CN110668771A - 一种具有高抗冲击性能的复合材料及其复合方法 - Google Patents

一种具有高抗冲击性能的复合材料及其复合方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种具有高抗冲击性能的复合材料及其复合方法。首先制备出具有高抗冲击性能的混凝土样品，在此基础上，利用聚脲喷涂技术，在两块混凝土样品之间及外表面上喷涂4～9mm厚的聚脲，制备出三明治夹心结构的复合材料。本申请制备出的复合材料保留了混凝土本身硬度高、坚固耐用、原料来源广泛、制作方法简单、可塑性强的优良特性，且具有聚脲耐化学腐蚀、高强度、高抗渗、耐磨、热稳定好、柔韧抗冲击、无接缝、与混凝土附着力强等优点，同时显著提高了混凝土的抗冲击性，克服了单一混凝土的局限性，使混凝土的应用范围得到了更进一步地扩展。

Description

一种具有高抗冲击性能的复合材料及其复合方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高抗冲击性复合材料及其复合方法。
背景技术
现代建筑结构不可避免地要承受撞击、地震、导弹等动力载荷。混凝土作为当今用量最大的建筑材料，其抗冲击性能，即混凝土在冲击载荷作用下，抵抗冲击疲劳破坏和抗裂韧性的能力的优劣切实关系着人们的生命和财产安全，因此，提高混凝土的抗冲击性能的研究意义重大且势在必行。
冲击载荷的持续时间短、能量高、其作用会对混凝土结构造成很大的损坏，给混凝土工程的安全性、耐久性等带来严重影响，而现有的混凝土整体还达不到一些建筑工程的具有高抗冲击性能的要求。因此，如何提高混凝土的抗冲击性一直受到国内外学者的广泛关注。
发明内容
本发明提供了一种高抗冲击性复合材料及其复合方法，所述方法得到的混凝土既保留了混凝土本身硬度高、坚固耐用、原料来源广泛、制作方法简单、可塑性强的优良特性，而且还保留聚脲耐化学腐蚀、高强度、高抗渗、耐磨、热稳定好、柔韧抗冲击、无接缝、与混凝土附着力强等优点，同时显著提高了混凝土的抗冲击性，克服了单一混凝土的局限性，使混凝土的应用范围得到了更进一步地扩展。
实现本发明的技术方案是：
本发明提供的一种具有高抗冲击性能的复合材料，其结构为：在两块混凝土样品之间及外表面上喷涂4～9mm厚的聚脲形成具有三明治夹心结构的复合材料。
本发明提供的一种具有高抗冲击性能的复合材料的复合方法如下：
(1)制备混凝土，首先将38.0g石子(粒径为3.0-6.0mm)、22.6g超细纤维(直径为0.2х6mm)、40.9g沙子(粒径为0.1-1.0mm)和69.2g石灰依次加入搅拌器中并混合均匀，然后缓慢倒入含量为11％的21.15g水并搅拌3-4min，避免超细纤维凝结成团，并观察到其表面呈湿润状，最后将其倒入模具中，放平且固定模具后，使用振动仪器振动10min成型，要求表面无大量气泡溢出，即高抗冲击性混凝土制备完成。
(2)混凝土养护，将混凝土放置在温度为17.5-27.5℃，湿度为55-85％的环境中养护3天以上，若时间允许，一般养护时间越长，其抗冲击性能越好，待混凝土表面呈干燥状，即高抗冲击性混凝土养护完成。
(3)在步骤(2)的基础上，在两块混凝土表面匀速喷涂4～9mm厚的No.XS-350聚脲，先喷涂单个混凝土，然后叠加在一起，制备出三明治夹心结构的复合材料。No.XS-350聚脲涂料使用前需在70-90℉条件下进行预处理；喷涂设备为Graco公司生产的Reactor仪器，该设备具有加热、加压功能。
本发明方法制得的高抗冲击性复合材料适用于对抗冲击性能要求严格的工程建筑，例如防爆建筑，保险箱，ATM机等领域。
本发明采用落塔试验进行抗冲击性能测试，测试仪器名称为Drop tower，测试原理为：通过捕捉重锤冲击样品的速度变化ΔV来计算样品在此过程中所吸收能量的多少，速度差ΔV越大，吸收的能量越多，该样品的抗冲击性能即越好。
采用上述技术方案后，本技术有以下优势：
在混凝土成型的过程中，采用振动的方法，使混凝土内部的大量气泡溢出，根据混凝土板厚度来选择振动时长，此方法制作出的混凝土不仅没有表面粗糙多孔的缺点，同时也使混凝土内部原料结合地更加紧密，有效地增强了混凝土的抗冲击性。
本发明由聚脲全方位包覆混凝土，这不仅提高了最终产品的美观性，同时在聚脲包覆下的混凝土，其防护是全方位的，即使在强冲击条件下混凝土也很难突破聚脲的防护。
附图说明
图1为复合材料结构示意图；
图2为复合材料外形图。
图3为落锤冲击法测试抗冲击性能设备Drop Tower外形图。
具体实施方式
实施例1
1)称取石子38.0g，石灰69.2g，超细纤维22.6g，沙子40.9g和21.15g的水备用(石子粒径为3.0mm；沙子粒径为1.0mm，细纤维尺寸为0.2×6mm)；将称取的石子、超细纤维、沙子和石灰依次加入搅拌器中，使原料充分混合，避免注水后超细纤维凝结成团；在混合均匀的原料中缓慢加入质量比为11％的21.15g水并搅拌3-4min，使原料与水充分混合均匀，待其表面呈湿润状即可；然后将其倒入底部尺寸为4″×4″的模具中，待放平且固定模具后，使用振动仪器振动10min，要求样品表面无大量气泡溢出，即尺寸为4″×4″×0.25″的混凝土制备成型；将成型的混凝土放置在温度为27.5℃，湿度为70％的环境室中养护72h后，待样品表面呈干燥状，即高抗冲击性混凝土养护完成。
2)聚脲喷涂：在步骤1)的操作下得到了养护完成的混凝土样品，并在两块混凝土表面均匀地喷涂4mm厚的聚脲，先喷涂单个混凝土，然后叠加在一起，制备出三明治夹心结构的复合材料。No.XS-350聚脲涂料使用前需在70-90℉条件下进行预处理。
3)抗冲击性能测试：对步骤2)获得的复合材料样品采用落塔试验进行抗冲击性能测试，测得其抗冲击性能为：3271.4mm/s。
实施例2
