凝土及其制备方法
CN110512625B (zh) 临坡面岩体竖向裂隙注浆、锚杆双重加固方法
CN113248203B (zh) 一种抗渗高强度混凝土及其制备方法
CN110407545A (zh) 一种湿拌抹灰砂浆及其制备方法
Rana et al. High performance concrete and its applications in the field of civil engineering construction
CN111004008A (zh) 一种用于预控顶房柱法矿柱加固、补强的方法
CN108409231A (zh) 基于颗粒阻尼原理的内置空洞小球的高阻尼混凝土材料
CN207553442U (zh) 一种rpc外筒内填微膨胀混凝土组合柱
CN112777976A (zh) 一种高强度混凝土板材及其成型工艺
CN107514268A (zh) 一种跨活动断裂的高延性隧道支护结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180817

RJ01 Rejection of invention patent application after publication