1)称取石子38.0g，石灰69.2g，超细纤维22.6g，沙子40.9g和21.15g的水备用(石子粒径为4.0mm；沙子粒径为1.0mm，细纤维尺寸为0.2×6mm)；将称取的石子、超细纤维、沙子和石灰依次加入搅拌器中，使原料充分混合，避免注水后超细纤维凝结成团；在混合均匀的原料中缓慢加入质量比为11％的21.15g水并搅拌3-4min，使原料与水充分混合均匀，待其表面呈湿润状即可；然后将其倒入底部尺寸为4″×4″的模具中，待放平且固定模具后，使用振动仪器振动10min，要求样品表面无大量气泡溢出，即尺寸为4″×4″×0.25″的混凝土制备成型；将成型的混凝土放置在温度为27.5℃，湿度为70％的环境室中养护72h后，待样品表面呈干燥状，即高抗冲击性混凝土养护完成。
2)聚脲喷涂：在步骤1)的操作下得到了养护完成的混凝土样品，2)聚脲喷涂：在步骤1)的操作下得到了养护完成的混凝土样品，并在两块混凝土表面均匀地喷涂6mm厚的聚脲，先喷涂单个混凝土，然后叠加在一起，制备出三明治夹心结构的复合材料。No.XS-350聚脲涂料使用前需在70-90℉条件下进行预处理。
3)抗冲击性能测试：对步骤2)获得的复合材料样品采用落塔试验进行抗冲击性能测试，测得其抗冲击性能为：3296.1mm/s。
实施例3
1)称取石子38.0g，石灰69.2g，超细纤维22.6g，沙子40.9g和21.15g的水备用(石子粒径为6.0mm；沙子粒径为0.5mm，细纤维尺寸为0.2×6mm)；将称取的石子、超细纤维、沙子和石灰依次加入搅拌器中，使原料充分混合，避免注水后超细纤维凝结成团；在混合均匀的原料中缓慢加入质量比为11％的21.15g水并搅拌3-4min，使原料与水充分混合均匀，待其表面呈湿润状即可；然后将其倒入底部尺寸为4″×4″的模具中，待放平且固定模具后，使用振动仪器振动10min，要求样品表面无大量气泡溢出，即尺寸为4″×4″×0.25″的混凝土制备成型；将成型的混凝土放置在温度为27.5℃，湿度为70％的环境室中养护72h后，待样品表面呈干燥状，即高抗冲击性混凝土养护完成。
2)聚脲喷涂：在步骤1)的操作下得到了养护完成的混凝土样品，并在两块混凝土表面均匀地喷涂9mm厚的聚脲，先喷涂单个混凝土，然后叠加在一起，制备出三明治夹心结构的复合材料。No.XS-350聚脲涂料使用前需在70-90℉条件下进行预处理。
3)抗冲击性能测试：对步骤2)获得的复合材料样品采用落塔试验进行抗冲击性能测试，测得其抗冲击性能为：3345.5mm/s。
对比实施例1
1)称取石子38.0g，石灰69.2g，超细纤维22.6g，沙子40.9g和21.15g的水备用(石子粒径为3.0mm；沙子粒径为1.0mm，细纤维尺寸为0.2×6mm)；；将称取的石子、超细纤维、沙子和石灰依次加入搅拌器中，使原料充分混合，避免注水后超细纤维凝结成团；在混合均匀的原料中缓慢加入质量比为11％的21.15g水并搅拌3-4min，使原料与水充分混合均匀，待其表面呈湿润状即可；然后将其倒入底部尺寸为4″×4″的模具中，待放平且固定模具后，使用振动仪器振动10min，要求样品表面无大量气泡溢出，即尺寸4″×4″×0.25″的混凝土制备成型；将成型的混凝土放置在温度为27.5℃，湿度为70％的环境室中养护72h后，待样品表面呈干燥状，即高抗冲击性混凝土养护完成。
2)抗冲击性能测试：对步骤1)获得的混凝土样品直接采用落塔试验进行抗冲击性能测试，测得其抗冲击性能为：151.2mm/s。
对比实施例2
1)称取石子38.0g，石灰69.2g，超细纤维22.6g，沙子40.9g和21.15g的水备用(石子粒径为3.0mm；沙子粒径为1.0mm，细纤维尺寸为0.2×6mm)；将称取的石子、超细纤维、沙子和石灰依次加入搅拌器中，使原料充分混合，避免注水后超细纤维凝结成团；在混合均匀的原料中缓慢加入质量比为11％的水并搅拌3-4min，使原料与水充分混合均匀，待其表面呈湿润状即可；然后将其倒入底部尺寸为4″×4″的模具中，待放平且固定模具，即尺寸为4″×4″×0.25″的混凝土制备成型；将成型的混凝土放置在温度为27.5℃，湿度为70％的环境室中养护72h后，待样品表面呈干燥状，即高抗冲击性混凝土养护完成。
2)抗冲击性能测试：对步骤1)获得的混凝土样品采用落塔试验进行抗冲击性能测试，测得其抗冲击性能为：69.1mm/s。
对比实施例3
1)称取石子38.0g，石灰69.2g，超细纤维22.6g，沙子40.9g和21.15g的水备用(石子粒径为6.0mm；沙子粒径为0.5mm，细纤维尺寸为0.2×6mm)；将称取的石子、超细纤维、沙子和石灰依次加入搅拌器中，使原料充分混合，避免注水后超细纤维凝结成团；在混合均匀的原料中缓慢加入质量比为11％的21.15g水并搅拌3-4min，使原料与水充分混合均匀，待其表面呈湿润状即可；然后将其倒入底部尺寸为4″×4″的模具中，待放平且固定模具后，使用振动仪器振动10min，要求样品表面无大量气泡溢出，即尺寸为4″×4″×0.25″的混凝土制备成型；将成型的混凝土放置在温度为27.5℃，湿度为70％的环境室中养护72h后，待样品表面呈干燥状，即高抗冲击性混凝土养护完成。
2)聚脲喷涂：在步骤1)的操作下得到了养护完成的混凝土样品，并在两块混凝土表面及夹层均匀地喷涂2mm厚的聚脲，制备出三明治夹心结构的复合材料。
3)抗冲击性能测试：对步骤2)获得的复合材料样品采用落塔试验进行抗冲击性能测试，测得其抗冲击性能为：1501.2mm/s。
结论：在两块混凝土样品之间及外表面上喷涂4-9mm厚的聚脲，形成的复合材料可显著提高混凝土抗冲击性能。
对所公开的实施步骤的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施步骤及操作的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本改进技术的精神或范围的情况下，在其它实施操作中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施步骤，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
表1抗冲击性能对比
Figure BDA0002247250340000071
Figure BDA0002247250340000081

Claims (5)

1.一种高抗冲击性复合材料，其特征在于，所述复合材料的结构为：在两块混凝土样品之间及外表面上喷涂4～9mm厚的聚脲形成具有三明治夹心结构的复合材料。
2.一种根据权利要求1所述的高抗冲击性复合材料的复合方法，其特征在于，所述复合方法步骤如下：
(1)制备混凝土，首先将38.0g石子、22.6g超细纤维、40.9g沙子和69.2g石灰依次加入搅拌器中并混合均匀，然后缓慢倒入含量为11％的水中并搅拌3-4min，避免超细纤维凝结成团，并观察到其表面呈湿润状，最后将其倒入模具中，放平且固定模具后振动10min成型，要求表面无大量气泡溢出，即高抗冲击性混凝土制备完成；
(2)混凝土养护，将混凝土放置在温度为17.5-27.5℃，湿度为55-85％的环境室中养护3天以上，完成高抗冲击性混凝土的养护；
(3)在步骤(2)的基础上，在两块混凝土表面匀速喷涂4～9mm厚的No.XS-350聚脲，然后再将两块混凝土叠加，制备出三明治夹心结构的复合材料。
3.如权利要求2所述的高抗冲击性复合材料的复合方法，其特征在于，所述石子粒径为3.0-6.0mm；沙子粒径为0.1-1.0mm，超细纤维直径为0.2×6mm。
4.如权利要求2所述的高抗冲击性复合材料的复合方法，其特征在于：所述喷涂聚脲采用Graco公司生产的Reactor仪器，先喷涂单个混凝土，然后将两块混凝土叠加在一起；喷涂之前对聚脲进行70-90℉预处理。
5.一种如权利要求1所述的高抗冲击性复合材料的应用，其特征在于：所述复合材料用于防爆建筑、保险箱、ATM机领域。
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Application publication date: 20200110

Assignee: Shandong Hongke Construction Project Management Co.,Ltd.

Assignor: CHANGZHOU University

Contract record no.: X2023980050999

Denomination of invention: A composite material with high impact resistance and its composite method

Granted publication date: 20220301

License type: Common License

Record date: 20231209